CN107840480A

CN107840480A - 一种利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法

Info

Publication number: CN107840480A
Application number: CN201610832912.4A
Authority: CN
Inventors: 徐正超; 闵学刚; 方峰; 马聪; 骆凯翔; 杨炜沂; 钱红兵; 李琦; 黄卫平
Original assignee: ZHANGJIAGANG GREEN TECH ENVIRONMENTAL PROTECTION EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: ZHANGJIAGANG GREEN TECH ENVIRONMENTAL PROTECTION EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-03-27

Abstract

本发明属于环保领域，具体涉及一种利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法。将工业含铁废泥投加到含砷废污酸中，通过搅拌或曝气促进两者均匀混合和反应，然后用碱将pH值调节至6～9，进入沉淀池，清液达标排放或进一步处理后回用，浓缩污泥利用压滤机或离心机脱水后作为固废进行处置。工业含铁废泥的用量根据含砷废污酸的成分和处理要求，通过试验进行确定。该方法可对钢铁行业和铝工业的含铁固体废弃物进行直接利用，解决有色冶炼、工业硫酸等行业普遍存在的含砷废污酸问题，且工艺简单，易操作，除砷效果好，不仅能省去铁盐添加，减少碱用量，而且可有效缓解固废处置压力，节约资源，降低成本，具有很高的实用价值。

Description

一种利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法

技术领域

本发明属于环保领域，具体涉及一种利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法。

背景技术

钢铁制品在加工过程中通常需要用强酸(主要为盐酸、硫酸、混酸等)进行清洗，以去除工件表面的氧化皮。当酸液中的铁离子达到一定浓度后，会导致其腐蚀、清洗效果显著下降，最终成为废酸。据统计，我国钢铁行业每年的酸洗废酸产生量在1000万吨以上，平均每处理1吨酸洗废酸产生含铁酸洗废泥250～350公斤。因此，仅钢铁行业酸洗工序每年的含铁废泥产生量即在300万吨以上，如果算上浓度较低但产生量更大的酸洗工件冲洗废水，每年的含铁酸洗废泥产生量在1000万吨以上。

铝是地壳中含量最高的金属元素(达到7.73％)，铝及其制品在航空、航天、汽车、机械制造、建筑、船舶及化工等领域大量应用，对国民经济和社会发展起到极其重要的作用。我国是铝生产大国，2014年原铝产量同比增长14％，达到2830万吨/年；同年氧化铝产量更是达到5073.7万吨，占世界总产量的47％。一般来说，每生产1吨原铝，需要消耗铝土矿3～3.5吨，同时产生大量(1～2吨)的含铁废泥，生产氧化铝也有同样的问题。这种伴随着铝冶炼产生的含铁废泥被称为赤泥，其数量庞大，堆存起来既占用土地，浪费资源，又易造成环境污染和安全隐患。因此，提高赤泥的综合利用率和技术水平，对减少赤泥堆存及其对环境、安全造成的影响具有重大意义。

目前，赤泥综合利用仍属世界性难题，我国赤泥综合利用率仅为4％，累积堆存量达3.5亿吨。随着我国原铝和氧化铝产量的逐年增长和铝土矿品位逐渐降低，赤泥的年产生量还将不断增加。近年来各方面已开展跨学科、多领域的赤泥综合利用技术研究工作，如：赤泥提取有价金属，生产水泥、建筑用砖、胶凝材料、耐火材料、环保材料等，但这些研究尚处于实验室阶段，还未实现产业化，简单高效、低成本、对赤泥成分和特性包容性强的大量消纳赤泥的方法有待开发。

含砷废污酸是铜、金等有色金属冶炼和含砷化合物生产加工过程中非常常见的工艺废水，其产生量大、腐蚀性强、毒性高，是一种及其危险的废物。以铜冶炼为例，含砷废污酸中硫酸的浓度达到15～60g/L，砷浓度一般在3～30g/L，其污染指标高出排放标准数万到数百万倍。由于含砷废污酸酸性强，砷含量高，处理时需要添加大量的强碱和除砷药剂(如：铁盐、铝盐、钙盐等)，药剂用量大，处理成本较高。

