CN112591831A - 一种强酸性矿山尾液无害化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种强酸性矿山尾液无害化处理方法，包括以下步骤：对强酸性矿山尾液蒸馏，得到蒸馏液和蒸馏残渣；对蒸馏液冷凝处理，得到稀盐酸；将蒸馏残渣与添加剂混合，造球，经一级筛分和二级筛分，得到预定径向尺寸的合格球团；将合格球团固化焙烧后冷却得固化体本发明的方法对尾液处理彻底，热能利用率高，环境友好。
Description
技术领域
本发明属于矿山冶炼尾液回收领域，更具体地讲，涉及一种强酸性矿山尾液无害化处理方法。
背景技术
随着社会经济的迅速发展，人类对矿产资源的需求日益增长。在矿产资源开发和加工过程中，污染范围最广、危害程度最大的矿山尾液排放也随之增加。矿山尾液主要是由还原性的硫化矿物在开采、运输、选矿、废石排放及尾矿贮存等过程中经空气、降水和细菌的氧化作用形成。矿山尾液往往具有尾液量大、低PH呈强酸性，含有高浓度的硫酸盐和可溶性的重金属离子等特征。
目前，矿山尾液的处理采用最多方法是中和法，即向呈酸性的矿山尾液中投加碱性中和剂(碱石灰、消石灰、碳酸钙、高炉渣以及白云石等)，其目的是使矿山尾液的pH值提高，并且使尾液中的重金属离子与中和剂发生化学反应形成氢氧化物沉淀或碳酸盐沉淀以去除尾液中的重金属离子。中和法具有工艺简单的优点，但是由于中和法治理每吨尾液需要的碱量很大，造成处理的成本较高；并且中和法将产生大量的废渣，会给环境带来潜在的二次污染风险。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种尾液处理彻底、热能利用率高、渣量小、环境友好的强酸性矿山尾液无害化处理方法。
本发明提供了一种强酸性矿山尾液无害化处理方法，可以包括以下步骤：对强酸性矿山尾液蒸馏，得到蒸馏液和蒸馏残渣；对蒸馏液冷凝处理，得到稀盐酸；将蒸馏残渣与添加剂混合，造球，经一级筛分和二级筛分，得到预定径向尺寸的合格球团；将合格球团固化焙烧后冷却得固化体。
本发明的方法首先基于尾液中各组分沸点不同，利用蒸馏将低沸点的组分蒸发得到蒸馏液，并对蒸馏液进行冷凝，利用蒸发和冷凝两种操作的联合，得到稀盐酸，以对强酸性矿山尾液中含有的大量H+以及Cl-进行回收。对于蒸馏后得到的蒸馏残渣，加入固定量的添加剂，在固化条件下使蒸馏残渣中的金属离子与添加剂进行反应，生成难溶性的固化体，固化体为一般的固废，进行堆存处理即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包含以下中的至少一项：
(1)本发明的方法通过蒸馏使液和渣分开，相比与传统的中和法，大大减少了渣量；
(2)本发明的方法将蒸馏渣与添加剂混合后固化形成难溶固化体，重金属离子不会析出；
(3)本发明的方法对尾液处理彻底，热能利用率高，环境友好。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明强酸性矿山尾液无害化处理方法的流程示意图。
图2示出了固化完成率随球团径向尺寸变化的关系图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的强酸性矿山尾液无害化处理方法。
本发明提供了一种强酸性矿山尾液无害化处理方法。在本发明强酸性矿山尾液无害化处理方法的一个示例性实施例中，如图1所示，处理方法可以包括：
S01，对强酸性矿山尾液蒸馏，得到蒸馏液和蒸馏残渣。对强酸性矿山尾矿蒸馏可以在蒸馏塔中进行。
S02，对蒸馏液冷凝处理，得到稀盐酸。
S03，将蒸馏残渣与添加剂混合，造球，经一级筛分和二级筛分，得到预定径向尺寸的合格球团。
S04，将合格球团固化焙烧后冷却得固化体。
进一步地，本发明的处理方法尤其适用于处理体积量很大的矿山尾液，例如，矿山尾液的体积量不小于100万立方，更尤其适用于处理体积量不小于200万立方的矿山尾液。
