CN103145267A - 硫化法回收金铜矿酸性废水中硫化铜和氢氧化铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫化法回收金铜矿酸性废水中硫化铜和氢氧化铁的方法，包括氢氧化铁回收、硫化铜回收和石膏回收三大步骤，本发明根据各金属沉淀物溶度积的不同，控制不同的金属浓度和溶液pH，通过加入不同的沉淀药剂对各有价金属进行分段沉淀，分别得到氢氧化铁、硫化铜和石膏等三种产品，其中硫化铜可以直接作为铜精矿出售冶炼，氢氧化铁通过一定的精加工后可以做成铁红，通过此方法得到的石膏纯度也较高，可作为建筑或其它之用，丰富了副产资源，最大程度地净化了金铜矿酸性废水，有利于环境资源保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种水体净化方法，尤其涉及一种适用于回收金铜矿酸性废水中硫化铜和氢氧化铁的硫化法。
背景技术
随着金铜矿联合开发以及铜矿资源综合利用技改工程等项目的陆续实施，矿石开采中发现了一系列新的问题。由于矿石的特殊性，金铜矿的矿石含有一定量的硫或金属的硫化物，在开采的过程中，大量尾矿、剥离岩土堆放于露天，在氧化铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌等微生物的催化作用下，尾矿及剥离岩土中的硫和金属硫化物被氧化，经过雨水冲刷，便形成了含有各种金属离子、硫酸和硫酸盐的矿山酸性废水。这种废水的特点就是酸性强、含有大量的金属成分。加之夏季雨季持续时间长，影响程度大，从而导致产生大量的含铜酸性废水，含铜酸性废水的处理也势必变得日趋严峻。
目前改善这一现象的方法是采用传统单一的石灰液碱工艺，该工艺成本较高、伴生有大量的中和渣，而且不能回收废水中的有价金属，造成资源的严重浪费。如何高效经济的回收酸性废水中的有价金属，并减少废水处理引发的二次污染，减少中和渣的产生量，最终降低处理成本，已成为矿产企业迫切解决的问题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够最大程度提取金铜矿废水内有用物质且使水质净化的硫化法回收金铜矿酸性废水中硫化铜和氢氧化铁的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：硫化法回收金铜矿酸性废水中硫化铜和氢氧化铁的方法，包括：
步骤一、回收氢氧化铁
a）将收集池内的金铜矿酸性废水引入氢氧化铁反应池内，并向所述氢氧化铁反应池内加入液碱，同时搅拌混合液使两种液体充分反应；
b）将所述氢氧化铁反应池内反应后的液体引入氢氧化铁絮凝池，并向所述氢氧化铁絮凝池内加入絮凝剂，同时搅拌所述氢氧化铁絮凝池内的混合液，使两种液体混合均匀；
c）将所述氢氧化铁絮凝池内充分反应后的液体引入氢氧化铁浓密池中进行沉淀；
d）将所述氢氧化铁浓密池内产生的沉淀物利用刮泥装置刮出，并输送至氢氧化铁压滤机内进行压滤处理，得到氢氧化铁滤泥和滤液，将滤液和所述氢氧化铁浓密池内的上清液一起引入硫化铜密闭反应池内；
步骤二、回收硫化铜
e）向所述硫化铜密闭反应池内加入硫化钠液体，同时搅拌混合液使两种液体充分反应，将所述硫化铜密闭反应池内产生的硫化氢通过管路连接至硫化氢收集装置进行吸收处理；
f）将所述硫化铜密闭反应池内反应后的液体引入硫化铜密闭絮凝池，并向所述氢硫化铜密闭絮凝池内加入絮凝剂，同时搅拌所述硫化铜密闭絮凝池内的混合液，使两种液体混合均匀；
g）将所述硫化铜密闭絮凝池内充分反应后的液体引入硫化铜浓密池中进行沉淀；
h）将所述硫化铜浓密池内产生的沉淀物利用刮泥装置刮出，并输送至硫化铜压滤机内进行压滤处理，得到硫化铜滤泥和滤液，将滤液和硫化铜浓密池内的上清液一起引入石膏反应池内；
步骤三、回收石膏
i）向所述石膏反应池内加入石灰水，同时搅拌混合液使两种液体充分反应，使两种液体充分反应；
