CN107473447A - 一种钙法资源化处理酸性高浓度硫酸铵废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钙法资源化处理酸性高浓度硫酸铵废水的方法。该方法首先根据废水中SO4 2‑离子与氯化钙的摩尔量比向废水中加氯化钙，使硫酸铵转化为氯化铵，同时将废水中的硫酸根预除，过滤后采用泡沫法去除滤液残留的SO4 2‑离子，然后往滤液中加石灰，使废水pH在10‑13，滤液进入汽提塔内进行脱氨，从而使废水中的氨回收为氨水，脱氨后再通过膜滤，浓氯化钙液返回至废水脱SO4 2‑，膜产水作为纯水回用于生产。该方法不仅能够对高浓度硫酸铵废水进行最大限度的资源化回收，真正做到了工业废水零排放，而且解决了直接用石灰调节pH值过程中因硫酸钙的包覆导致石灰利用率低的问题，同时，降低了作业成本。

Description

一种钙法资源化处理酸性高浓度硫酸铵废水的方法
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种钙法资源化处理酸性高浓度硫酸铵废水的方法。
背景技术
在有色金属湿法冶炼过程中，萃取法净化除杂是最成熟和最常用的方法，该方法其中一个步骤为通过氨水进行皂化，而采用氨水进行皂化时必然会产生大量的硫酸铵废水，且硫酸铵废水呈酸性，其主要污染物为高浓度氨氮、金属杂质离子、有机悬浮物以及硫酸根离子等，其污染性巨大。
目前，处理有色金属湿法冶炼过程中产生的酸性高浓度硫酸铵废水的方法主要有：直接蒸发、离子交换回收、折点加氯氧化或生物硝化、汽提法、磷酸铵镁沉淀法等。这些方法各有优缺点，其中直接蒸发法工艺比较简单，但能耗高，处理成本高；离子交换回收和折点加氯氧化因具有投资大、处理费用高等缺点，现今很少被使用；汽提法工艺也相对比较简单，而且效果稳定、适用性强，但却存在碱耗量大，能耗高等缺点；磷酸铵镁沉淀法工艺也比较简单，操作简便、工艺适应性强，但也存在药剂加入量大，成本较高等缺点。
发明内容
(1)要解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种钙法资源化处理酸性高浓度硫酸铵废水的方法，该方法不仅能够对高浓度硫酸铵废水进行最大限度的资源化回收，真正做到了工业废水零排放，而且解决了直接用石灰调节pH值过程中因硫酸钙的包覆导致石灰利用率低的问题，同时，降低了作业成本。
(2)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种钙法资源化处理酸性高浓度硫酸铵废水的方法，具体包括如下步骤：
a.将废水通过离子交换树脂除去废水中的金属离子，并将离子交换得到的金属离子经过反洗后回到钴镍冶炼的萃取段进行重复利用，然后再通过除油器除去废水中的油、悬浮物和机械杂质，得到溶液A；
b.根据测量溶液A中SO4 2-离子的量，按SO4 2-离子与氯化钙的摩尔量比为1:1，向溶液A中加入氯化钙固体或浓度为100-700g/L的氯化钙溶液，反应完成后进行过滤，得到溶液B，滤渣经过洗涤和干燥后作为工业级硫酸钙回收；
c.向溶液B中添加表面活性剂，表面活性剂的添加量为0.01-1.0g/L，并采用泡沫法去除溶液B中残留的SO4 2-离子，脱除残留的SO4 2-离子后再进行过滤，得到溶液C；
d.向溶液C中添加石灰调节其pH，使其pH值控制在10-13，其后再进行过滤，并将滤液引入汽提塔内进行脱氨，脱氨温度控制在80-110℃，滤液中的氨经过脱氨处理回收得到质量百分浓度为10-20％的氨水，滤液经过脱氨处理后得到溶液D；
e.将溶液D通过膜处理系统进行处理，控制进膜前溶液温度为30-80℃，浓水产量为5-50％，产出的浓水返回到上述溶液A中，膜产水作为纯水回收利用。
优选地，步骤a中，滤液A中含有的Co、Ni、Cu金属离子的浓度均小于1ppm。
优选地，步骤b中，氯化钙溶液的加入方式采用喷淋。
优选地，步骤c中，表面活性剂为氢氧型阳离子表面活性剂和羟型阳离子表面活性剂中的一种或两种。
优选地，步骤d中，石灰是指生石灰和熟石灰中的一种或两种混合，并且石灰采用螺旋给料机进行加料。
本发明的一种钙法资源化处理酸性高浓度硫酸铵废水的方法，其工艺原理具体如下：
在步骤b中，该过程具体为硫酸体系转化为氯化体系，其具体的化学方程式为(NH4)2SO4+CaCl2＝NH4Cl+CaSO4↓。