进一步地，本发明强酸性矿山尾液的pH不大于0.4，例如，pH为0.2。在强酸性矿山尾液中。尾液中的氨氮含量在500ppm～2000ppm，硫酸根含量不大于160000ppm，氯离子含量不大于100000ppm。例如，尾液中的氨氮含量在1200ppm，硫酸根含量为120000ppm，氯离子含量为80000ppm。
进一步地，本发明的矿山可以为稀土金属矿山。
进一步地，蒸馏可以为真空蒸馏。蒸馏的温度可以为90℃～160℃，真空度可以为0.2kPa～0.5kPa。在上述真空的温度以及真空度下进行蒸馏能够降低盐酸水和盐酸的沸点，加速水和氯化氢的挥发。
进一步地，本发明方法通过将蒸馏残渣和添加剂混合后造球，能够使添加剂与蒸馏残渣更好的固化在一起，并且造球后能够使固化体更好的堆放。合格球团的径向尺寸可以为6mm～14mm。如果合格球团的径向尺寸大于14mm，球团的径向尺寸太大，可能会造成球团的外部已经固化完成而内部还未固化或固化不完全；球团的径向尺寸小于6mm，球团太小，制备时间太长，并且可能容易引起在固化过程中过烧而粘壁而影响固化完成率。球团的径向尺寸与固化完成率的关系如图2所示。随着球团径向尺寸的增加，固化完成率开始逐渐增大，当增大到14mm以后，固化完成率开始呈现逐渐下降的趋势。
以上，对于一级筛分和二级筛分而言，一级筛分可以是利用一级筛网，筛掉径向尺寸大于14mm的球团；二级筛分可以是利用二级筛网，筛掉径向尺寸小于6mm的球团。当然，也可以利用一级筛网筛掉径向尺寸小于6mm的球团，二级筛网筛掉径向尺寸大于14mm的球团。一级筛网与二级筛网可以呈锐角设置。一级筛上斜向设置在二级筛网的上部，一级筛网的第一侧在垂直高度上高于与第一侧相对的第二侧。二级筛网的第三侧高于与第三侧相对设置的第四侧。第三侧与第二侧呈锐角。混合物从一级筛网的第一侧滚动流向第二侧后，再滚入二级筛网的第三侧，并从二级筛网的第四侧流出，得到合格球团。
进一步地，冷凝可以采用逆流冷凝的方式，例如可以采用常温循环水和热蒸气逆流进行冷凝。
进一步地，添加剂可以为水泥。由于水泥中含有大量的硅元素，在1150℃～1300℃的固化焙烧温度下，水泥中的硅与蒸馏残渣中的金属元素反应后生成难熔性的硅酸盐物质。以水泥为添加剂，能够使蒸馏残渣的固化成本更低，并且水泥原料使用广泛，易得。
进一步地，在对强酸性矿山尾液蒸馏的过程中，可以控制蒸馏过程使蒸馏残渣中的水分含量保持在6％～10％。在固化焙烧的过程中，水泥与残渣以及水分发生水化反应生成凝胶，能够将残渣中的有害微粒分别包容起来，并逐步硬化成水泥固化体。优选的，蒸馏残渣中的水分含量保持在8％，此时，水泥、残渣以及水分发生的水化反应更为彻底，相比于其他水分含量，此时的固化完成率可以提升1％以上。
以上，本发明的方法将焙烧与水泥的固化相互结合。一方面焙烧升温能够使水泥中的硅与熔融残渣中的金属反应，另一方面，水泥、残渣以及水分发生水化反应生成凝胶。两者相互结合能够进一步提升残渣的固化效率以及固化完成率。
进一步地，蒸馏残渣与添加剂的质量比可以为1:1～3。针对添加剂的加入量而言，如果加入的添加剂太多，会造成添加剂的浪费，增加生产成本；如果加入的添加剂太少，不能将蒸馏残渣完全进行固化，因此，基于上述影响，添加剂与蒸馏残渣的质量比为1～3:1。优选地，添加剂与蒸馏残渣的质量比为2.1:1，此时能够将蒸馏残渣完全固化的同时确保添加剂的使用量最少，成本最低。
进一步地，在蒸馏液冷凝处理得到稀盐酸后，可以对稀盐酸进行增浓处理，得到浓盐酸和水。浓盐酸可以直接进行外售。水可以进行回收再利用。