铝工业产生的赤泥和钢铁行业产生的酸洗废泥，其主要成分均为铁、钙、铝等金属的氧化物或氢氧化物，不仅富含除砷所需的过渡金属离子，还可与强酸发生中和反应，大大减少调pH值所需的碱量，可以节约资源，降低成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，以铝工业赤泥和钢铁行业酸洗废泥作为处理含砷废污酸的药剂，实现以废治废、节约资源的目的。

本发明的技术方案是：

一种利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，所采用的工业含铁废泥是，钢铁行业酸洗液中和处理产生的酸洗废泥，或铝工业产生的赤泥；其中：

酸洗废泥的主要成分为铁氧化合物和水，同时含有少量无机盐；按重量百分比计，铁氧化合物含量在10～90％，水含量在10～80％，无机盐含量不超过15％；

赤泥的主要成分为金属氧化物和水；脱水后，氧化铁含量在10～70wt％，氧化铝含量在5～30wt％，氧化钙含量在5～40wt％，氧化钠含量在2～10wt％，其他金属氧化物总含量不超过10wt％；

将工业含铁废泥投加到含砷废污酸中，通过搅拌或曝气促进两者均匀混合和反应，然后用碱将pH值调至6～9，进入沉淀池，清液达标排放或进一步处理后回用，浓缩污泥利用压滤机或离心机脱水后作为固废进行处置。

所述的利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，酸洗废泥中，铁氧化合物为铁的氧化物或氢氧化物，水为游离水或结晶水，无机盐为氯化钠、氯化钙、硫酸钠或硫酸钙。

所述的利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，赤泥中，其他金属氧化物包括氧化硅、氧化钛、氧化锆。

所述的利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，铁废泥作为药剂直接投加，含铁废泥中的铁氧化合物、金属氧化物、无机盐与含砷废污酸中的污染成分硫酸或砷发生反应并起到去除作用，具有调节pH值和除砷双重功效。

所述的利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，工业含铁废泥的用量根据含砷废污酸的成分和处理要求，通过试验进行确定。

所述的利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，根据不同的除砷要求，选择在调pH值前后曝气，或者添加强氧化剂双氧水或次氯酸钠，使三价砷转变为五价砷、亚铁转变为三价铁，以获得更高的砷去除率。

所述的利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，含铁废泥对钢铁行业和铝工业的含铁固体废弃物进行直接利用，砷去除率达99.9％以上，使碱的用量减少20～50％，固废的产生量减少30～60％。

本发明的设计原理如下：

酸洗废泥或铝工业产生的赤泥中富含的金属(铁、钙、铝、钠等，用M表示)氧化物或氢氧化物，可与含砷废污酸中的强酸发生反应，降低酸浓度的同时，产生可溶性金属阳离子。可溶性金属阳离子在适当pH值(6～9)下与废污酸中的砷反应生成难溶的砷酸盐或亚砷酸盐，实现砷的有效去除。

其化学反应式为：

MO_x+2x H⁺→M^2x++x H₂O

M(OH)_2x+2x H⁺→M^2x++2x H₂O

3M^2x++2x AsO₃ ^3-→M₃(AsO₃)_2x↓

3M^2x++2x AsO₄ ^3-→M₃(AsO₄)_2x↓

参与反应的金属氧化物或氢氧化物均为碱性物质，可显著减少调pH值所需的用碱量。这些碱性物质可以包括：三氧化二铁、氧化亚铁、氧化钙、氧化铝、氧化钠、氧化镁、氢氧化铁、氢氧化亚铁、氢氧化钙、氢氧化铝等。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明直接利用钢铁行业产生的酸洗废泥和铝工业产生的赤泥，对高污染、难治理的含砷废污酸进行处理，工艺简单，可操作性强，且多元金属氧化物的协同效应可实现高浓度三价砷和五价砷的稳定高效去除，出水可直接达到排放标准。