在步骤c中，该过程具体为深度去除SO4 2-离子，其具体的化学方程式为2(CH3NC16H33)OH+CaSO4(aq)＝(CH33NC16H33)2SO4+Ca(OH)2↓。
在步骤d中，该过程具体为石灰调节pH值，其具体的化学方程式为NH4Cl+Ca(OH)2(aq)＝NH3﹒H2O(aq)+CaCl2。
在步骤e中，该过程具体为汽提塔内进行脱氨，其具体的化学方程式为NH3﹒H2O(aq)→NH3↑+H2O。
泡沫法为现今逐渐被大家所适用的一种除SO4 2-的方法，该方法常用十六烷基三甲基氢氧化铵[(CH3)3NC16H33OH]作为表面活性剂，是阳离子表面活性剂，能电离成(CH3)3NC16H33 +和OH-，在K2SO4水溶液中能与K2SO4发生如下离子交换反应：
2(CH3)3NC16H33OH+K2SO4→[(CH3)3NC16H33]2SO4+2KOH
因此，在用泡沫法去除溶液中的SO4 2-离子过程中，SO4 2-与(CH3)3NC16H33OH中的OH-交换而被吸附在气泡的气液界面上，从而在泡沫层被富集，同时OH-留在了溶液中，泡沫法由于分离效率高、设备简单、能耗低而引起人们越来越多的关注。
(3)有益效果
本发明与现有技术相比，首先，本发明的方法突破性地通过各步骤的合理布局，先通过离子交换树脂吸附并回收金属离子，在通过氯化钙预除去SO4 2-离子，得到硫酸钙并回收利用，使硫酸铵废水转化为氯化铵废水，再通过表面活性剂彻底除去SO4 2-离子，并通过石灰调节溶液的pH值，其滤液又通过汽提塔进行脱氨，得到氨水回收，最后再通过膜处理系统进行处理，将膜产水和浓水都得到利用和回收，这样不仅能够对高浓度硫酸铵废水进行最大限度的资源化回收，使其所含有的所有成分都能得到利用，而且完全没有污染物排放，真正做到了工业废水零排放；其次，通过通过步骤性的调整，解决了直接用石灰调节pH值过程因硫酸钙的包覆导致石灰利用率低的问题，大大地增强了该工序的效果，提高了石灰的利用率；最后，由于工序上的突破性调整，大大加强了其在添加物方面的可选择性，工序更加易于进行调整，该方法用石灰替代传统方法的氢氧化钠，这样极大地降低了物料和作业成本，使本发明的方法更加易于推广。总体而言，该方法不仅能够对高浓度硫酸铵废水进行最大限度的资源化回收，真正做到了工业废水零排放，而且解决了直接用石灰调节pH值过程中因硫酸钙的包覆导致石灰利用率低的问题，同时，降低了作业成本。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，以进一步阐述本发明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施例所用的硫酸铵废水pH值为5.8，其中含NH4 +为15g/l，Co2+为0.05g/l，Ni2+为0.5g/l，有机物含量100ppm。
a.将废水通过离子交换树脂除去废水中的金属离子，并将离子交换得到的金属离子经过反洗后回到钴镍冶炼的萃取段进行重复利用，然后再通过除油器除去废水中的油、悬浮物和机械杂质，得到溶液A。(经步骤a处理后，滤液A有机物含量为3mg/L,Co2+为1mg/L,Ni2+含量0.2mg/L)
b.根据测量溶液A中SO4 2-离子的量，按SO4 2-离子与氯化钙的摩尔量比为1:1，向溶液A中加入浓度为400g/L的氯化钙溶液，氯化钙溶液的加入方式采用喷淋，反应时间为60分钟，反应温度控制45℃，反应完成后进行过滤，得到溶液B，滤渣经过洗涤和干燥后作为工业级硫酸钙回收。(经步骤b处理后，滤液B中Ca2+含量为1.8g/L，得到的硫酸钙产品满足工业硫酸钙标准要求)
c.向溶液B中添加表面活性剂，表面活性剂的添加量为0.1g/L，表面活性剂采用氢氧型阳离子表面活性剂，并采用泡沫法去除溶液B中残留的SO4 2-离子，脱除残留的SO4 2-离子后再进行过滤，得到溶液C。(经步骤c处理后，滤液C中SO4 2-离子的含量为0.4g/L，脱氨塔长期运行后塔板无结疤现象)
d.向溶液C中添加石灰调节其pH，其中，石灰为生石灰，并采用螺旋给料机进行石灰加料，使其pH值控制在12，其后再进行过滤，并将滤液引入汽提塔内进行脱氨，脱氨温度控制在80℃，滤液中的氨经过脱氨处理回收得到质量百分浓度为14％的氨水，滤液经过脱氨处理后得到溶液D。(脱氨后溶液D的氨含量为8ppm)