进一步地，固化焙烧的温度可以为1150℃～1300℃。固化焙烧可以在固化炉中进行。固化炉产生的热烟气可用输送至蒸馏过程中的蒸馏塔为之提供热源。对于上述固化温度而言，若固化温度低于1150℃，合格球团不能熔融，固化效果不理想；若固化温度高于1300℃，会造成能耗太高，增加生产成本。固化的时间可以为1小时～2小时。固化的时间与在1150℃～1300℃的固化温度配合设置。在上述设置的固化温度下，固化的时间太短，固化不完全；固化的时间太长，造成固化效率低下，增加了整个流程的处理时间。例如，固化的时间可以为1.2小时。
进一步地，方法还包括在筛分过程中，将经一级筛分和二级筛分后的不合格球团重新造球后制备合格球团。对于一级筛分和二级筛分后的不合格球团不需要重新加入添加剂便可进行重新造球。
进一步地，为了降低固化温度，可以在蒸馏残渣与添加剂的混合过程中加入萤石。加入萤石后能够降低蒸馏残渣的熔融温度以使需要的固化焙烧温度降低到950℃～1100℃。萤石的加入量可以为蒸馏残渣质量的1％～3％。例如，加入量可以为2％。在2％的萤石加入下，能够使固化焙烧的温度降低到最低950℃，进一步节约能耗。
进一步地，在固化焙烧后需要进行冷却，冷却的方式可以为水冷和/或风冷。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
步骤1，取pH为0.3，氨氮含量在1000ppm，硫酸根含量在120000ppm，氯离子含量在70000ppm的强酸性矿山尾5kg。
步骤2，将强酸性矿山尾液泵入蒸馏塔，在温度为140℃，真空度为0.2kPa下进行蒸馏，蒸馏后得到稀盐酸和蒸馏残渣3.8kg。
步骤3，将蒸馏残渣与2kg的水泥混合，混合均匀后制备为平均径向尺寸为10mm的球团。
步骤4，将步骤3得到的球团在温度为1200℃的条件下固化焙烧1小时，然后冷却后得到固化体，固化体直接堆存。对球团的固化完成率(固化完成率＝固化完成的球团质量/总的球团质量)。
对比例1
步骤1，取pH为0.3，氨氮含量在1000ppm，硫酸根含量在120000ppm，氯离子含量在70000ppm的强酸性矿山尾5kg。
步骤2，将强酸性矿山尾液泵入蒸馏塔，在温度为140℃，真空度为0.2kPa下进行蒸馏，蒸馏后得到稀盐酸和蒸馏残渣3.8kg。
步骤3，将蒸馏残渣与2kg的水泥混合，混合均匀后制备为平均径向尺寸为16mm的球团。
步骤4，将步骤3得到的球团在温度为1200℃的条件下固化焙烧1小时，然后冷却后得到固化体，固化体直接堆存。对球团的固化完成率(固化完成率＝固化完成的球团质量/总的球团质量)。
对比例2
步骤1，取pH为0.3，氨氮含量在1000ppm，硫酸根含量在120000ppm，氯离子含量在70000ppm的强酸性矿山尾5kg。
步骤2，将强酸性矿山尾液泵入蒸馏塔，在温度为140℃，真空度为0.2kPa下进行蒸馏，蒸馏后得到稀盐酸和蒸馏残渣3.8kg。
步骤3，将蒸馏残渣与2kg的水泥混合，混合均匀后制备为平均径向尺寸为18mm的球团。
步骤4，将步骤3得到的球团在温度为1200℃的条件下固化焙烧1小时，然后冷却后得到固化体，固化体直接堆存。对球团的固化完成率(固化完成率＝固化完成的球团质量/总的球团质量)。
对比例3
步骤1，取pH为0.3，氨氮含量在1000ppm，硫酸根含量在120000ppm，氯离子含量在70000ppm的强酸性矿山尾5kg。
步骤2，将强酸性矿山尾液泵入蒸馏塔，在温度为140℃，真空度为0.2kPa下进行蒸馏，蒸馏后得到稀盐酸和蒸馏残渣3.8kg。
步骤3，将蒸馏残渣与2kg的水泥混合，混合均匀后制备为平均径向尺寸为4mm的球团。
步骤4，将步骤3得到的球团在温度为1200℃的条件下固化焙烧1小时，然后冷却后得到固化体，固化体直接堆存。对球团的固化完成率(固化完成率＝固化完成的球团质量/总的球团质量)。
对比例4
步骤1，取pH为0.3，氨氮含量在1000ppm，硫酸根含量在120000ppm，氯离子含量在70000ppm的强酸性矿山尾5kg。
步骤2，将强酸性矿山尾液泵入蒸馏塔，在温度为140℃，真空度为0.2kPa下进行蒸馏，蒸馏后得到稀盐酸和蒸馏残渣3.8kg。