2、采用上述工业含铁废泥处理含砷废污酸，以废治废，可省去除砷药剂的添加，同时可使调pH值的碱用量减少20～50％，不仅节约资源，降低成本，还可节省巨额的固废处置费用，减少工业含铁废泥堆存及其对环境、安全造成的影响。

3、含砷废污酸酸性强，可与含铁废泥中的绝大部分物质迅速发生反应，对含铁废泥的成分和化学特性包容性强，利用率高，具有较好的实际应用价值。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明将钢铁行业和铝工业产生的含铁废泥直接用于含砷废污酸处理，酸洗废泥中含有丰富的铁氧化合物(如：FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Fe(OH)₂、Fe(OH)₃等之一种或两种以上)，赤泥中含有丰富的金属氧化物，通过搅拌、曝气、pH调节、沉淀、污泥脱水等工艺步骤实现强酸和高浓度砷的去除，出水可稳定达到排放标准，具体过程如下：

首先将工业含铁废泥投加到含砷废污酸中，通过搅拌或曝气促进两者均匀混合和反应，然后用碱调节pH值至6～9(优选7.5～8.5)，进入沉淀池，清液达标排放或进一步处理后回用，浓缩污泥利用压滤机或离心机脱水后作为固废进行处置。采用本发明可对钢铁行业和铝工业的含铁固体废弃物进行直接利用，工艺简单，易操作，处理效果好，除砷效果好，砷去除率可达99.9wt％以上。该方法可以省去铁盐添加，使碱的用量减少20～50wt％，固废的产生量减少30～60wt％。

下面结合实施例对本发明进一步详细描述。

实施例1

广西某铜冶炼厂每天产生约400吨含砷废污酸，其硫酸浓度为20g/L，砷浓度为9g/L。

该含砷废污酸目前的处理方法为：先用石灰乳将废水的pH值调至12.5以上，曝气、沉淀、压滤；压滤清液用硫酸亚铁溶液回调pH值至8.5～9，同时产生大量富含铁和砷的絮状化合物，曝气、沉淀、压滤，清液达标后排放。根据测算，处理每吨含砷废污酸，大约需要消耗氢氧化钙(含量≧85wt％)28.3kg，消耗硫酸亚铁15.2kg，产生固体废物(含水量约为60wt％)约103kg，综合处理费用约为220.4元/吨。

利用铜冶炼厂附近的某铝冶炼厂产生的赤泥，采用本发明中的方法对上述含砷废污酸进行处理。向100L含砷废污酸中加入3kg赤泥，搅拌30min后，加入2.52kg液碱(氢氧化钠水溶液，浓度30wt％)，将pH值调至7.8，继续搅拌15min后，沉淀，用试验小压滤机压滤。对压滤清液取样测试，测试结果表明，压滤清液中的砷浓度为0.18mg/L，达到国家污水综合排放标准(要求不高于0.5mg/L)。根据上述试验，可测算出处理每吨含砷废污酸需消耗赤泥30kg，液碱25.2kg，产生固废(含水量约为60wt％)88.9kg。扣除赤泥及其处置费用后，处理每吨含砷废污酸产生固废58.9kg，综合费用约154.8元/吨。

从而可以看出，采用本发明所述的方法对含砷废污酸进行处理，每吨可减少固废44.1kg，节省药剂和固废处置费用共65.6元。仅以该铜冶炼厂估算，每年可减少固废约630吨，节省费用约900万元。

实施例2

湖北某钢铁制品厂，每天产生酸洗废泥5～8吨，其主要成分为氢氧化亚铁，同时含有少量的氢氧化铁、氢氧化铝和氢氧化钙。当地某铜冶炼厂，每天约产生120吨含砷废污酸，其硫酸浓度为17.8g/L，砷浓度为5.3g/L。

