铅锌冶炼酸性废水治理新工艺研究

李迪汉

（1.株洲冶炼集团股份有限公司，湖南株洲 412004；2.铅锌联合冶金湖南省重点实验室，湖南株洲 412004）

铅锌冶炼酸性废水治理新工艺研究

李迪汉1，2

（1.株洲冶炼集团股份有限公司，湖南株洲 412004；2.铅锌联合冶金湖南省重点实验室，湖南株洲 412004）

介绍了目前我国铅锌冶炼行业酸性废水概况及处理工艺现状，重点介绍了国外的一种新的高分子材料JS－3处理铅锌冶炼酸性废水技术，并采用JS－3试剂在株洲冶炼集团股份有限公司处理酸性废水的工艺研究试验，得出了JS－3试剂能较好地处理铅锌冶炼酸性废水的结论。

铅锌冶炼；酸性废水；JS－3试剂；重金属离子

铅锌冶炼包括火法冶炼、湿法冶炼、全湿法冶炼三种工艺，目前我国应用最广泛的是湿法冶炼［1］。铅锌湿法冶炼过程中会产生很多酸性废水，该酸性废水主要包括烟气制酸洗涤废水、挥发窑尾气脱硫酸性废水、电解车间废水等。废水有酸度大、含有害重金属离子、成分波动大等特点，该酸性废水处理一直是整个行业的难题。

1 铅锌冶炼酸性废水水质及处理工艺

铅锌冶炼酸性废水水质受冶炼工艺和锌精矿的伴生矿影响较大，一般来说伴生矿种类越多，冶炼工艺越落后，其酸性废水越复杂，波动越大。表1为有代表性的两家铅锌冶炼废水水质。

表1 某铅锌冶炼企业酸性废水成分数据表mg／L

目前国内铅锌冶炼重金属酸性废水的处理方法较多，下面对各种工艺进行分析评估，具体见表2。

我国以石灰中和法用的最多，但该方法存在如下缺点：一是产生大量的中和危废渣，二是处理后的水因含钙量高，难以回用［2］。近年来，有学者对吸附法、萃取法和铁碳微电解法等处理污酸废水进行了研究，并初步进行了应用，但都存在一定的缺陷［3］，工业应用都不成熟。硫化＋蒸发法产生的渣量、废水量很少，国内已经有几家企业在使用，但该工艺处理成本是传统工艺的二三十倍，一般企业难以承受。

表2 铅锌冶炼酸性废水处理工艺分析

2 新铅锌冶炼酸性废水处理工艺JS－3法简介

JS－3试剂是美国的一家公司研发的一种20～100μm的超细粉体材料，吸附量是活性炭的近60倍，集纳米材料、高分子以及反应协同效应为一体的新型纳米材料。能有效去除废水、废气中的有害重金属如：汞、铅、砷、铜、镍、锌、银、铬、锰、镉、铊等，JS－3试剂法的工作原理是通过高分子基团与废水中重金属络合同时吸附重金属离子，形成沉淀去除。整个工艺流程简单、处理效果好、项目投资少。JS－3试剂法处理重金属废水在国外已经得到较好的应用，如果该技术能应用于国内铅锌冶炼酸性废水治理，那么对整个铅锌冶炼行业有重大意义。

3 JS－3试剂的小试试验

3.1 工艺流程

试验原料：采用株冶集团（株洲冶炼集团股份有限公司）锌系统污酸和铅锌系统均化污酸两种、化学纯氢氧化钠、JS－3试剂以及絮凝剂、pH试纸。试验设备为电动搅拌以及常用玻璃试验用品。化验单位为株冶集团分析测试中心。

试验主要对JS－3处理铅锌冶炼酸性废水的条件探索，通过初步试验确定反应时间、温度、添加比例等，试验流程如图1所示。

图1 JS－3试剂法处理铅锌冶炼酸性废水条件试验流程图

取样送化验中心分析。主要化验元素为汞，其次为镉、砷、铅、锌、钙、铜以及氟、氯。铜、锌、铅、镉的测定采用原子吸收分光光度法，汞的测定采用冷原子吸收分光光度法，砷采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法。

3.2 pH对废水处理效果影响

JS－3法处理铅锌冶炼酸性废水pH试验数据见表3，pH对废水处理效果影响如图2所示。

表3 JS－3法处理铅锌冶炼酸性废水pH试验数据mg／L

图2 JS－3试剂法pH条件试验数据图

从试验数据图可以看到JS－3试剂在酸性条件下能有效脱除汞，在pH到5时能脱除大部分重金属，pH到7时能做到废水达标排放。pH到9时能做到处理效果更好，但考虑到生产成本，只需要将pH调到7就能满足环保需要。所以JS－3试剂法最佳反应pH为7。

3.3 反应温度影响

控制相同的反应条件，进行温度试验，试验数据见表4。从表4中可知，常温下采用JS－3试剂法能将酸性废水中重金属处理到铅、锌工业污染物排放标准GB25466－2010水平，加温到60℃后，处理效率有所提升，但考虑到工业运行成本，所以JS－3试剂法采用常温条件下最好。