步骤3，将蒸馏残渣与2kg的水泥混合，混合均匀后制备为平均径向尺寸为2mm的球团。
步骤4，将步骤3得到的球团在温度为1200℃的条件下固化焙烧1小时，然后冷却后得到固化体，固化体直接堆存。对球团的固化完成率(固化完成率＝固化完成的球团质量/总的球团质量)。
表1示例1、对比例1～对比例4的固化完成率统计表
从上述表格中可以表明，球团矿的径向尺寸对固化完成率有较大的影响。在球团矿的径向尺寸在10mm时，此时的固化完成率最高，达到了96％。当球团矿径向尺寸小于6mm时，固化完成率会随着球团矿径向尺寸的增大而逐渐增大；当球团矿径向尺寸大于mm时，固化完成率会随着球团矿径向尺寸的增大而逐渐减小。
示例2
步骤1，取pH为0.2，氨氮含量在1200ppm，硫酸根含量在110000ppm，氯离子含量在80000ppm的强酸性矿山尾5kg。
步骤2，将强酸性矿山尾液泵入蒸馏塔，在温度为95℃，真空度为0.5kPa下进行蒸馏，蒸馏后得到稀盐酸和蒸馏残渣3.9kg。
步骤3，将蒸馏残渣与1.3kg的水泥混合，混合均匀后制备为平均径向尺寸为13mm的球团。
步骤4，将步骤3得到的球团在温度为1300℃的条件下固化焙烧2小时，然后冷却后得到固化体，固化体直接堆存。
示例3
步骤1，取pH为0.2，氨氮含量在1200ppm，硫酸根含量在110000ppm，氯离子含量在80000ppm的强酸性矿山尾5kg。
步骤2，将强酸性矿山尾液泵入蒸馏塔，在温度为155℃，真空度为0.35kPa下进行蒸馏，蒸馏后得到稀盐酸和蒸馏残渣3.75kg。
步骤3，将蒸馏残渣与3.7kg的水泥混合，混合均匀后制备为平均径向尺寸为7mm的球团。
步骤4，将步骤3得到的球团在温度为1170℃的条件下固化焙烧1.5小时，然后冷却后得到固化体，固化体直接堆存。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。
Claims (10)
1.一种强酸性矿山尾液无害化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
对强酸性矿山尾液蒸馏，得到蒸馏液和蒸馏残渣；
对蒸馏液冷凝处理，得到稀盐酸；
将蒸馏残渣与添加剂混合，造球，经一级筛分和二级筛分，得到预定径向尺寸的合格球团；
将合格球团固化焙烧后冷却得固化体。
2.根据权利要求1所述的强酸性矿山尾液无害化处理方法，其特征在于，强酸性矿山尾液的pH不大于0.4，体积不小于100万立方，尾液中的氨氮含量在500ppm~2000ppm，硫酸根含量不大于160000ppm，氯离子含量不大于100000ppm。
3.根据权利要求1或2所述的强酸性矿山尾液无害化处理方法，其特征在于，蒸馏为真空蒸馏，蒸馏温度为90℃~160℃，真空度为0.2kPa~0.5kPa。
4.根据权利要求1或2所述的强酸性矿山尾液无害化处理方法，其特征在于，合格球团的径向尺寸为6mm~14mm。
5.根据权利要求1或2所述的强酸性矿山尾液无害化处理方法，其特征在于，添加剂为水泥。
6.根据权利要求5所述的强酸性矿山尾液无害化处理方法，其特征在于，蒸馏残渣与添加剂的质量比为1:1~3。
7.根据权利要求1、2或6所述的强酸性矿山尾液无害化处理方法，其特征在于，还包括对稀盐酸增浓处理，得到浓盐酸和水。
8.根据权利要求1、2或6所述的强酸性矿山尾液无害化处理方法，其特征在于，固化焙烧的温度为1150℃~1300℃，固化焙烧的时间为1~2小时。
9.根据权利要求1、2或6所述的强酸性矿山尾液无害化处理方法，其特征在于，还包括将经一级筛分和二级筛分后的不合格球团重新造球后制备合格球团。
10.根据权利要求1、2或6所述的强酸性矿山尾液无害化处理方法，其特征在于，矿山为稀土矿矿山。
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