利用上述钢铁制品厂产生的酸洗废泥对铜冶炼厂的含砷废污酸进行处理。向100L含砷废污酸中加入5kg酸洗废泥，搅拌15min后，持续曝气2h。曝气结束后，加入2.91kg液碱(浓度30wt％)，将pH值调至8.1，并搅拌15min，沉淀，用试验小压滤机压滤。对压滤清液取样测试，测试结果表明，压滤清液中的砷浓度为0.33mg/L，达到国家污水综合排放标准(要求不高于0.5mg/L)。

根据上述试验可知，可利用钢铁制品厂产生的酸洗废泥对铜冶炼厂的含砷废污酸直接进行处理，出水可达到排放标准。

实施例3

湖南某地砷污染严重，其污染源主要为来自于当地某雄黄矿厂和某硫酸厂，未经处理或处理不达标排放的含砷废污酸。对硫酸厂产生的含砷废污酸取样测试，其硫酸浓度为28.5g/L，砷浓度高达19.1g/L。

利用某钢铁制品厂产生的酸洗废泥对硫酸厂含砷废污酸进行处理。向100L含砷废污酸中加入8kg酸洗废泥，搅拌20min后，缓慢加入800mL工业双氧水(浓度27.5wt％)，加入1.75kg生石灰(纯度90wt％)，将pH调至3～4，曝气2h。曝气结束后，加入0.61kg液碱，将调pH值至7.5，沉淀，用试验小压滤机进行压滤。取样测试，测试结果表明，压滤清液中砷浓度为0.083mg/L，达到国家污水综合排放标准(要求不高于0.5mg/L)。

实施例结果表明，本发明中以钢铁行业产生的酸洗废泥和铝工业产生的赤泥为主要药剂，对含砷废污酸进行处理的方法是完全可行的，通过工艺选择和参数调整，可适应不同成分含砷废污酸的处理，砷去除率可达99.9％以上，出水中的砷浓度可达到或超过国家污水综合排放标准中的要求。该方法可对钢铁行业和铝工业的含铁固体废弃物进行直接利用，解决有色冶炼、工业硫酸等行业普遍存在的含砷废污酸问题，不仅节约资源，降低成本，而且可以有效缓解固废处置压力，减少工业含铁废泥堆存及其对环境、安全造成的影响，具有很高的实用价值。

Claims

1.一种利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，其特征在于，所采用的工业含铁废泥是，钢铁行业酸洗液中和处理产生的酸洗废泥，或铝工业产生的赤泥；其中：

2.按照权利要求1所述的利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，其特征在于，酸洗废泥中，铁氧化合物为铁的氧化物或氢氧化物，水为游离水或结晶水，无机盐为氯化钠、氯化钙、硫酸钠或硫酸钙。

3.按照权利要求1所述的利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，其特征在于，赤泥中，其他金属氧化物包括氧化硅、氧化钛、氧化锆。

4.按照权利要求1所述的利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，其特征在于，含铁废泥作为药剂直接投加，含铁废泥中的铁氧化合物、金属氧化物、无机盐与含砷废污酸中的污染成分硫酸或砷发生反应并起到去除作用，具有调节pH值和除砷双重功效。

5.按照权利要求1所述的利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，其特征在于，工业含铁废泥的用量根据含砷废污酸的成分和处理要求，通过试验进行确定。

6.按照权利要求1所述的利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，其特征在于，根据不同的除砷要求，选择在调pH值前后曝气，或者添加强氧化剂双氧水或次氯酸钠，使三价砷转变为五价砷、亚铁转变为三价铁，以获得更高的砷去除率。

7.按照权利要求1所述的利用工业含铁废泥处理含砷废污酸的方法，其特征在于，含铁废泥对钢铁行业和铝工业的含铁固体废弃物进行直接利用，砷去除率达99.9％以上，使碱的用量减少20～50％，固废的产生量减少30～60％。