稀土冶炼氨氮废水排放处理技术分析

张静

摘 要：在稀土冶炼行业中，冶炼过程中重金属的残留以及过程中用到的酸液等都会随着洗液进入到废水中。不对废液进行处理就直接排放，对环境中的动植物以及人类都会造成重金属的危害。当前稀土冶炼过程中对于排出废水的处理研究工作呈逐年增长的事态；废水处理技术得到了逐步的提升，并且膜法及高新技术已作为当前研究的重点。

关键词：稀土；氨氮废水；化学沉淀；循环利用

通过分析了稀土冶炼废水产生原因和组成成分，阐述稀土冶炼氨氮废水主要处理技术及研究现状，分别介绍了生化法、物化法及蒸馏法等处理技术原理，讨论了这些稀土冶炼氨氮废水处理技术实际运用中存在的问题。并着重针对目前稀土矿提取和分离过程中面临的氨氮达不到废水排放新标准等问题，提出了今后加强对稀土矿提取分离新技术工艺及新型药剂等研究，探索氨氮废水循环利用新途径，从源头消除氨氮废水并从根本上治理氨氮污染。

1.稀土氨氮废水来源及主要成分分析

稀土工业在大规模的建设、生产和冶炼过程中产生了大量的“三废”，其中氨氮废水是稀土生产过程中产生的最主要废水，如不经处理排放，会严重污染周边环境。稀土冶炼氨氮废水主要来源于稀土冶炼过程中的氨法中和、稀土碳酸氢氨沉淀和稀土萃取分离工艺有机萃取剂皂化，主要是指稀土生产中的稀土精矿焙烧尾气喷淋产生的酸性废水、碳酸稀土生产产生的硫铵废水和稀土分离产生的氯化铵废水，其废水量占稀土湿法生产企业废水的60%一70%。这3种废水是制约稀土行业能否持续、健康发展的主要因素，目前生产碳酸稀土产生的硫铵废水已在稀土矿浸取过程中得到了循环利用，现在氨氮废水处理的难题就在于稀土萃取分离时产生的氨氮废水治理。

稀土分離常用的工艺为溶剂萃取法，该工艺需使用大量的盐酸、液氮、草酸、碳酸氢铵等化工原料及各种稀土有机萃取剂，稀土分离在为人类提供各种稀土产品的同时，也给环境带来大量的各种废水，特别是氨氮废水，数量大、难处理、治理困难，对环境造成严重污染还浪费大量有用资源，是稀土湿法冶金行业的环保大问题。

稀土分离时产生的废水有来自萃取分离的有机相反萃和捞余液，稀土氟化过程产生的氟化上清液及含氟草酸铵洗水，碳铵沉淀产生的上清液和洗水，草酸沉淀产生的上清液和洗水。经过各个工序之后要得到一定要求的产品，每个工序中添加的药剂不一样，所以各个过程中产生的废水及性质也不一样，其中含氨废水主要是萃取过程中产生的萃余液，碳铵沉淀产生的上清液，以及碳铵洗水，这3种废水统称为稀土冶炼氨氮废水，是目前稀土冶炼废水处理难题。

2.稀土冶炼氨氦废水处理技术

2.1生化法处理稀土冶炼氨氮废水研究

生物脱氮被认为是含氮废水最佳处理方式，随着对生物脱氮研究的不断深入，许多不同种类的微生物被应用到稀土氨氮废水脱氮技术上。生物脱氮是利用细菌对氨氮传统生物脱氮，一般包括硝化和反硝化两个阶段，分别由硝化菌和反硝化菌完成。其中硝化作用包括亚硝化与硝化两个阶段：亚硝化过程是由亚硝酸菌（氨氧化菌或亚硝化菌）将氨态氮转化为亚硝酸盐，硝化过程是由硝酸菌（亚硝酸盐氧化菌或硝化菌）将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸；反硝化主要作用是将硝酸盐或亚硝酸盐还原成气态氮（N0、N20、N2），是由一群化能有机异养型微生物在厌氧或缺氧的条件下完成。

生化法能处理各种浓度氨氮的稀土废水，适应性强，微生物物种容易培碱皂废水碳铵沉淀洗涤废水养，成本低。然而同时也存在着一些缺点：①菌种驯化启动周期长；②菌种的培养要求高，难于控制，如果运行不当，会造成出水中亚硝酸盐氮升高，亚硝酸盐氮与污水物质产生致癌物质，造成更大的环境危害；③脱氮后的水质中的微生物难于处理。

