CN113774238A - 一种串级淋洗离子型稀土尾矿中氨氮的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于矿山环保治理领域，公开了一种串级淋洗离子型稀土尾矿中氨氮的工艺，其步骤包括：(1)配置淋洗液；(2)将硫酸铵原地浸矿后的离子型稀土尾矿按区域分为不同小区域，做好标识；(3)进行串级淋洗，以淋洗液中氨氮浓度小于15mg/L作为淋洗终点停止注液；(4)各区域淋洗达到淋洗终点后，再加入一次顶水将矿体中多余的淋洗剂洗脱出来，洗脱下来的洗水添加适量淋洗药剂配制成淋洗剂循环使用。本发明通过集中淋洗的方式，可以解决离子型稀土尾矿中残留氨氮在雨水淋滤等因素下导致的长期拖尾问题；通过串级淋洗的方式，可以降低淋洗过程中的药剂用量和液固比，降低淋洗药剂成本和后续氨氮废水处置成本。

Description

一种串级淋洗离子型稀土尾矿中氨氮的工艺
技术领域
本发明属于矿山环保治理领域，涉及一种串级淋洗离子型稀土尾矿中氨氮的工艺。
背景技术
离子型稀土矿富含国防军工、新材料、航空航天等高科技产业领域中不可或缺的中重稀土元素，是全球公认的关乎新兴产业发展的不可再生的矿物资源。离子型稀土矿提取工艺发展至今，普遍采用“硫酸铵浸取-碳铵沉淀”的铵盐体系原地浸矿工艺。硫酸铵作为浸矿剂，具有生产成本低、稀土浸出率高、浸出液杂质含量低、稀土产品纯度高等一系列优势，但浸矿后遗留的尾矿中残留了大量的铵根，在雨水淋滤等因素的作用下逐渐缓释到周边环境中，造成矿区土壤及水体中氨氮含量长期超标。离子型稀土矿山往往涉及土壤面积较广，采用去表土法、固化法等传统土壤修复技术难以去除残留铵盐。行业内普遍采用清水对矿山进行淋洗去除氨氮，但清水注入时间长、用量大且淋洗不完全，洗矿后仍然会有部分铵盐残留随降雨缓释，污染周围环境。
针对这一问题，生态环境部在2014年已要求赣南地区所有离子型稀土矿区全面停产，并对已产生的氨氮环保问题进行治理，目前矿区所采用的是建立尾水处理站的方式将矿区周边水域的地表水抽至处置站脱氮后排放，已建成8座日处理总量约80000t/d的氨氮尾水处理站，年运行费用在一亿元以上，处理成本高昂。近年来，有学者提出离子型稀土尾矿中的氨氮要从源头解决这一思路，并开展了尾矿氨氮脱除的相关研究，研究发现铵根离子在尾矿中的残留机制与稀土离子相似，符合双电子层结构模型，通过氯化钾等离子型淋洗剂淋洗的方式可以快速将尾矿中的铵根离子进行脱除，可以解决尾矿中铵根缓释问题，不足之处在于淋洗所需的水量和药剂量较大，液固比通常在五倍以上，暂时无法进行工业推广。
因此，急需开发一套经济可行的离子型稀土尾矿氨氮淋洗工艺，在高效淋洗氨氮的同时，优化淋洗药剂用量和水量，降低淋洗成本，解决氨氮污染问题。
现有离子型稀土尾矿氨氮处理工艺是通过建立尾水处理站的方式，将被氨氮污染的地表水集中抽取进行脱氮处理；也有研究人员探索了不同淋洗剂对离子型稀土尾矿集中淋洗氨氮的效果。
现有工艺处理水量大，处理成本高，尾水处理站集中处理的是雨水淋滤离子型稀土尾矿后的水，该工艺属于被动脱铵，南方雨水偏酸性，通过雨水淋滤可以使尾矿中残留的铵根离子缓释至水中以达到尾矿中氨氮脱除的效果，缺点是淋滤缓释得到的废水水量较大，拖尾时间较长，废水的收集同样存在较大难度，同时淋洗雨水中的有机碳源极度缺乏，尾水处理站在采用硝化/反硝化脱氮处理工艺过程中需要添加大量有机碳源，处理成本很高；而采用淋洗剂集中淋洗离子型稀土尾矿残留的氨氮虽然可以解决氨氮长期拖尾的问题，但是淋洗药剂用量较大，淋洗液固比较高，处理成本依旧较高。
发明内容
本发明的目的是开发一种快速有效、低成本清除离子型稀土矿利用硫酸铵浸矿后尾矿中残留氨氮的工艺方法，解决离子型稀土尾矿中氨氮在雨水淋滤等因素下长期拖尾的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种串级淋洗离子型稀土尾矿中氨氮的工艺方法，其步骤包括：
