CN108947021A - 一种铁基氧化物废渣处理污酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁基氧化物废渣处理污酸的方法，属于污酸处理技术领域。本发明将铁基氧化物废渣粉碎过100~300目筛，采用去离子水、蒸馏水或纯水清洗2~3次，干燥得到铁基氧化物废渣粉末；将铁基氧化物废渣粉末加入到污酸废水中混合均匀得到混合体系，采用碱调节pH值为4~5，在外场条件下，混合体系加热至温度为60~70℃并震荡处理1~2h，静置1.5~2.5h，固液分离得到上清液和下层固体，其中外场为超声场、微波场、磁场、电场、加压场的一种或多种。本发明方法利用铁基氧化物废渣处理污酸废水具有不堵塞管道和阀门，整个系统运行稳定、处理效果好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁基氧化物废渣处理污酸的方法，属于污酸处理技术领域。
背景技术
污酸是铜、铅、锌等冶炼烟气制酸水洗工艺过程中产生的废水，其主要含硫酸、砷、汞、镉、铅、锌和氟等污染物。污酸废水成分复杂，pH较低，各种重金属和氟等含量超标几十倍，甚至几百倍。污酸废水的处理与回用已成为金属冶炼工业面临的重要环境问题。目前在污酸废水的处理上尚未有普遍认可且较为理想的方法。现在应用普遍的处理方法主要有石灰中和法、高浓度泥浆法、硫化法、铁氧体法、膜分离法、生物吸附法、硫化法+石灰/石灰石中和法、高浓度泥浆法+铁盐中和法、石灰+铁盐(铝盐)法。但是这些方法通常存在处理成本高、效果欠佳，难回收利用等缺点，因此寻找一种高效低费的处理方法就成为当务之急。
铁基氧化物废渣是冶炼工业上利用矿石提炼后所剩余的含铁的工业固体废弃物，例如钢渣、硫铁矿烧渣等。随着我国钢铁产业的不断发展，钢渣的产量也不断增加。全国目前钢渣累积堆存近10亿吨，而综合利用率仅为10%左右。硫铁矿烧渣是以硫铁矿或含硫尾砂为原料生产硫酸过程中所排出的废渣，我国每年产生硫铁矿烧渣约有1000万吨，占工业固体废弃物的1/3左右。长期以来我国一般采用堆填处置，不仅浪费资源，而且对大气、水体、土壤都有不同程度的污染。硫铁矿烧渣富含Fe2O3和Fe3O4，含铁量为20%～60%，是非常重要的铁矿资源。大量含铁工业废渣不能充分有效利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用大量土地，也对环境造成严重污染，所以最大限度实现冶铁工业废渣资源化利用已迫在眉睫。目前利用铁基工业废渣处理水的专利，主要是制备絮凝剂和吸附剂，去除地表/下水、一般工业/生活废水中某种元素，例如一种泥浆型铁基赤泥除砷剂的制备与应用方法（CN102115225A）、铁改性赤泥除砷吸附剂的应用方法（CN101176840）、一种处理含砷工业废水的方法(CN2013100478678)，但这些方法在实际操作过程中存在处理成本高昂、处理效果不佳，处理后的水中其他重金属依然存在等问题；严重制约着水的净化和回收利用。
发明内容
针对目前污酸处理存在的问题和不足，本发明提供一种铁基氧化物废渣处理污酸的方法，本发明方法利用铁基氧化物废渣处理污酸废水具有不堵塞管道和阀门，整个系统运行稳定、处理效果好等优点。
一种铁基氧化物废渣处理污酸的方法，具体步骤如下：
（1）将铁基氧化物废渣粉碎过100~300目筛，采用去离子水、蒸馏水或纯水清洗2~3次，干燥得到铁基氧化物废渣粉末；
（2）将步骤（1）的铁基氧化物废渣粉末加入到污酸废水中混合均匀得到混合体系，采用碱调节pH值为4~5，在外场条件下，混合体系加热至温度为60~70℃并震荡处理1~2h，静置1.5~2.5h，固液分离得到上清液和下层固体，其中外场为超声场、微波场、磁场、电场、加压场的一种或多种；