j）将所述石膏反应池内反应后的液体引入石膏絮凝池，并向所述石膏絮凝池内加入絮凝剂，同时搅拌所述石膏絮凝池内的混合液，使两种液体混合均匀；
k）将所述石膏絮凝池内充分反应后的液体引入石膏浓密池中进行沉淀；
l）将所述石膏浓密池内产生的沉淀物利用刮泥装置刮出，并输送至石膏压滤机内进行压滤处理，得到石膏滤泥和一部分回收水，所述石膏浓密池内的上清液也成为回收水的一部分。
作为优选的技术方案，所述絮凝剂的浓度为20～30%。
作为对上述技术方案的改进，所述硫化钠液体的浓度为35～40%。
由于采用了上述技术方案，本发明的技术效果是：根据各金属沉淀物溶度积的不同，控制不同的金属浓度和溶液pH，通过加入不同的沉淀药剂对各有价金属进行分段沉淀，分别得到氢氧化铁、硫化铜和石膏等三种产品，其中硫化铜可以直接作为铜精矿出售冶炼，氢氧化铁通过一定的精加工后可以做成铁红，通过此方法得到的石膏纯度也较高，可作为建筑或其它之用，丰富了副产资源，最大程度地净化了金铜矿酸性废水，有利于环境资源保护。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例的工艺流程图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述根据本发明的示例性实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予结构以及功能基本相同的组成部分，并且为了使说明书更加简明，省略了关于基本上相同的组成部分的冗余描述。
如图1所示，硫化法回收金铜矿酸性废水中硫化铜和氢氧化铁的方法，包括：
步骤一、回收氢氧化铁
a）将收集池内的金铜矿酸性废水引入氢氧化铁反应池内，并向所述氢氧化铁反应池内加入液碱，同时搅拌混合液使两种液体充分反应；
b）将所述氢氧化铁反应池内反应后的液体引入氢氧化铁絮凝池，并向所述氢氧化铁絮凝池内加入絮凝剂，同时搅拌所述氢氧化铁絮凝池内的混合液，使两种液体混合均匀；
c）将所述氢氧化铁絮凝池内充分反应后的液体引入氢氧化铁浓密池中进行沉淀；
d）将所述氢氧化铁浓密池内产生的沉淀物利用刮泥装置刮出，并输送至氢氧化铁压滤机内进行压滤处理，得到氢氧化铁滤泥和滤液，将滤液和所述氢氧化铁浓密池内的上清液一起引入硫化铜密闭反应池内；
在氢氧化铁回收工艺中，含铜酸性废水从高位铜酸性废水收集池中自流进入氢氧化铁反应池。在该反应池中，酸性水中的铁离子和液碱进行反应，生成氢氧化铁颗粒。液碱的添加量根据反应池内的pH值进行控制。
氢氧化铁反应池容积计算公式：
体积（V）=反应停留时间（HRT）×流量（Q）
下面举例说明一下本部分的实际使用情况，依据试验得出的工艺参数，反应停留时间（HRT）为6分钟，进入氢氧化铁反应池的流量为416立方米/小时，计算出该氢氧化铁反应池所需要的反应有效体积为42立方米。为了能够更大范围的处理该矿含铜酸性废水，故将氢氧化铁反应池的尺寸设为：直径4米，高6米。而氢氧化铁反应池搅拌系统的电机功率为11千瓦，搅拌器叶轮直径为1.5米。
反应液从氢氧化铁反应池自流入氢氧化铁絮凝池，氢氧化铁絮凝池的尺寸与氢氧化铁反应池的尺寸相同。氢氧化铁絮凝池所使用的搅拌系统的电机功率为5.5千瓦，并附变频器调节转速，搅拌器叶轮直径为2米。
氢氧化铁絮凝池中的反应液以重力流的方式进入氢氧化铁浓密池的中央配水系统。根据公式沉降面积（A）=流量（Q）/氢氧化铁沉降速度（V），得出沉降面积（A）=51m2，其中氢氧化铁沉降速度为8.1 m/h（试验测得），进入氢氧化铁浓密池的总流量为416 m3/h。为了增加沉降时间，以提高底流浓度，采用24m浓密池，可以使排渣频率控制在一天以上。（注：8h排渣时，氢氧化铁底流浓度为2.5～2.8%，如果减少排渣频率，可大大提高底流浓度）
