金冶炼酸性含砷废水处理工艺研究

林鸿汉

（厦门紫金矿冶技术有限公司，福建 厦门 361101）

焙烧氧化法是一种传统的难处理金矿石氧化方法，工艺成熟，应用普遍。焙烧氧化法是通过沸腾焙烧使包裹金的硫化矿物分解为多孔的氧化物，产出有利于浸出金的疏松、多孔状焙砂，然后用稀硫酸浸出铜后再过滤洗涤—氰化浸出金［1－3］。随着易选冶矿石的日渐枯竭，矿石中含砷含铜含炭愈加普遍。含砷矿物主要有砷黝铜矿（3Cu2S·As2S3）、硫砷铜矿（CuAsS4）、砷黄铁矿（FeAsS）和雌（雄）黄（As2S2）。矿石焙烧过程中，其中的砷绝大部分以As2O3形式进入烟气，通过除尘、净化、干燥、转化、吸收等工序制成硫酸；但烟气中的As2O3部分在净化水洗工序进入废水，形成高酸含砷废水。这种含砷废水中酸质量浓度较高（150～175g／L），通常用于浸出焙烧渣。浸出液通过净化—萃取—电积工艺提取铜，而萃余液中的砷浓度较高，不能直接排放，必须经过处理。国家污水综合排放标准规定砷为I类污染物，其最高允许排放质量浓度为0．5mg／L。

目前，处理含砷废水的方法主要有石灰－铁盐法［4－5］、硫化法［6］、离子交换法［7］、电渗析法［8］、微生物法［9］、膜分离法等。我国大多数冶炼厂的含砷酸性废水都采用石灰－硫酸亚铁法处理，但该放法需要二次中和、二次沉降及过滤［10－12］。针对某金冶炼厂含砷废水的性质和现有设备，提出一次中和、一次沉降（或过滤）新工艺，处理后的废水可达标排放。

1 试验部分

1．1 试验原料

试验用含砷废水为某冶炼厂的萃余液，主要成分见表1。

表1 酸性含砷废水的主要成分 g／L

石灰乳液：工业品，CaO质量分数73．5%，石灰加自来水搅拌消解而成，浓度20%；漂白粉：工业纯；硫酸亚铁（绿矾）溶液：FeSO4·7H2O，工业纯，质量浓度100g／L；聚合硫酸铁（聚铁）溶液：工业纯，质量浓度20g／L；聚丙烯酰胺（PAM）溶液：工业品，质量浓度2g／L。

1．2 试验原理与方法

酸性含砷废水用石灰乳调pH为9～10，加入漂白液搅拌一定时间（需要时），按一定m（Fe）／m（As）加入硫酸亚铁（或聚铁和PAM）溶液，保持pH为9～10，持续搅拌一定时间后过滤，滤液曝气处理（或静置沉降）后测定砷质量浓度。

2 试验结果及讨论

2．1 石灰－漂白粉－硫酸亚铁法

2．1．1 漂白粉用量的影响

试验条件：用石灰乳调pH至9左右，加入不同量漂白粉并充气搅拌10min，再按m（Fe）／m（As）＝2／1加入硫酸亚铁溶液，保持pH稳定，并持续充气搅拌反应1h，之后过滤，滤液曝气处理24h后取样测定砷质量浓度。试验结果见表2。

表2 漂白粉用量对废水处理的影响

从表2看出：漂白粉用量为2．0kg／m3时，曝气处理后的废水即达标。因此，漂白粉用量选用2．0kg／m3。

2．1．2 充气搅拌反应时间的影响

试验条件：用石灰乳调pH至9左右，按2．0 kg／m3加入漂白粉并充气搅拌10min，再按m（Fe）／m（As）＝2／1加入硫酸亚铁溶液，保持pH为9～10，充气搅拌一定时间后过滤，滤液曝气24h后测定砷质量浓度。试验结果见表3。可以看出：加入硫酸亚铁搅拌反应0．5h，曝气后的废水即可达标；更长的反应时间反而对砷的去除不利。

表3 充气搅拌时间对废水处理的影响

2．1．3 m（Fe）／m（As）的影响

试验条件：用石灰乳调废水pH至9左右，按2．0kg／m3用量加漂白粉并充气搅拌10min，再按不同m（Fe）／m（As）加入硫酸亚铁溶液，保持pH为9～10，持续充气搅拌反应0．5h后过滤，滤液再曝气处理24h后测定砷质量浓度。试验结果见表4。

