矿铜冶炼工厂重金属废水零排放技术路线.pdf

看危会雇工程 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R I N G d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．2 0 9 5 - 1 7 4 4 ．2 0 1 2 ．0 6 ．0 0 2 矿铜冶炼工厂重金属废水零排放技术路线 。。徐焰 杭州富春江冶炼有限公司杭州 3 1 1 4 0 1 对从矿铜冶炼z ．j - 中各重金属工艺废水及初期雨水水质进行研究，分析了污水零排放的可行性，并结合 国家产业政策提出了分开清、浊循环冷却水系统，做到清、污分流，有效循序用水，节约新水用量，减少废水排 放量以及对各工序产生的重金属废水和初期雨水进行归类处理、处置等多条废水零排放的技术路线，同时结 合生产实际情况对矿铜冶炼废水零排放提出了建议。 中国是铜的生产和消费大国，2 0 1 1 年矿铜产量达 3 3 8 ，5 万吨，预计“十二五”末产量将达4 2 5 万吨。随 着铜冶炼产能的快速膨胀，铜冶炼过程中的重金属废水 的排放日益受到重视。随着国家实行“增产不增污，增 产又减污，总量控制”政策，要求铜冶炼厂实现重金属 废水零排放⋯，这对铜冶炼企业是～个崭新的课题，国 内也有铜企业做了制酸中污酸重金属废水零排放的研 究口1 ，因此，研究铜冶炼工厂重金属废水零排放技术在 铜冶炼过程中显得至关重要。 1 矿铜冶炼工厂重金属废水的来源 l ，l 冶炼烟气制酸污酸，占工厂重金属废水的 8 0 ％以上 污酸口1 是冶炼烟气制酸流程中烟气湿法降温洗涤时 开路出来的稀酸，由于烟气中含有重金属烟尘，通过湿 法洗涤后，由气相转入液相，根据对某冶炼厂的监测， 其污酸主要成分 m g ／L C u1 5 ，P b1 5 2 ，Z n2 5 8 ， H ，S 0 46 ％～8 ％。 1 ．3 铜阳极板浇铸冷却水 铜阳极板在浇铸时需用大量水进行直接喷水冷却， 铜阳极板浇铸冷却水中的重金属含量 m g ／L C u1 ．4 1 ， P b0 ．6 8 ，Z n 0 ．1 ，A s0 ．4 2 ，p H7 ，2 9 。 1 ．4 铜电解液净化处理蒸发浓缩冷凝水 铜电解液的净化处理工序采用蒸发浓缩和吊铜，此 过程都会产生含硫酸雾及砷化氢的蒸汽[ 4 4 1 。因此，每 天需要对该蒸汽冷凝液进行开路处置以保持循环冷凝液 的酸度和金属离子的平衡，其铜电解液净化处理蒸发浓 缩冷凝水中的重金属含量 m g ／L C u5 8 ．1 3 ，P b0 ．2 3 ， Z n 0 ，t 1 ，A s6 ．7 ，p H 值为2 ．2 8 。 1 ．5 化验室洗涤水 铜冶炼工厂化验室需化验大量的含铜、铅、锌及砷 的试样，使用大量的酸、碱试剂，其化验残液及器皿的 洗涤会带出重金属，其排水性质随每天样品数多少而变。 而且实验室洗涤水目前都不为人重视，其排放也没有得 到相莱重视，也成为废水一个重要的污染源。 1 ．2 熔炼渣和转炉吹炼渣冷却水1 ．6 道路冲洗及初期雨水 熔炼渣和转炉吹炼渣需用大量水进行直接喷水冷 却。因冷却水和熔体直接接触，因此含有溶解的重金属。 冲渣及渣缓冷水中的重金属含量 m g ／L C u0 ．8 ，P b1 ．7 ， Z n1 ．6 3 ，A s0 ．3 ，p H7 ．0 4 。 由于铜冶炼过程中存在原料运输、烟气收尘装置出 灰及装运归仓等作业，因此不可避免地会因为扬尘或包 装、密封不完好撒落在收尘装置附近区域和道路上。这 些灰尘和烟尘都含有重金属的盐或者氧化物，遇水溶解， ～一--一 2 6T h e m a t i cs t u d i e s 万方数据 通过道路冲洗或初期雨水而进入雨水管道。道路冲洗及 初期雨水中的重金属含量 m g ／L C ul ～5 ，P b0 ．