絮凝后的氢氧化铁经氢氧化铁浓密池表面沉降到池底，再由刮泥装置将沉渣刮到底部的中央排泥口，并由排泥管道排出。刮泥机上装有扭矩传感器和自动升降和关闭系统，当沉淀池底泥密度和厚度造成转距超过正常工作范围时，耙架自动上升并报警，本部分为所属技术领域内普通技术人员所熟知的内容，在这里不再赘述。
步骤二、回收硫化铜
e）向所述硫化铜密闭反应池内加入硫化钠液体，同时搅拌混合液使两种液体充分反应，将所述硫化铜密闭反应池内产生的硫化氢通过管路连接至硫化氢收集装置进行吸收处理；
f）将所述硫化铜密闭反应池内反应后的液体引入硫化铜密闭絮凝池，并向所述氢硫化铜密闭絮凝池内加入絮凝剂，同时搅拌所述硫化铜密闭絮凝池内的混合液，使两种液体混合均匀；
g）将所述硫化铜密闭絮凝池内充分反应后的液体引入硫化铜浓密池中进行沉淀；
h）将所述硫化铜浓密池内产生的沉淀物利用刮泥装置刮出，并输送至硫化铜压滤机内进行压滤处理，得到硫化铜滤泥和滤液，将滤液和硫化铜浓密池内的上清液一起引入石膏反应池内；
在硫化铜回收工艺中，氢氧化铁回收后的酸性水从氢氧化铁浓密池中自流进入硫化铜密闭反应池，加入硫化钠溶液。在硫化铜密闭反应池中，酸性水中的铜离子和硫化钠进行反应，生成硫化铜颗粒。硫化钠的添加量根据反应池内的氧化还原电位和pH值进行控制。
根据氢氧化铁反应池的设计原理，硫化铜密闭反应池的设计参数同氢氧化铁反应池。但需要进行密闭处理。
为了能够使生成的硫化铜产生更大的矾花，便于沉降浓密，硫化铜密闭絮凝池需要加入絮凝剂，控制搅拌速度，使之生成较大矾花。反应池的尺寸同氢氧化铁絮凝池。
硫化铜密闭反应池中的反应液经硫化铜密闭絮凝池后，以重力流的方式进入硫化铜浓密池的中央配水系统。其设计公式同氢氧化铁浓密池，硫化铜的沉降速度为10 m/h，进入硫化铜浓密池的总流量为416m3/h。同理，为了增加沉降时间，以提高底流浓度，采用24m浓密机。（注：6h排渣时，硫化铜底流浓度为3.5～4.0%，如果降低排渣频率，可大大提高底流浓度）
絮凝后的硫化铜经硫化铜浓密池表面沉降到浓密池的底部，再由刮泥装置将沉渣刮到底部的中央排泥口，并由排泥管道排出进入硫化铜压滤机。
步骤三、回收石膏
i）向所述石膏反应池内加入石灰水，同时搅拌混合液使两种液体充分反应，使两种液体充分反应；
j）将所述石膏反应池内反应后的液体引入石膏絮凝池，并向所述石膏絮凝池内加入絮凝剂，同时搅拌所述石膏絮凝池内的混合液，使两种液体混合均匀；
k）将所述石膏絮凝池内充分反应后的液体引入石膏浓密池中进行沉淀；
l）将所述石膏浓密池内产生的沉淀物利用刮泥装置刮出，并输送至石膏压滤机内进行压滤处理，得到石膏滤泥和一部分回收水，所述石膏浓密池内的上清液也成为回收水的一部分。
步骤三中使用的石膏反应池、石膏絮凝池、石膏浓密池和石膏压滤机等设备与步骤一种的各种用具相同，在这里不再赘述。
本实施例的氢氧化铁压滤机、硫化铜压滤机和石膏压滤机分别设置为板框压滤机，结构简单，使用方便。
本实施例中所述絮凝剂的浓度为20～30%，25公斤/袋的粉末状絮凝剂运送至药剂储存区，加水搅拌后制成0.25%的絮凝剂溶液。由于絮凝剂用量较少，现配现用，选择3m×3m的搅拌桶直接配制使用。配置好的絮凝剂溶液由自动计量泵送至储存罐储存和进一步溶解，该罐也可作为稀释罐，加水后进一步稀释絮凝剂。该罐的体积大约为5立方米。絮凝剂的加药装置采用自动计量泵，分别泵送絮凝剂至氢氧化铁絮凝池、硫化铜密闭絮凝池和石膏絮凝池中。加药管线上装有流量阀，可以自动监测加药不足的情况。
所述硫化钠液体的浓度为35～40%，硫化钠液体来源为含硫化钠36%的液体产品，可由生产厂商用槽车直接运送至硫化钠储存罐中或者自行配制硫化钠溶液后至于储存罐中。硫化钠液体的加药装置采用自动计量泵，同时配有后备泵。硫化钠液体的添加是通过接触反应器中反应液的氧化还原电位和pH值来控制的。加药管线上装有流量阀，可以自动监测加药不足的情况。硫化钠配置罐是密封类型的，并配备硫化氢的收集装置，目的是减少硫化氢的溢出。
本发明具有以下优点：
一、成本优势