2.2物化法处理稀土氨氮废水研究现状

化学沉淀法是去除稀土氨氮废水中氨氮的常用方法之一，主要是通过化学沉淀的方式使氨与磷镁发生反应，生成磷酸氨镁沉淀难溶复盐使得氨氮以沉淀的形式分离出去，从而降低废水中氨氮的浓度，这种方法尤其适用于高浓度氨氮废水的处理。

化学沉淀法去除废水中氨氮的优点在于脱氮效率高、工艺简单，沉淀反应不受温度、水中毒素等因素的限制，容易控制，而且生成的磷酸氨镁沉淀中含有N、P、Mg，可作为肥料回收使用。然而由于这种方法使磷酸铵镁沉淀药剂消耗量大，目前市场上难以找到大量的镁盐矿粉，处理费用高，在实际生产中难以得到推广。

沸石去除氨氮，天然沸石及改性沸石在城市污水处理中处理氨氮及其它有害离子的应用技术已较成熟。沸石是沸石族矿物的总称，是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物，这种矿石的共同特点是具有架状结构，在它们的晶体内，分子像搭架子似地连在一起，中间形成很多空腔，在这些空腔里还存在很多水分子，因此在灼烧时会产生沸腾现象，也因此而得名。沸石由于其特殊的结构，使得表面积达400-800m2/g，因此具有很好的吸附性能。同时，根据架装结构组成的空穴大小，使得沸石对分子的吸附具有选择性，只有分子直径小于沸石孔穴通道直径的物质才能被吸附，而大于此直径的物质则被拒之在外。另外，沸石晶格中的阳离子K+、Na+、Ca+等还具有离子交换能力，当相关的物质进入空穴之后到达沸石表面时，与这些阳离子发生离子交换作用。沸石去除氨氮的性能是由于离子交换和吸附2种行为共同作用的结果，因此沸石对氨氮应该有很强的吸附作用。

2.3稀土冶炼氨氮的回收利用研究现状

上述所研究的处理含氨废水的方法，主要是从如何除去废水中的氨氮的角度进行无害化治理与研究，还有些研究是在治理氨氮废水的同时，研究如何进行节能减排、回收增效以及循环利用等，这也主要针对含氨氮浓度较高的稀土氨氮废水。对于高浓度氨氮废水中氨氮主要以2种形式被回收，一种是以铵盐的形式回收，这主要是采用蒸发浓缩结晶回收；以氨水形式回收氨氮则通常采用蒸汽汽提方法回收。由于稀土冶炼废水中氨氮主要以NHC1形态存在，运用蒸汽汽提法回收NH3？H20的过程中需将废水PH调至显碱性，需消耗大量的石灰，成本较高，如果采用蒸发浓缩结晶方法以铵盐形式回收氨氮，则无需调节PH至碱性就可达到很好的效果，相对于蒸汽汽提法更经济，因此对于高浓度氨氮稀土废水多采用蒸发浓缩结晶，以铵盐形式对氨氮进行回收。

还有稀土采选企业将稀土氨氮废水直接用于稀土的就地溶浸，然而相对用硫酸铵浸出稀土，发现氨氮废水溶浸稀土矿存在以下问题：①氨氮稀土废水浸矿的浸出速度要高，硫酸铵浸矿速度慢，加长了稀土浸出周期；②氨氮稀土废水浸矿的稀土母液中铝、硅、钙等杂质的含量明显高于硫酸铵浸矿稀土母液，加大了后续除杂工作难度，同时稀土产品纯度略有下降。稀土氨氮废水的处理技术一直是稀土产业热门研究方向，目前更为绿色环保的处理技术应该是稀土氨氮废水回收利用的首选，这种绿色工艺技术的研究目的是如何将废水合理回收，节约能源和资源，提高效率，实现在不以破坏环境为代价的前提下开发和利用资源。然而，现有的对氨氮废水中氨氮的回收利用，没有从根本上解决耗水量大的问题。

3.结论与认识

从稀土氨氮废水处理现状的概述中可得知，目前氨氮废水的相关研究开展了很多，物化法、生化法和氨氮回收处理技术均很成熟。然而，为从根本上解决废水的问题，还需更深入的研究：①废水的循环利用，研究新工艺利用废水中的氨氮就地溶浸稀土矿；②研究新型药剂（新型浸出剂、沉淀剂等），提高稀土提取选择性，从源头上降低氨氮废水的产生；③开发稀土提取新工艺，特别是生物提取技术，既环保效率也高。

参考文献：

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[3]马学玲.一体式膜生物反应器处理稀土氨氮废水的动力学研究[D].内蒙古科技大学；2012年