5 ，z n 1 ～5 ，A s 0 ．5 ，p H5 ～5 ．6 。 2 零排放技术路线 2 ．1 分开清、浊循环冷却水系统，做到清、污 分流 铜冶炼过程中，根据工艺需求，需设置大量的循环 水系统，这些循环水系统分间接和直接冷却设备和介质。 间接冷却是指通过传热设备间接冷却炉体、机械设备、 工艺介质 循环酸 温度；直接冷却是将冷却水直接和 被冷却介质 如阳极铜、炉渣等 接触。清、浊循环冷 却水系统应独立分开。 铜冶炼厂清循环冷却水系统通常包含7 个部分，分 别为1 熔炼炉体水套循环冷却水系统；2 硫酸阳极 保护循环冷却水系统；3 硫酸净化稀酸循环冷却水系统； 4 硫酸二氧化硫风机循环冷却水系统；5 熔炼高温排 风机及动力风机循环冷却水系统；6 余热发电机组循 环冷却水系统；7 铜电解整流器循环冷却水系统。7 种 循环冷却水系统应单独设置，并根据蒸发水量及水循环 倍率适时补充新水和开路部分循环水，开路循环水 即 二次利用水 应收集至二次利用水集水池，作为浊循环 冷却水系统的补充水。 铜冶炼厂浊循环冷却水系统主要包含5 个部分，分 别为1 烟气制酸净化工序稀酸循环冷却水系统；2 铜阳极板浇铸循环冷却水系统；3 熔炼渣冲渣循环冷 却水系统；4 转炉渣缓冷循环冷却水系统；5 铜电解 液净化蒸发浓缩循环冷却水系统。浊循环冷却水系统除 1 和5 外因和熔体直接接触，会蒸发大量的水，这些 水主要由清循环的开路二次利用水来补充。其中1 和5 系统因烟气和蒸汽的含水冷凝而盈余，排出部分污酸和 废液进行处理。 2 ．2 做好循序用水，节约新水用量，减少废水 排放量 循序用水就是按用水点对水质的要求，先将水供给 水质要求高的用水点，使用后直接或略加处理后再送给 对水质要求低的用水点，达到节约用水，一水多用忡1 的 目的。铜冶炼过程中，清循环冷却水系统是对水质要求 高的用水点，而浊循环冷却水系统是对水质要求低的用 水点。还有硫酸工艺用水、铜电解工艺用水、环境集烟 脱硫工艺用水、道路冲洗用水、绿化用水等都为水质要 求低的用水，因此，都可用清循环开路水进行二次利用。 2 ．3 归类处理、处置重金属废水 针对铜冶炼过程不同来源和重金属含量的重金属废 水需要不一样的处理过程，应当分类处理或处置。 1 污酸及化验室废水 污酸及化验室废水酸度大，重金属含量高，是铜 冶炼厂主要的重金属废水，其处理工艺过程复杂。因 此，不宜与其他废水 如道路冲洗水和初期雨水 混在 一起处理。否则，会增加不必要的处理成本，不能平 衡中水利用而增加零排放难度。其处理工艺流程如图l 和2 。处理后水质符合“铜、镍、钻工业污染物排放标 准 G B 2 5 4 6 7 2 0 1 0 中新建企业各污染物排放标准限 值，即铜、镍、钻工业污染排放标准 新建企业排放限 值 m g ‘L “ C u0 ．5 、P b0 ．5 、z n1 ．0 、A s0 ．5 ，p H 值为 6 ～9 ． 图1 污酸处理工艺流程图 2 部分浊循环冷却水铜阳极板冷却水、熔炼渣 冲渣及吹炼渣缓冷冷却水实行闭路循环，不外排废水， 只根据蒸发量补充二次利用水。 3 电解液净化蒸发浓缩冷凝水，其水质适应电解 工艺用水，每天开路部分作为电解工艺用水。 4 道路冲洗及初期雨水 首先，对于道路冲洗及初期雨水应分区单独收集并 处理。重点收集熔炼炉后收尘区域、硫酸区域、主要物 流道路。必须划小收集区域单元，设置收集池，每个收 集池单独配泵，将收集雨水泵至初期雨水处理站，区域 收集水量按1 5 毫米雨量计算。 其次，应当设置密闭收尘及卸尘装置，减少二次扬 尘。 再次，初期雨水应单独处理。