e.将溶液D通过膜处理系统进行处理，控制进膜前溶液温度为60℃，浓水产量为30％，产出的浓水返回到上述溶液A中，膜产水作为纯水回收利用。(经步骤e处理后所得到的纯水满足工业纯水Ⅲ级标准)
实施例2
本实施例所用的硫酸铵废水pH值为5.2，其中含NH4 +为20g/l，Co2+为0.06g/l，Ni2+为0.4g/l，有机物含量95ppm。
a.将废水通过离子交换树脂除去废水中的金属离子，并将离子交换得到的金属离子经过反洗后回到钴镍冶炼的萃取段进行重复利用，然后再通过除油器除去废水中的油、悬浮物和机械杂质，得到溶液A。(经步骤a处理后，滤液A有机物含量为2.8mg/L,Co2+为1.1mg/L,Ni2+含量0.3mg/L)
b.根据测量溶液A中SO4 2-离子的量，按SO4 2-离子与氯化钙的摩尔量比为1:1，向溶液A中加入浓度为700g/L的氯化钙溶液，氯化钙溶液的加入方式采用喷淋，反应时间为60分钟，反应温度控制35℃，反应完成后进行过滤，得到溶液B，滤渣经过洗涤和干燥后作为工业级硫酸钙回收。(经步骤b处理后，滤液B中Ca2+含量为1.7g/L，得到的硫酸钙产品中氯离子含量0.006％，超出工业硫酸钙标准要求)
c.向溶液B中添加表面活性剂，表面活性剂的添加量为0.05g/L，表面活性剂采用羟型阳离子表面活性剂，并采用泡沫法去除溶液B中残留的SO4 2-离子，脱除残留的SO4 2-离子后再进行过滤，得到溶液C。(经步骤c处理后，滤液C中SO4 2-离子的含量为0.6g/L，脱氨塔长期运行后塔板无结疤现象)
d.向溶液C中添加石灰调节其pH，其中，石灰为熟石灰，并采用螺旋给料机进行石灰加料，使其pH值控制在11.5，其后再进行过滤，并将滤液引入汽提塔内进行脱氨，脱氨温度控制在110℃，滤液中的氨经过脱氨处理回收得到质量百分浓度为10％的氨水，滤液经过脱氨处理后得到溶液D。(脱氨后溶液D的氨含量为13ppm)
e.将溶液D通过膜处理系统进行处理，控制进膜前溶液温度为30℃，浓水产量为5％，产出的浓水返回到上述溶液A中，膜产水作为纯水回收利用。(经步骤e处理后所得到的纯水满足工业纯水Ⅲ级标准)
实施例3
本实施例所用的硫酸铵废水pH值为5.6，其中含NH4 +为25g/l，Co2+为0.03g/l，Ni2+为0.2g/l，有机物含量85ppm。
a.将废水通过离子交换树脂除去废水中的金属离子，并将离子交换得到的金属离子经过反洗后回到钴镍冶炼的萃取段进行重复利用，然后再通过除油器除去废水中的油、悬浮物和机械杂质，得到溶液A。(经步骤a处理后，滤液A有机物含量为2.1mg/L,Co2+为0.6mg/L,Ni2+含量0.4mg/L)
b.根据测量溶液A中SO4 2-离子的量，按SO4 2-离子与氯化钙的摩尔量比为1:1，向溶液A中直接加入氯化钙固体，反应时间为60分钟，反应温度控制25℃，反应完成后进行过滤，得到溶液B，滤渣经过洗涤和干燥后作为工业级硫酸钙回收。(经步骤b处理后，滤液B中Ca2+含量为2.4g/L，得到的硫酸钙产品中氯离子含量0.01％，超出工业硫酸钙标准要求)
c.向溶液B中添加表面活性剂，表面活性剂的添加量为0.01g/L，表面活性剂为氢氧型阳离子表面活性剂，并采用泡沫法去除溶液B中残留的SO4 2-离子，脱除残留的SO4 2-离子后再进行过滤，得到溶液C。(经步骤c处理后，滤液C中SO4 2-离子的含量为1.1g/L，脱氨塔长期运行后塔板无结疤现象)
d.向溶液C中添加石灰调节其pH，其中，石灰为生石灰，并采用螺旋给料机进行石灰加料，使其pH值控制在10，其后再进行过滤，并将滤液引入汽提塔内进行脱氨，脱氨温度控制在85℃，滤液中的氨经过脱氨处理回收得到质量百分浓度为20％的氨水，滤液经过脱氨处理后得到溶液D。(脱氨后溶液D的氨含量为15ppm)
e.将溶液D通过膜处理系统进行处理，控制进膜前溶液温度为45℃，浓水产量为10％，产出的浓水返回到上述溶液A中，膜产水作为纯水回收利用。(经步骤e处理后所得到的纯水满足工业纯水Ⅲ级标准，设备运行过程中膜压偏高)
实施例4
本实施例所用的硫酸铵废水pH值为5.0，其中含NH4 +为35g/l，Co2+为0.08g/l，Ni2+为0.6g/l，有机物含量90ppm。
