CN111807598B - 一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法 - Google Patents

一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法，其主要特征在于采用磷尾矿作为处理剂，首先将一定质量比的磷尾矿与电解锰渣渗滤液进行混合，在引入电场和酸解条件下强化磷尾矿分解，充分浸出反应后进行固液分离，接着采用碱性物料控制浸出液pH，充分反应后再进行固液分离，最后向滤液中投加一定量体积比的次氯酸钠溶液，电解锰渣渗滤液经过上述工艺流程处理后可达到《污水综合排放标准》（GB8978‑1996）一级排放标准。本发明采用的磷尾矿处理剂相比于其他镁源、磷源，具有成本低、原料易得，且得到的沉淀物可资源化利用的优势。该方法为磷尾矿资源化利用和电解锰渣渗滤液无害化处理提供了新的研究思路。

Description

一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法
技术领域
本发明涉及沉淀法处理工业废水领域，具体涉及一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法。
背景技术
电解锰渣是电解金属锰生产过程中锰矿浸出后产生的一种高含水率工业固体废弃物。大量露天堆存的电解锰渣受雨水淋蚀后产生大量的电解锰渣渗滤液，极易造成地表水和地下水污染，其中浓度最高的主要污染因子是Mn2+和NH4 +-N。电解锰渣渗滤液废水的污染不仅制约了电解锰行业持续健康发展，而且威胁到当地居民的身体健康。因此，探索电解锰渣渗滤液无害化处理方法，具有十分重要的现实意义。
目前电解锰渣渗滤液的处理技术有化学沉淀法、电化学法、膜分离法、离子交换法、生物法、吹脱法等，如专利《CN 106186455A》公开了一种电解锰渣渗滤液无害化处理方法，该方法向抽滤后的电解锰渣渗滤液中先后加入饱和澄清石灰水、硅酸钠粉末、氯化钠晶体，最后引入电场。其中锰被固化为硅酸锰和氢氧化锰；氨氮被氧化为氮气。虽然电解锰渣渗滤液中的锰离子固化率达到99%以上，氨氮的去除率达到98%，但是流程复杂，体系中引入了大量的氯离子，过高的残余氯将造成二次污染。
专利《CN 110563190A》公开了一种电解锰渣渗滤液的处理方法，将电解锰渣渗滤液调节pH值至9~12，再进行絮凝沉淀，固液分离后得到上清液和沉淀物，上清液中的氨氮采用空气压缩吹脱转化为氨气和氮气，氨气再回收利用，上清液中的少量重金属离子采用电解锰渣基沸石吸附去除，处理后的渗滤液废水作为系统回用水再利用。虽然该方法中氨氮经过吹脱转化为的氨气可回收利用，但氨氮的回收成本较高，且处理后的渗滤液废水pH需回调。
磷尾矿是指经过浮选工艺提取精矿以后剩下的尾矿渣，属工业固体废弃物中的矿业固体废弃物；其主要成分含有白云石（CaMg(CO3)2）、Ca5(PO4)3F、CaSO4·2H2O以及SiO2。目前，我国有93%左右的尾矿直接堆存在尾矿库中，长时间露天堆存的磷尾矿极易引发环境污染。事实上，磷尾矿中含有部分未浸出的磷、镁等可利用的资源，目前针对尾矿中磷、镁的资源化利用的途径有制备改性氢氧化镁、生产钙镁磷肥、煅烧生产黄磷、微生物溶磷等，这些资源化产品创造出可观的经济效益。因此，提高磷尾矿中磷、镁等资源的循环利用，不仅可以减轻磷尾矿堆积造成的环境压力，而且有利于缓解对磷矿资源的需求压力。
本发明提出一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法，通过酸解磷尾矿调节浸出液pH稳定固化电解锰渣渗滤液中的氨氮和锰，达到电解锰渣渗滤液无害化处理的目的，同时过程产生的沉淀物可考虑作为肥料等资源化产品。电解锰渣渗滤液中含有可溶性Mn2+和NH4 +-N，而磷尾矿中的白云石(CaMg(CO3)2)和氟磷灰石(Ca5(PO4)3F)在电场酸解强化条件下能够实现磷尾矿中Mg2+、F-和PO4 3-的浸出。将上述两种溶液按照一定比例混合后，通过调节溶液体系的pH值，可实现浸出液体系中Mn2+、NH4 +-N、Mg2+、F-以及PO4 3-的协同去除。值得说明的是，氨氮以MgNH4PO4·6H2O等形式被稳定固化后，滤液体系中氨氮的浓度值不高于30mg/L，同时不低于10mg/L，说明无法一次性将氨氮去除到位，从而达到排放标准；通过大量实验验证，这是由于电解锰渣渗滤液和磷尾矿混合料浆体系复杂，稳定固化的反应过程受到波动影响。向稳定固化处理后的滤液中投加一定量体积比的次氯酸钠溶液，次氯酸根具有强氧化性，能将氨氮氧化为氮气，使最终的氨氮浓度低于15mg/L，达到排放标准。上述过程涉及的具体反应方程式如下：
Ca5(PO4)3F+H+→Ca2++PO4 3-+F-+H2O （1）
(Ca, Mg, Zn)(CO3)2+ H+→CO2+ H2O + Ca2++Mg2++Zn2+ （2）
CaMg(CO3)2+ H++2F-→(Ca, Mg, Zn)F2+ CO2+ H2O （3）
Ca2++SO4 2-+2H2O→CaSO4·2 H2O （4）
(Ca2+, Mg2+, Mn2+)+ PO4 3-→(Ca, Mg, Zn) 3 ( PO4)2 （5）
(Ca2+, Mg2+, Zn2+)+2F-→ (Ca, Mg, Zn)F2 （6）
(Ca, Mg, Mn)(OH)2+ PO4 3-→ (Ca, Mg, Mn)PO4(OH)·2 H2O （7）
(Ca2+, Mg2+)+ PO4 3-+ NH4 ++H2O→ (Ca, Mg)NH4PO4·6 H2O （8）
NH4 ++NaClO→N2+NaCl+ H2O （9）
Mn2++NaClO+2OH-→MnO2+NaCl+ H2O （10）
本发明采用磷尾矿稳定固化电解锰渣浸出液中的Mn2+和NH4 +-N，可以实现磷尾矿和电解锰渣浸出液的高效、低成本的无害化处理，同时实现磷尾矿的资源化利用，是保护环境的一项重要发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法，解决磷尾矿和电解锰渣渗滤液难处理的问题，实现资源的再次利用和行业的可持续发展。本发明的技术方案是一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法，该方法的具体步骤如下：
（1）将电解锰渣渗滤液进行抽滤，得到澄清滤液，再按磷尾矿与电解锰渣渗滤液固液比为1：（10~30）（kg/L）进行投料，充分混合后得到矿浆1#；
（2）将浓硫酸加入到矿浆1#中，其中浓硫酸体积为0.1~0.2 L，利用搅拌装置使其充分混合，得到矿浆2#；
（3）向步骤（2）得到的矿浆2#中引入电场，在升温条件下进行充分反应，得到矿浆3#；
（4）将步骤（3）得到的矿浆3#通过加压过滤装置进行固液分离，得到浸出液4#，用碱性物料调节浸出液的初始pH值，反应时间控制在1h，得到矿浆4#；其中，碱性物料包括：生石灰、灼烧生料、氢氧化钠、低品位氧化镁其中一种或者多种；
（5）将步骤（4）得到的矿浆4#通过过滤装置进行固液分离，得到浸出液5#，在浸出液中加入次氯酸钠溶液（含有效氯5%），反应时间控制在10~30min，反应结束后进行固液分离，废水实现达标排放。
进一步地，步骤（1）所述抽滤装置采用循环水式多用真空泵，去除电解锰渣渗滤液中有机物等杂质。
进一步地，步骤（2）所述搅拌装置实行变频控制，调速范围为0~1500（r/min）。
进一步地，步骤（3）所述电场装置使用石墨-惰性电极，电流密度0~40mA/cm2；温度条件控制为50~70℃；反应时间控制在1~3h。
进一步地，步骤（4）所述用碱性物料调节滤液的pH值在8~10。
进一步地，步骤（5）所述次氯酸钠溶液添加用量体积分数为0.25%~0.5%。
本发明具有以下优点：本发明采用的磷尾矿处理剂相比于其他镁源、磷源，具有成本低、原料易得，且得到的沉淀物可资源化利用的优势；同时实现渗滤液废水的达标排放。该方法为磷尾矿资源化利用与电解锰渣渗滤液无害化处理提供了新的研究思路。