(1)选择对环境友好的电解质为淋洗剂，按照工艺要求配置成一定浓度的淋洗液；
(2)将硫酸铵原地浸矿后的离子型稀土尾矿按区域分为ABCDE……不同小区域，做好标识；
(3)向A区域先分批加入淋洗液进行氨氮淋洗，第1次淋洗收集的淋洗液转入废水处理池，第2次淋洗收集的淋洗液转入B区域作为B区域的第1次淋洗液对B区域进行氨氮淋洗，B区域第1次收集的淋洗液也转入废水处理池，A区域第3次淋洗收集的淋洗液转入B区域作为B区域的第2次淋洗液对B区域进行氨氮淋洗，B区域第2次收集到的淋洗液转入C区域作为C区域的第1次淋洗液对C区域进行氨氮淋洗，C区域第1次收集的淋洗液也转入废水处理池，以此类推进行串级淋洗，以淋洗液中氨氮浓度小于15mg/L作为淋洗终点停止注液，串级淋洗未能淋洗至淋洗终点的，补充新的淋洗剂继续淋洗至淋洗终点；
(4)各区域淋洗达到淋洗终点后，再加入一次顶水将矿体中多余的淋洗剂洗脱出来，洗脱下来的洗水添加适量淋洗药剂配制成淋洗剂循环使用。
作为优选的，所述淋洗液的淋洗方式为串级淋洗。
作为优选的，所述淋洗药剂为硫酸镁、氯化钾、硫酸铁、氯化钙、硫酸铝等中的一种或几种。
作为优选的，所述淋洗液的质量浓度为1％～10％。
作为优选的，所述淋洗液的注液方式为常温常压自然淋滤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明通过集中淋洗的方式，可以解决离子型稀土尾矿中残留氨氮在雨水淋滤等因素下导致的长期拖尾问题；
(2)通过串级淋洗的方式，可以降低淋洗过程中的药剂用量和液固比，降低淋洗药剂成本和后续氨氮废水处置成本。
附图说明
图1为本发明的串级淋洗工艺流程图；
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，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
本发明提供了一种串级淋洗离子型稀土尾矿中氨氮的工艺方法，其步骤包括：
(1)选择对环境友好的电解质为淋洗剂，按照工艺要求配置成一定浓度的淋洗液；
(2)将硫酸铵原地浸矿后的离子型稀土尾矿按区域分为ABCDE……不同小区域，做好标识；
(3)向A区域先分批加入淋洗液进行氨氮淋洗，第1次淋洗收集的淋洗液转入废水处理池，第2次淋洗收集的淋洗液转入B区域作为B区域的第1次淋洗液对B区域进行氨氮淋洗，B区域第1次收集的淋洗液也转入废水处理池，A区域第3次淋洗收集的淋洗液转入B区域作为B区域的第2次淋洗液对B区域进行氨氮淋洗，B区域第2次收集到的淋洗液转入C区域作为C区域的第1次淋洗液对C区域进行氨氮淋洗，C区域第1次收集的淋洗液也转入废水处理池，以此类推进行串级淋洗，以淋洗液中氨氮浓度小于15mg/L(《稀土工业污染物排放标准》(GB26451-2011)氨氮直接排放标准)作为淋洗终点停止注液，串级淋洗未能淋洗至淋洗终点的，补充新的淋洗剂继续淋洗至淋洗终点；
(4)各区域淋洗达到淋洗终点后，再加入一次顶水将矿体中多余的淋洗剂洗脱出来，洗脱下来的洗水添加适量淋洗药剂配制成淋洗剂循环使用。
本发明还包括对淋出液的氨氮浓度进行检测。本发明对所述检测氨氮浓度的装置和方法没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的检测氨氮浓度的装置和方法即可。在本发明中，在本发明的淋洗时间范围内，当淋出液的氨氮浓度≤15mg/L时，停止淋洗操作。
本发明中，所述淋洗液的注液方式为串级淋洗。
本发明中，所述淋洗药剂为硫酸镁、氯化钾、硫酸铁、氯化钙、硫酸铝等中的一种或几种，结合矿区实际土质情况进行选择，本发明根据赣南地区土质高铁高铝缺镁的土质情况，优选硫酸镁作为淋洗剂。