当原水中的铁离子浓度在3000mg/L以下时，利用液碱沉淀的方法可以有效的控制pH，从而使铁离子以氢氧化铁的形式沉淀下来，压滤干燥后得到纯度较高的氢氧化铁，可直接作为铁红的原料销售也可继续进行深加工，大大降低了废水处理成本。
当原水中的铜离子浓度低于600mg/L时，改进硫化工艺有明显的运行成本优势。改进硫化法回收铜的成本随浓度变化较小，能够在酸性条件下将废水中的铜离子以硫化铜的形式沉淀下来，压滤干燥后能够得到45%品位的铜精矿，直接作为铜精矿销售即可。
二、低浓度优势
原水中的铜和铁离子浓度降到40mg/L时，改进硫化工艺仍然能够运行，并通过回收氢氧化铁和硫化铜来维持运行成本，解决了低浓度废水中有价金属浪费的状况，在保证废水达标排放的同时回收了有价金属，真正做到了变废为宝。
三、环保优势
（1）改进硫化工艺在回收氢氧化铁和硫化铜的同时，提高酸性水的pH值，去除了大部分的重金属离子，大大降低了后续处理成本；
（2）减少了单一石灰处理带来的中和渣量。由于采用石灰处理会产生大量的中和渣，引发环境二次污染，治理费用会随之大大提高，而改进硫化工艺将产生的各种沉淀变废为宝，大大减少了固废的处理量；
（3）改进硫化工艺能很容易的实现自动化控制。灵活的控制各工段的技术参数，使之达到工艺要求，最终根据实际需要控制出水水质。
四、回收率高
氢氧化铁的回收率能达到93%以上，铜回收率可达97%以上，石膏（硫酸钙）的回收率可以达到90%以上。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.硫化法回收金铜矿酸性废水中硫化铜和氢氧化铁的方法，其特征在于，包括：
步骤一、回收氢氧化铁
a）将收集池内的金铜矿酸性废水引入氢氧化铁反应池内，并向所述氢氧化铁反应池内加入液碱，同时搅拌混合液使两种液体充分反应；
b）将所述氢氧化铁反应池内反应后的液体引入氢氧化铁絮凝池，并向所述氢氧化铁絮凝池内加入絮凝剂，同时搅拌所述氢氧化铁絮凝池内的混合液，使两种液体混合均匀；
c）将所述氢氧化铁絮凝池内充分反应后的液体引入氢氧化铁浓密池中进行沉淀；
d）将所述氢氧化铁浓密池内产生的沉淀物利用刮泥装置刮出，并输送至氢氧化铁压滤机内进行压滤处理，得到氢氧化铁滤泥和滤液，将滤液和所述氢氧化铁浓密池内的上清液一起引入硫化铜密闭反应池内；
步骤二、回收硫化铜
e）向所述硫化铜密闭反应池内加入硫化钠液体，同时搅拌混合液使两种液体充分反应，将所述硫化铜密闭反应池内产生的硫化氢通过管路连接至硫化氢收集装置进行吸收处理；
f）将所述硫化铜密闭反应池内反应后的液体引入硫化铜密闭絮凝池，并向所述氢硫化铜密闭絮凝池内加入絮凝剂，同时搅拌所述硫化铜密闭絮凝池内的混合液，使两种液体混合均匀；
g）将所述硫化铜密闭絮凝池内充分反应后的液体引入硫化铜浓密池中进行沉淀；
h）将所述硫化铜浓密池内产生的沉淀物利用刮泥装置刮出，并输送至硫化铜压滤机内进行压滤处理，得到硫化铜滤泥和滤液，将滤液和硫化铜浓密池内的上清液一起引入石膏反应池内；
步骤三、回收石膏
i）向所述石膏反应池内加入石灰水，同时搅拌混合液使两种液体充分反应；
j）将所述石膏反应池内反应后的液体引入石膏絮凝池，并向所述石膏絮凝池内加入絮凝剂，同时搅拌所述石膏絮凝池内的混合液，使两种液体混合均匀；
k）将所述石膏絮凝池内充分反应后的液体引入石膏浓密池中进行沉淀；
l）将所述石膏浓密池内产生的沉淀物利用刮泥装置刮出，并输送至石膏压滤机内进行压滤处理，得到石膏滤泥和一部分回收水，所述石膏浓密池内的上清液也成为回收水的一部分。
2.如权利要求1所述的硫化法回收金铜矿酸性废水中硫化铜和氢氧化铁的方法，其特征在于，所述絮凝剂的浓度为20～30%。
3.如权利要求1所述的硫化法回收金铜矿酸性废水中硫化铜和氢氧化铁的方法，其特征在于，所述硫化钠液体的浓度为35～40%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130612 |