所述步骤（1）中铁基氧化物废渣为炼钢钢渣、硫铁矿烧渣、含铁沉泥的一种或多种，以质量百分数计，铁基氧化物废渣中铁氧化物含量不低于30%；
所述步骤（2）中污酸废水中氢离子的浓度为0.15~0.8mol/L，铁基氧化物废渣粉末与污酸废水的固液比g:mL为(3~4.36):100；
所述步骤（2）中碱为片碱、Na2CO3、NaHCO3、KOH、K2CO3中的一种或多种；
所述步骤（2）中震荡速率为150~250rpm/min；
所述步骤（2）中超声场的超声功率为50~200KHz，微波场的频率为890~940MHz，磁场的频率为0.5~1.2 KHz，电场为1~100V/cm；加压场的加压压力为0.5~1.5Mpa。
铁基氧化物废渣中含有铁、钙、硅、铝、锰等金属氧化物，金属氧化物在污酸废水中与氢离子反应，将金属氧化物转变成金属离子，金属离子在采用碱调节pH值过程中与氢氧根离子反应生成混合凝胶，在外加场条件下震荡，混合凝胶逐步吸附污酸中的重金属离子，毒性砷与Fe(OH)3生成砷酸铁盐，静置沉淀即可去除污酸中的重金属离子净化水源。
本发明的有益效果是：
（1）本发明铁基氧化物废渣中铁、钙、硅、铝、锰等金属氧化物在污酸废水中与氢离子反应，将金属氧化物转变成金属离子，金属离子在采用碱调节pH值过程中与氢氧根离子反应生成混合凝胶，在外加场条件下震荡，混合凝胶逐步吸附污酸中的重金属离子，与重金属离子形成螯合结构，将重金属离子吸附固定在混合凝胶中，毒性砷与混合凝胶中的Fe(OH)3生成砷酸铁盐，砷酸铁盐结构稳定，砷不容易迁移，吸附重金属的混合凝胶静置过程中逐步沉淀即可去除污酸中的重金属离子净化水源；
（2）本发明方法可采用处理污酸废水最普遍的石灰中和系统，无需改造；
（3）本发明方法的原料价格低廉，水质适应性强，工艺流程，操作简单，处理费用低；
（4）污酸废水经本发明方法处理后，砷、汞、镉、铅、锌和氟浓度均可达《铅、锌工业污染物排放标准 GB 25466-2010》。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
本发明的实施例铁基氧化物废渣经XRF检测其中铁含量，砷、汞采用原子荧光谱法测定，铁、镉、铅、锌采用原子吸收光谱法测定，氟离子采用离子色谱法测定。
实施例1：以质量百分数计，本实施例铁基氧化物废渣的主要组成成分如表1所示，
表1 铁基氧化物组分
本实施例的污酸废水为铅冶炼过程中产生的污酸废水，污酸废水的中氢离子的浓度为0.15mol/L，污酸废水中成分和含量如表2所示，
表2 污酸废水成分和含量
一种铁基氧化物废渣处理污酸的方法，具体步骤如下：
（1）将铁基氧化物废渣（炼钢钢渣）粉碎过200目筛，采用去离子水清洗3次，干燥得到铁基氧化物废渣粉末；其中以质量百分数计，铁基氧化物废渣（炼钢钢渣）中铁氧化物含量为35%；
（2）将步骤（1）的铁基氧化物废渣粉末加入到污酸废水中混合均匀得到混合体系，采用碱（片碱）调节pH值为4，在外场（超声波）条件下，混合体系加热至温度为65℃并震荡处理2h，静置2.0h，固液分离得到上清液和下层固体，其中污酸废水中氢离子的浓度为0.15mol/L，铁基氧化物废渣粉末与污酸废水的固液比g:mL为4.36:100；超声波的功率为150KHz，震荡速率为150rpm/min；
对本实施例的上清液进行检测，结果如表3所示，
表3
从表3中可知，处理后的上清液中砷、汞、镉、铅、锌和氟浓度均低于《铅、锌工业污染物排放标准 GB 25466-2010》水污染物排放浓度限制。