本发明中，所述淋洗液的质量浓度为1-10wt％，硫酸镁溶液作为淋洗剂优选为2wt％。
本发明中，所述淋洗液的注液方式为常温常压自然淋滤。
本发明通过集中淋洗的方式，可以解决离子型稀土尾矿中残留氨氮在雨水淋滤等因素下导致的长期拖尾问题；通过串级淋洗的方式，可以降低淋洗过程中的药剂用量和液固比，降低淋洗药剂成本和后续氨氮废水处置成本。
下面结合实施例对本发明提供的淋洗剂原位去串级淋洗离子型稀土尾矿中氨氮的工艺方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
将江西省赣州市某离子型稀土矿山的原矿采回实验室进行模拟离子型稀土模拟浸矿和浸矿后尾矿串级淋洗实验。采用离子交换柱模拟矿山现场浸矿和淋洗过程。交换柱的形状为圆柱筒状，浸矿时采用内径为10厘米，高度100厘米的大柱子进行浸矿，淋洗时采用内径2厘米，高度10厘米的小柱子进行淋洗，两种交换柱材质均为有机玻璃。
离子型稀土矿稀土含量为0.13wt％，矿土风干粉碎过20目筛后，称取一定质量的矿土装入浸矿柱中，采用2wt％硫酸铵溶液进行浸矿，浸矿液中无稀土检出时停止注液，柱内离子型稀土尾矿烘干至恒重备用。
实施例1：
硫酸铵作为淋洗药剂模拟离子型稀土尾矿串级淋洗实验过程包括以下步骤：
(1)称取一定质量的离子型稀土尾矿矿土，捣碎后过20目筛，混合均匀，分别称取40g处理后的离子型稀土尾矿矿土装填入相同的四根交换柱内，编号A/B/C/D，分别加入20ml去离子水将矿土润湿以利于后续的充分淋洗；
(2)在A柱中加入质量浓度为2％的硫酸镁溶液进行分次淋洗，每次注液量50ml，收液量50ml，编号A1，A2，A3，……，分别测定淋洗液中的氨氮浓度，淋洗液氨氮浓度小于15mg/L时停止注液；
(3)按照串级淋洗工艺，A柱第二次淋洗液作为B柱第一次淋洗剂进行淋洗，收液编号A2-B1，以此类推进行C柱和D柱的淋洗，淋洗结果如下表所示：
串级淋洗数据
Figure BDA0003264465850000071
淋洗药剂用量与水用量对比
以A柱作为单独淋洗计算淋洗所需的硫酸镁用量和水用量，由上表可知，以淋洗至淋洗液中氨氮浓度小于15mg/L为淋洗终点，A组所需淋洗液300ml，硫酸镁用量6g，用水量300ml。而B/C/D柱串级淋洗除循环利用上一组淋洗液外，淋洗至小于15mg/L的淋洗终点需要另外添加150ml新的淋洗剂，新加入的硫酸镁用量和水用量分别为3g和150ml，仅为A组的一半。两者对比可以发现，相较单独淋洗，串级淋洗硫酸镁用量减少了一半，水用量也减少了一半，这也意味着后续需要处理的氨氮废水量也相应减少了一半，在减少了淋洗药剂用量的同时极大的降低了废水处理成本。
实施例2
氯化钾作为淋洗药剂模拟离子型稀土尾矿串级淋洗实验过程包括以下步骤：
(1)称取一定质量的离子型稀土尾矿矿土，捣碎后过20目筛，混合均匀，分别称取40g处理后的离子型稀土尾矿矿土装填入相同的四根交换柱内，编号A/B/C/D，分别加入20ml去离子水将矿土润湿以利于后续的充分淋洗；
(2)在A柱中加入质量浓度为2％的氯化钾溶液进行分次淋洗，每次注液量50ml，收液量50ml，编号A1，A2，A3，……，分别测定淋洗液中的氨氮浓度，淋洗液氨氮浓度小于15mg/L时停止注液；
(3)按照串级淋洗工艺，A柱第二次淋洗液作为B柱第一次淋洗剂进行淋洗，收液编号A2-B1，以此类推进行C柱和D柱的淋洗，淋洗结果如下表所示：
串级淋洗数据
Figure BDA0003264465850000091
淋洗药剂用量与水用量对比
以A柱作为单独淋洗计算淋洗所需的氯化钾用量和水用量，由上表可知，以淋洗至淋洗液中氨氮浓度小于15mg/L为淋洗终点，A组所需淋洗液400ml，氯化钾用量8g，用水量400ml。而B/C/D柱串级淋洗除循环利用上一组淋洗液外，淋洗至小于15mg/L的淋洗终点需要另外添加200ml新的淋洗剂，新加入的氯化钾用量和水用量分别为4g和200ml，仅为A组的一半。两者对比可以发现，相较单独淋洗，串级淋洗氯化钾和水用量降低了50％，这也意味着后续需要处理的氨氮废水量也相应减少了50％，在减少了淋洗药剂用量的同时极大的降低了废水处理成本。