常规的工程设计是 将初期雨水和工艺废水混合在一起进行处理，但对于铜 2 0 1 2 年第6 期2 7 万方数据 | 蕊乐罐 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R I N G 污酸处理后液 返回配料仓 图2 污酸处理后液处理工艺流程图 冶炼工厂来说，这种设施存在很大的弊端，原因是初 期雨水的特点是水量大，成分简单，重金属含量低， p H 值接近中性，只需投加少量的碱中和沉淀即可达到 G B 2 5 4 6 7 2 0 1 0 排放标准，处理成本低，中水回用适应 面广。而工艺废水 主要是污酸和化验室废水 成分复 杂，酸度大，含砷及重金属高，处理工艺复杂，药剂投 加量大，处理成本高。如果将这两种废水混在一起处理， 势必增加处理成本，并且中水回用困难。 2 ．4 重金属中水回用方案 要实现矿铜冶炼工厂重金属废水零排放，就必须实 现重金属中水全部回用。其关键工作要做到清污分流， 雨污分流，严格控制重金属废水产生量，平衡重金属中 水产生量和利用量。 1 污酸及化验室废水处理后中水的利用 污酸处理过程中的硫化钠加入量根据污酸中含砷量 多少而变化。因此，处理后的中水含有大量的钠离子， 并以硫酸钠的形态存在。该中水只能用于熔炼渣冲渣之 用。冲渣循环水在接近1 0 0o C 状态下被硫酸钠饱和后析 出的结晶硫酸钠进入水淬渣而开路。 2 道路冲洗及初期雨水中水的利用 由于道路冲洗及初期雨水中水水质较好，仅含有微 量重金属及钙一，，因此，可代替清循环冷却水系统开路 的二次利用水进行利用，作为铜阳极板浇铸循环冷却补 充水、铜电解工艺用水、硫酸工艺充水、环集脱硫工艺水、 熔炼渣冲渣及转炉渣缓冷循环冷却补充水等，在利用该 中水时，对清循环开路水在二次和用水集水池集中外排。 3 黝} 放技术路线实施后的效果分析 零排放方案实施后，以单条生产线年产1 0 万吨矿 铜为例，通过清、浊循环冷却水系统的分开和循序用水 措施，可节约新水用量1 3 8 1 吨／日；直接利用含重金属 的铜电解液净化蒸发浓缩冷凝水3 0 吨／日；通过对重 金属中水回用，全部利用污酸及化验室废水处理后中水 3 5 9 吨／E l ，雨天利用道路冲洗及初期雨水处理后中水 1 0 2 2 吨／日。根据全系统用水平衡，完全可以做到重金 属废水零排放。每天只排放不含重金属的二次利用水盈 余的清下水9 5 吨。 4 结语 矿铜冶炼工厂重金属废水零排放势在必行，但要做 好这项工作，要从做好工厂用水平衡开始，实行清污分 流、雨污分流、独立设置清循环水系统和浊循环水系统， 做好循序用水，减少重金属废水产生量；重点做好污酸 和初期雨水的收集处理，达标后的中水尽量分类用作工 艺补充水和高温熔体 冲渣和阳极板浇铸、熔炼冲渣及 吹炼渣 冷却用水。这些工作是零排放的保证措施。要 更彻底地做好铜冶炼工厂重金属废水零排放，就必须减 少中水中的含盐量，因此，要对污酸的除砷工艺进行研 究，改变目前普遍采用的硫化钠作为除砷剂的工I 艺，采 用不加钠盐的除砷工艺。 参考文献 [ 1 】周馨，零排放的概念、作用和推行[ J ] ．青海环境，1 9 9 4 4 1 9 4 ． [ 2 1 王举良，张均杰．炼铜烟气制酸净化污水零排放【J 】．中国有 色冶金，2 0 0 9 ，3 8 5 4 l - 4 3 ． [ 3 ] 朱红，张玲，马普利．铜冶炼系统酸性废水综合治理及 利用[ J 】甘肃冶金，2 0 1 2 ，3 4 2 1 0 1 ． [ 4 ] 仇勇海，陈白珍j 砷化氢的毒性及在铜净液中的防治[ J ] 有 色冶炼，2 0 0 1 2 3 6 - 3 8 ， [ 5 ] 仇勇海，唐仁衡，陈白珍．砷化氢析出电热的探讨[ J ] 中国 有色金属学报，2 0 0 0 ，1 0 1 1 0 1 1 0 4 ． 【6 ] 张洪常，李鹏，张均杰．铜冶炼生产废水的练合利用【J ] ， 中国有色冶金，2 0 1 0 ，3 9 4 4 2 ． 【7 ] 李广贺主编．水资源利用与保护[ M ] ．北京中国建筑工业 出版社，2 0 0 5 ． 2 8 T h e m a t i cs t u d i e s 万方数据