实施例2：以质量百分数计，本实施例铁基氧化物废渣的主要组成成分如表4所示，
表4 铁基氧化物组分
本实施例的污酸废水为铜冶炼过程中产生的污酸废水，污酸废水的中氢离子的浓度为0.4mol/L，污酸废水中成分和含量如表5所示，
表5 污酸废水成分和含量
一种铁基氧化物废渣处理污酸的方法，具体步骤如下：
（1）将铁基氧化物废渣（硫铁矿烧渣）粉碎过150目筛，采用去离子水清洗3次，干燥得到铁基氧化物废渣粉末；其中以质量百分数计，铁基氧化物废渣（硫铁矿烧渣）中铁氧化物含量为60%；
（2）将步骤（1）的铁基氧化物废渣粉末加入到污酸废水中混合均匀得到混合体系，采用碱（Na2CO3）调节pH值为4.2，在外场（超声波和微波）条件下，混合体系加热至温度为60℃并震荡处理1.2h，静置1.5h，固液分离得到上清液和下层固体，其中污酸废水中氢离子的浓度为0.4mol/L，铁基氧化物废渣粉末与污酸废水的固液比g:mL为3.0:100；超声波的功率为50KHz，微波频率为890MHz；震荡速率为250rpm/min；
对本实施例的上清液进行检测，结果如表6所示，
表6
从表6中可知，处理后的上清液中砷、汞、镉、铅、锌和氟浓度均低于《铅、锌工业污染物排放标准 GB 25466-2010》水污染物排放浓度限制。
实施例3：以质量百分数计，本实施例铁基氧化物废渣的主要组成成分如表7所示，
表7铁基氧化物组分
本实施例的污酸废水为铜冶炼过程中产生的污酸废水，污酸废水的中氢离子的浓度为0.6mol/L，污酸废水中成分和含量如表8所示，
表8 污酸废水成分和含量
一种铁基氧化物废渣处理污酸的方法，具体步骤如下：
（1）将铁基氧化物废渣（含铁沉泥）粉碎过100目筛，采用去离子水清洗2次，干燥得到铁基氧化物废渣粉末；其中以质量百分数计，铁基氧化物废渣（含铁沉泥）中铁氧化物含量为44.5%；
（2）将步骤（1）的铁基氧化物废渣粉末加入到污酸废水中混合均匀得到混合体系，采用碱（片碱和KOH）调节pH值为4.6，在外场（超声波和加压场）条件下，混合体系加热至温度为68℃并震荡处理1.4h，静置1.8h，固液分离得到上清液和下层固体，其中污酸废水中氢离子的浓度为0.6mol/L，铁基氧化物废渣粉末与污酸废水的固液比g:mL为3.5:100；超声波的功率为100KHz，加压场的加压压力为1.0 Mpa；震荡速率为200rpm/min；
对本实施例的上清液进行检测，结果如表9所示，
表9
从表9中可知，处理后的上清液中砷、汞、镉、铅、锌和氟浓度均低于《铅、锌工业污染物排放标准 GB 25466-2010》水污染物排放浓度限制。
实施例4：本实施例铁基氧化物废渣与实施例2的相同；
本实施例的污酸废水为铅冶炼过程中产生的污酸废水，污酸废水的中氢离子的浓度为0.8mol/L，污酸废水中成分和含量如表10所示；
表10 污酸废水成分和含量
一种铁基氧化物废渣处理污酸的方法，具体步骤如下：
（1）将铁基氧化物废渣（硫铁矿烧渣）粉碎过200目筛，采用去离子水清洗2次，干燥得到铁基氧化物废渣粉末；其中以质量百分数计，铁基氧化物废渣（硫铁矿烧渣）中铁氧化物含量为60%；
（2）将步骤（1）的铁基氧化物废渣粉末加入到污酸废水中混合均匀得到混合体系，采用碱（片碱和NaHCO3）调节pH值为5.0，在外场（微波和磁场）条件下，混合体系加热至温度为70℃并震荡处理1h，静置1.6h，固液分离得到上清液和下层固体，其中污酸废水中氢离子的浓度为0.8mol/L，铁基氧化物废渣粉末与污酸废水的固液比g:mL为3.8:100；微波的频率为920MHz，磁场的频率为1.0KHz；震荡速率为240rpm/min；