实施例3
硫酸铁作为淋洗药剂模拟离子型稀土尾矿串级淋洗实验过程包括以下步骤：
(1)称取一定质量的离子型稀土尾矿矿土，捣碎后过20目筛，混合均匀，分别称取40g处理后的离子型稀土尾矿矿土装填入相同的四根交换柱内，编号A/B/C/D，分别加入20ml去离子水将矿土润湿以利于后续的充分淋洗；
(2)在A柱中加入质量浓度为2％的硫酸铁溶液进行分次淋洗，每次注液量50ml，收液量50ml，编号A1，A2，A3，……，分别测定淋洗液中的氨氮浓度，淋洗液氨氮浓度小于15mg/L时停止注液；
(3)按照串级淋洗工艺，A柱第二次淋洗液作为B柱第一次淋洗剂进行淋洗，收液编号A2-B1，以此类推进行C柱和D柱的淋洗，淋洗结果如下表所示：
串级淋洗数据
Figure BDA0003264465850000101
Figure BDA0003264465850000111
淋洗药剂用量与水用量对比
以A柱作为单独淋洗计算淋洗所需的硫酸铁用量和水用量，由上表可知，以淋洗至淋洗液中氨氮浓度小于15mg/L为淋洗终点，A组所需淋洗液300ml，硫酸铁用量6g，用水量300ml。而B/C/D柱串级淋洗除循环利用上一组淋洗液外，淋洗至小于15mg/L的淋洗终点需要另外添加100ml新的淋洗剂，新加入的硫酸铁用量和水用量分别为2g和100ml，仅为A组的三分之一。两者对比可以发现，相较单独淋洗，串级淋洗氯化钾和水用量降低了66.67％，这也意味着后续需要处理的氨氮废水量也相应减少了66.67％，在减少了淋洗药剂用量的同时极大的降低了废水处理成本。
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)

1.一种串级淋洗离子型稀土尾矿中氨氮的工艺方法，其特征在于，其步骤包括：
(1)选择对环境友好的电解质为淋洗剂，加水配置成一定浓度的淋洗液；
(2)将硫酸铵原地浸矿后的离子型稀土尾矿按区域分为ABCDE……不同小区域，做好标识；
(3)向A区域先分批加入淋洗液进行氨氮淋洗，第1次淋洗收集的淋洗液转入废水处理池，第2次淋洗收集的淋洗液转入B区域作为B区域的第1次淋洗液对B区域进行氨氮淋洗，B区域第1次收集的淋洗液也转入废水处理池，A区域第3次淋洗收集的淋洗液转入B区域作为B区域的第2次淋洗液对B区域进行氨氮淋洗，B区域第2次收集到的淋洗液转入C区域作为C区域的第1次淋洗液对C区域进行氨氮淋洗，C区域第1次收集的淋洗液也转入废水处理池，以此类推进行串级淋洗，以淋洗液中氨氮浓度小于15mg/L作为淋洗终点停止注液，串级淋洗未能淋洗至淋洗终点的，补充新的淋洗剂继续淋洗至淋洗终点；
(4)各区域淋洗达到淋洗终点后，再加入一次顶水将矿体中多余的淋洗剂洗脱出来，洗脱下来的洗水添加适量淋洗药剂配制成淋洗剂循环使用。
2.根据权利要求1所述的一种串级淋洗离子型稀土尾矿中氨氮的工艺方法，其特征在于，所述淋洗工艺为串级淋洗。
3.根据权利要求1所述的一种串级淋洗离子型稀土尾矿中氨氮的工艺方法，其特征在于，所述淋洗药剂为硫酸镁、氯化钾、硫酸铁、氯化钙、硫酸铝等中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种串级淋洗离子型稀土尾矿中氨氮的工艺方法，其特征在于，所述淋洗液的质量浓度为1％～10％。
5.根据权利要求1所述的一种串级淋洗离子型稀土尾矿中氨氮的工艺方法，其特征在于，所述淋洗液的注液方式为常温常压自然淋滤。
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