表4 m（Fe）／m（As）对废水处理的影响

从表4看出：m（Fe）／m（As）为2／1时，废水处理效果最好；当m（Fe）／m（As）超过2／1后，滤液中砷质量浓度有所提高。

2．1．4 漂白粉加入顺序的影响

其他条件不变，漂白粉加入顺序对废水处理效果的影响试验结果见表5。

表5 漂白粉加入顺序对废水处理效果的影响

从表5看出，漂白粉和石灰乳液同时加入，处理效果明显差于两者分开加入时的效果。但调pH前加入漂白粉，反应过程中会产生大量刺激性气味气体，因此，漂白粉的加入时间选择在调pH后。

2．1．5 曝气时间的影响

其他试验条件不变，曝气时间对处理效果的影响试验结果见表6。

表6 曝气时间对废水处理效果的影响

从表6看出：延长曝气时间有利于砷的去除；曝气时间为8h时，处理后的废水中砷质量浓度达到外排标准。故确定适宜的曝气时间为8h。

2．2 石灰－聚铁－PAM 法

2．2．1 聚合硫酸铁用量的影响

试验条件：用石灰乳调pH至9左右，按12 g／m3加入PAM 溶液，按一定m（聚铁）／m（As）比值加入聚铁，搅拌15min，自然沉降2h后取上清液分析其中砷质量浓度。试验结果见表9。

表9 聚合硫酸铁用量对去除砷的影响

从表9看出：随m（聚铁）／m（As）增大，处理后的溶液中砷质量浓度呈下降趋势；当m（聚铁）／m（As）为15／1时，处理后的溶液可达标排放。因此，确定适宜的m（聚铁）／m（As）为15／1。

2．2．2 絮凝剂PAM用量的影响

试验条件：用石灰乳调pH至9左右，按m（聚铁）／m（As）＝15／1加入聚铁，同时加入不同量PAM溶液，搅拌反应15min，自然沉降2h后取上清液分析砷质量浓度。试验结果见表10。

表10 絮凝剂PAM用量对去除砷的影响

从表10看出：随絮凝剂PAM用量增大，溶液中砷质量浓度逐渐降低；当絮凝剂用量为12 g／m3时，处理后的废水可达标排放。因此，确定絮凝剂PAM适宜用量为12g／m3。

2．2．3 搅拌时间的影响

试验条件：用石灰乳调pH至9左右，按m（聚铁）／m（As）＝15／1加入聚铁，按12g／m3加入PAM溶液，搅拌一定时间后自然沉降2h。搅拌时间对去除砷的影响试验结果见表11。

表11 反应时间对去除砷的影响

从表11看出：随反应时间延长，溶液中砷质量浓度逐渐下降，但变化不甚明显；反应5min后，溶液中砷质量浓度已符合排放标准，但此条件下，溶液上层产生较多漂浮物，影响沉降效果。因此，反应时间宜选择10min。

2．2．4 沉降时间的影响

试验条件：用石灰乳调pH至9左右，按m（聚铁）／m（As）＝15／1加入聚铁，按12g／m3加入PAM溶液，搅拌10min，然后沉降一段时间后取上清液分析其中砷质量浓度。试验结果见表12。

表12 沉降时间对砷去除效果的影响

从表12看出：沉降1．5h后，不需要再过滤处理，溶液中砷质量浓度即已达排放标准，且沉降时间越长，砷去除效果越好。因此，适宜的沉降时间以1．5～2．0h为宜。

综上所述，含砷废水采用石灰－聚合硫酸铁－有机絮凝剂法处理，在m（聚铁）／m（As）＝15／1、PAM添加量12g／m3、搅拌时间10min、沉降时间1．5～2．0h条件下，废水中砷质量浓度大幅度下降，可达标排放。

2．3 成本分析

两种处理含砷废水工艺的成本分析结果见表13。

表13 成本分析比较结果

从表13看出：两种工艺的试剂成本主要是石灰中和成本；相比而言，石灰－聚铁－PAM法的总试剂成本为4．91元／m3，经济优势更明显。

3 结论

采用石灰－漂白粉－硫酸亚铁法和石灰－聚铁－PAM法处理酸性含砷废水均可使废水实现达标排放；但石灰－聚铁－PAM法试剂成本更低，且该法具有流程简单、操作容易、环境良好、工艺指标稳定等优点，有推广价值。

酸性含砷废水单位处理费用与废水中硫酸酸度、含砷浓度有密切关系，需针对具体的废水具体评估。

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