Claims (6)

1.一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法，其步骤如下：
（1）将电解锰渣渗滤液进行抽滤，得到澄清滤液，再按磷尾矿与电解锰渣渗滤液固液比为1：（10~30）（kg/L）进行投料，充分混合后得到矿浆1#；磷尾矿是指经过浮选工艺提取精矿以后剩下的尾矿渣，其主要成分是白云石（CaMg(CO3)2）、氟磷灰石（Ca5(PO4)3F）、CaSO4·2H2O以及SiO2；
（2）将浓硫酸加入到矿浆1#中，其中浓硫酸体积为0.1~0.2L，利用搅拌装置使其充分混合，得到矿浆2#；
（3）向步骤（2）得到的矿浆2#中引入电场，在升温条件下进行充分反应，得到矿浆3#；
（4）将步骤（3）得到的矿浆3#通过过滤装置进行固液分离，得到浸出液4#，用碱性物料调节浸出液的初始pH值，反应时间控制在1h，得到矿浆4#；其中，碱性物料包括：生石灰、灼烧生料、氢氧化钠、低品位氧化镁其中一种或者多种；
（5）将步骤（4）得到的矿浆4#通过过滤装置进行固液分离，得到浸出液5#，在浸出液中加入次氯酸钠溶液（含有效氯5%），反应时间控制在10~30min，反应结束后进行固液分离，废水实现达标排放。
2.根据权利要求1所述一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，抽滤装置采用循环水式多用真空泵，去除电解锰渣渗滤液中的杂质。
3.根据权利要求1所述一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，搅拌装置实行变频控制，调速范围为0~1500（r/min）。
4.根据权利要求1所述一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，电场装置使用石墨-惰性电极，电流密度20~40mA/cm2；温度条件控制为50~70℃；反应时间控制在1~3h。
5.根据权利要求1所述一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法，其特征在于：所述步骤（4）中，用碱性物料调节滤液的pH值在8~10。
6.根据权利要求1所述一种电场协同磷尾矿无害化处理电解锰渣渗滤液的方法，其特征在于：次氯酸钠溶液添加用量体积分数为0.25%~0.5%。
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