a.将废水通过离子交换树脂除去废水中的金属离子，并将离子交换得到的金属离子经过反洗后回到钴镍冶炼的萃取段进行重复利用，然后再通过除油器除去废水中的油、悬浮物和机械杂质，得到溶液A。(经步骤a处理后，滤液A有机物含量为2.6mg/L,Co2+为0.9mg/L,Ni2+含量0.6mg/L)
b.根据测量溶液A中SO4 2-离子的量，按SO4 2-离子与氯化钙的摩尔量比为1:1，向溶液A中加入浓度为100g/L的氯化钙溶液，氯化钙溶液的加入方式采用喷淋，反应时间为10分钟，反应温度控制45℃，反应完成后进行过滤，得到溶液B，滤渣经过洗涤和干燥后作为工业级硫酸钙回收。(经步骤b处理后，滤液B中Ca2+含量为2.2g/L，得到的硫酸钙产品满足工业硫酸钙标准要求)
c.向溶液B中添加表面活性剂，表面活性剂的添加量为1g/L，表面活性剂为氢氧型阳离子表面活性剂和羟型阳离子表面活性剂中的混合物，并采用泡沫法去除溶液B中残留的SO4 2-离子，脱除残留的SO4 2-离子后再进行过滤，得到溶液C。(经步骤c处理后，滤液C中SO4 2-离子的含量为0.2g/L，脱氨塔长期运行后塔板无结疤现象)
d.向溶液C中添加石灰调节其pH，其中，石灰为生石灰和熟石灰的混合物，并采用螺旋给料机进行石灰加料，使其pH值控制在13，其后再进行过滤，并将滤液引入汽提塔内进行脱氨，脱氨温度控制在95℃，滤液中的氨经过脱氨处理回收得到质量百分浓度为15％的氨水，滤液经过脱氨处理后得到溶液D。(脱氨后溶液D的氨含量为35ppm)
e.将溶液D通过膜处理系统进行处理，控制进膜前溶液温度为80℃，浓水产量为50％，产出的浓水返回到上述溶液A中，膜产水作为纯水回收利用。(经步骤e处理后所得到的纯水满足工业纯水Ⅲ级标准)
以上描述了本发明的主要技术特征和基本原理及相关优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的构思或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种钙法资源化处理酸性高浓度硫酸铵废水的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
a.将废水通过离子交换树脂除去废水中的金属离子，并将离子交换得到的金属离子经过反洗后回到钴镍冶炼的萃取段进行重复利用，然后再通过除油器除去废水中的油、悬浮物和机械杂质，得到溶液A；
b.根据测量溶液A中SO4 2-离子的量，按SO4 2-离子与氯化钙的摩尔量比为1:1，向溶液A中加入氯化钙固体或浓度为100-700g/L的氯化钙溶液，反应完成后进行过滤，得到溶液B，滤渣经过洗涤和干燥后作为工业级硫酸钙回收；
c.向溶液B中添加表面活性剂，表面活性剂的添加量为0.01-1.0g/L，并采用泡沫法去除溶液B中残留的SO4 2-离子，脱除残留的SO4 2-离子后再进行过滤，得到溶液C；
d.向溶液C中添加石灰调节其pH，使其pH值控制在10-13，其后再进行过滤，并将滤液引入汽提塔内进行脱氨，脱氨温度控制在80-110℃，滤液中的氨经过脱氨处理回收得到质量百分浓度为10-20％的氨水，滤液经过脱氨处理后得到溶液D；
e.将溶液D通过膜处理系统进行处理，控制进膜前溶液温度为30-80℃，浓水产量为5-50％，产出的浓水返回到上述溶液A中，膜产水作为纯水回收利用。
2.根据权利要求1所述的一种钙法资源化处理酸性高浓度硫酸铵废水的方法，其特征在于，步骤a中，滤液A中含有的Co、Ni、Cu金属离子的浓度均小于1ppm。
3.根据权利要求1所述的一种钙法资源化处理酸性高浓度硫酸铵废水的方法，其特征在于，步骤b中，氯化钙溶液的加入方式采用喷淋。
4.根据权利要求1所述的一种钙法资源化处理酸性高浓度硫酸铵废水的方法，其特征在于，步骤c中，表面活性剂为氢氧型阳离子表面活性剂和羟型阳离子表面活性剂中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种钙法资源化处理酸性高浓度硫酸铵废水的方法，其特征在于，步骤d中，石灰是指生石灰和熟石灰中的一种或两种混合，并且石灰采用螺旋给料机进行加料。
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