表4 温度试验条件数据mg／L

3.4 反应时间影响

JS－3试剂为固体粉末，在酸性废水中与重金属作用受到反应时间的影响如图3所示，试验数据见表5。

图3 时间条件试验数据图

表5 JS－3试剂法处理酸性废水小试时间条件试验数据

从图3分析，JS－3试剂处理铅锌冶炼酸性废水的反应周期比较长，普通的药剂如硫化反应、中和化学反应通常在0.5 h内完成，这就说明了JS－3试剂是主要以物理吸附为主，在前1 h内，对重金属脱除有一个快速反应过程，处理速度较快，但没有处理到外排达标水准，到2 h后反应基本完成，到8 h后反应重金属脱除效率已经很低了，所以从环保需要及生产成本出发，JS－3试剂法处理重金属废水的最佳反应时间为2 h。

4 工业扩大试验

4.1 工业扩大试验工艺流程及控制

目前在我国铅锌冶炼酸性废水治理使用中最多的是中和法工艺，JS－3试剂法如果要进行工业应用，只需在中和法的基础上添加一套加药装置和一台压滤机即可，不需要再进行大的项目改造和投资。具体工艺如图4所示。

图4 JS－3试剂法处理铅锌冶炼酸性废水扩大试验工艺图

酸性废水经过精石灰预处理后，终点pH为7，压滤分离，虑渣集中处理，滤液进入JS－3反应槽，JS－3的初次投加量为废水的重金属总含量的10倍，控制搅拌反应2 h后进行压滤分离，滤渣可取样检测重金属含量，当重金属含量低于30%时可以回用到JS－3反应槽，再补充少量的JS－3试剂，等到重金属含量超过30%时，渣可根据企业需要进行JS－3再生或外售，系统需要再次投加废水的重金属总含量的10倍量JS－3材料，依次循环。

4.2 扩大试验效果

经过为期3周的现场扩大试验，表6为JS－3试剂法处理铅锌冶炼酸性废水效果数据。

表6 JS－3试剂法扩大试验数据统计表

从数据表中可以得出下列结论：

1.JS－3试剂法对铅锌冶炼酸性废水处理的效果较好，处理后净化水达到铅、锌工业污染物排放标准GB25466－2010。同比国内现有的几种工艺对重金属的处理效果要好［4］。

2.JS－3试剂法在酸性条件下可以对废水中的汞进行处理，处理后水含汞低于0.03 mg／L的外排标准。

3.JS－3试剂法可以对废水中钙及氟有较好的脱除效果，脱除率分别为96.4%和92.3%可以达到铅锌冶炼回用水标准。

5 结 论

经过实验室小试及工业扩大试验，JS－3试剂法处理铅锌冶炼酸性废水有较好的效果：

1.试验研究表明在一定条件下，JS－3试剂法能将酸性废水中钙处理到20～80 mg／L，氟处理到40～70 mg／L，Hg净化后主要分布范围0.001～0.03 mg／L，其它重金属指标也远低于排放标准，在国内铅锌冶炼酸性废水技术中有较大的优势。

2.JS－3试剂法处理铅锌冶炼酸性废水工艺简单，操作简单，不需要大的改造费用，只需在原工艺的基础上建造一个配药槽和一个加药槽。

3.JS－3试剂药剂使用成本同比硫化钠、生物制剂等除汞药剂相差不大、但减少了石灰用量，减少了渣量，同时实现汞回收资源化，所以总运行成本反而降低。

4.采用精石灰－JS－3试剂法不需要将pH调节到10，可以减少大量的中和渣，减少企业危废渣处理成本。

5.JS－3试剂法对铅锌冶炼酸性废水中的氯没有很好的效果，如果要零排放的话需要与其它除氯工艺相配合。工艺需要进一步研发改进。

［1］ 《铅锌冶金学》编委会.铅锌冶金学［M］.北京：科学出版社，2003.

［2］ 彭长宏，颜蓉，唐谟堂，等.石灰处理共沉淀废水的研究［J］.工业水处理，2002，22（5）：21－33.

［3］ 刘三平，王海北，蒋开喜，等.中国湿法炼锌的新进展［J］.矿冶.2009.18（4）：25－27.

［4］ 张圣南.铅锌冶炼烟气制酸净化工艺的污酸处理［J］.世界有色金属，2010，（3）：44－45.

Study on the New Technology of Lead-zinc Acid W astewater Treatment

LIDi-han1，2
（1.Zhuzhou Smelter Group Co.，Ltd.，Zhuzhou 412004，China；2.Hunan Key Laboratory of Lead-Zinc Metallurgy，Zhuzhou 412004，China）

This paper analyzes the present situation of acid wastewater and its treatment technology in China，Introduces a new polymer material processing JS-3 lead-zinc smelting technology of acidic wastewater，and the research on the treatmentof acid wastewater by JS-3 reagent.It is concluded that the JS-3 reagent can be used to treat the acid wastewater from lead-zinc smelting.

lead zinc smelting；acid wastewater；JS-3 reagent；heavymetal ion

X758

A

1003－5540（2017）04－0054－04

2017－06－11

李迪汉（1976－），男，工程师，主要从事铅锌冶炼工艺及环保研究工作。