对本实施例的上清液进行检测，结果如表11所示，
表11
从表11中可知，处理后的上清液中砷、汞、镉、铅、锌和氟浓度均低于《铅、锌工业污染物排放标准 GB 25466-2010》水污染物排放浓度限制。
实施例5：本实施例铁基氧化物废渣与实施例1的相同；
本实施例的污酸废水为铅冶炼过程中产生的污酸废水，污酸废水的中氢离子的浓度为0.2mol/L，污酸废水中成分和含量如表12所示；
表12 污酸废水成分和含量
一种铁基氧化物废渣处理污酸的方法，具体步骤如下：
（1）将铁基氧化物废渣（炼钢钢渣）粉碎过100目筛，采用去离子水清洗2次，干燥得到铁基氧化物废渣粉末；其中以质量百分数计，铁基氧化物废渣（炼钢钢渣）中铁氧化物含量为35%；
（2）将步骤（1）的铁基氧化物废渣粉末加入到污酸废水中混合均匀得到混合体系，采用碱（片碱和Na2CO3）调节pH值为4.8，在外场（微波、超声波和磁场）条件下，混合体系加热至温度为70℃并震荡处理1.2h，静置1.8h，固液分离得到上清液和下层固体，其中污酸废水中氢离子的浓度为0.2mol/L，铁基氧化物废渣粉末与污酸废水的固液比g:mL为4.1:100；微波的频率为890MHz，超声波功率为120KHz，磁场的频率为0.5KHz；震荡速率为220rpm/min；
对本实施例的上清液进行检测，结果如表13所示，
表13
从表13中可知，处理后的上清液中砷、汞、镉、铅、锌和氟浓度均低于《铅、锌工业污染物排放标准 GB 25466-2010》水污染物排放浓度限制。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种铁基氧化物废渣处理污酸的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将铁基氧化物废渣粉碎过100~300目筛，采用去离子水、蒸馏水或纯水清洗2~3次，干燥得到铁基氧化物废渣粉末；
（2）将步骤（1）的铁基氧化物废渣粉末加入到污酸废水中混合均匀得到混合体系，采用碱调节pH值为4~5，在外场条件下，混合体系加热至温度为60~70℃并震荡处理1~2h，静置1.5~2.5h，固液分离得到上清液和下层固体，其中外场为超声场、微波场、磁场、电场、加压场的一种或多种。
2.根据权利要求1所述铁基氧化物废渣处理污酸的方法，其特征在于：步骤（1）中铁基氧化物废渣为炼钢钢渣、硫铁矿烧渣、含铁沉泥的一种或多种，以质量百分数计，铁基氧化物废渣中铁氧化物含量不低于30%。
3.根据权利要求1所述铁基氧化物废渣处理污酸的方法，其特征在于：步骤（2）中污酸废水中氢离子的浓度为0.15~0.8mol/L，铁基氧化物废渣粉末与污酸废水的固液比g:mL为(3~4.36):100。
4.根据权利要求1所述铁基氧化物废渣处理污酸的方法，其特征在于：步骤（2）中碱为片碱、Na2CO3、NaHCO3、KOH、K2CO3中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述铁基氧化物废渣处理污酸的方法，其特征在于：步骤（2）中震荡速率为150~250rpm/min。
6.根据权利要求1所述铁基氧化物废渣处理污酸的方法，其特征在于：步骤（2）中超声场的超声功率为50~200KHz，微波场的频率为890~940MHz，磁场的频率为0.5~1.2 KHz，电场为1~100V/cm；加压场的加压压力为0.5~1.5 Mpa。
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