铜冶炼污酸污水处理工艺优化探讨

摘要：近些年，我国铜冶炼工艺不断进步，铜冶炼工业规模不断扩大，而污酸污水处理始终是铜冶炼工艺中的关键环节。首先分析某铜冶炼厂现有污酸污水处理工艺，然后基于简单、经济、高效的原则，提出了现有污酸污水处理工艺优化措施。

关键词：铜冶炼;污酸污水处理;工艺优化

随着国家对环境保护的关注，金属冶炼环保改造成为一大趋势。目前我国大多数铜冶炼厂的污酸污水处理基本流程包括除铅过滤、硫化物，石膏制备以及石灰铁盐的过滤，最终使废水达到环保排放标准。根据国家标准，有色金属工业最终排放的废水中砷含量不能超过0.5mg/L。某冶炼厂采用二十世纪世纪八十年代从日本引进的工艺方案，“先石膏，后分段硫化”处理污酸，通过石灰加硫酸亚铁共沉淀法处理污水，污酸污水处理流程复杂，效率不高，同时工艺控制难度大，硫化钠消耗量大，无法确保处理后的废水排放稳定达标，同时传统的铜冶炼酸处理成本相对较高。因此，必须积极创新和优化现有的铜冶炼污酸污水处理工艺，以满足最新的环境保护要求。

1     当前污酸及废水处理工艺分析

该冶炼厂采用石膏—分段硫化—石灰铁盐共沉淀的工艺处理方案，具体如图1。

1.1  石膏工序

经过净化处理的污酸通过沉降处理可以除去其中的铅、二氧化硫SO2气体，然后与pH为2.0的石灰石乳液反应形成石膏，并脱去一部分氟。将石膏滤液、上清液输送到下一个硫化过程以去除铜和砷。

1.2  分段硫化

将硫化钠Na2S溶液加到石膏滤液中形成含有铜和砷的硫化物沉淀。通过控制一级反应、二级反应的pH值以及氧化还原电极电势，根据铜、硫化砷的溶度积存在差异，因此铜、砷被沉淀，诸如锌和镉等其他重金属离子也被沉淀。

1.3  石灰乳铁盐共沉淀法

污酸处理后的溶液与含酸污水混合形成废水，通过石灰乳铁盐共沉淀法处理废水。通过将第一次中和反应的pH控制7±0.2，第二次中和反应的pH控制在10.0±0.2，同时加入硫酸亚铁作为砷的共沉淀剂，通过曝气氧化添加絮凝剂，经过浓缩、澄清、过滤处理后的废水达到环保排放标准，中和渣在指定地点填埋。

2     当前污酸及废水处理工艺存在的问题及优化措施

着重分析该冶炼厂污酸污水处理工艺在实践中存在的问题，提出如下优化措施，优化后的工艺流程如图2所示

2.1  去掉污酸处理石膏工序

产生的酸量取决于铜精矿原料中砷杂质的含量。在烟气制酸过程中的污酸主要来自净化工段，在洗涤烟气时产生的酸含量的大小主要取决于换水量的大小。另一方面，冶炼厂石膏工艺实践表明当污酸中的硫酸含量不足50g/L时，石膏工艺无法正常运行，石膏pH值的工艺控制难度大，质量差，难以销售。石灰石容易堵塞管道。由于烟道气中三氧化硫的生成量低，污酸中硫酸平均浓度只有29.9g/L，远低于150g/L的要求。石膏处理工序利用率很低，因此在实操中，只要提高余热锅炉的泄漏检测力度，降低漏气率，合理控制炉内压力，就可以将三氧化硫生成量控制在合理范围，以使污酸中的硫酸浓度小于50g/L。因此，没有必要设置石膏工艺。

2.2  一步硫化替代分段硫化

根据铜、砷硫化物溶度积不同，理论上可通过控制硫化反应阶段的pH值和氧化还原电极电位，能使铜先沉淀，砷后沉淀，更有利于铜、砷的深度综合利用。但实际上，由于铜、砷硫化沉淀所需的pH值和氧化还原电极电位（ORP值）较接近：沉淀铜为pH=2.3±0.1，ORP值250～300mV，沉淀砷为pH=2.0±0.5，ORP值-50～ +50mV，加上系统中杂质的干扰、偶然及系统误差存在等因素的影响，使在分段硫化操作过程中，pH值和ORP难以精确控制，导致实际上铜、砷分段硫化沉淀分离效果差，铜滤饼和砷滤饼中铜砷含量较接近，分段硫化意义不大。

2.3  使用膜过滤代替压滤机

污酸和污水处理都包括固液分离。常规的固液分离主要使用圆柱形过滤器和压滤机。这些设备成本高，辅助设备多，占地大面积大，耐腐蚀性差，例如板框腐蚀、滤布更换频繁。在污水处理中圆柱形过滤器不是很稳定，炉渣的水含量高达60%，导致中和炉渣的运输和处置难度加大。随着膜技术的不断完善，膜过滤设备的过滤精度高、反冲洗压力低，能耗少，可以长时间连续过滤，而且过滤膜的使用寿命比其他过滤材料长得多，操作简便。根据膜过滤的深度可以将过滤后的水循环使用。膜式过滤设备的成本是传统过滤器成本的5%至10%，并且日常运维成本也低于传统过滤设备。此外，使用膜过滤器可简化工艺流程，无需使用沉淀池、计量装置等设备。

结语

综上所述，考虑到原有工艺存在的问题和实际需求，取消石膏工序，将分段硫化改为一步硫化，使用膜过滤设备，将不含重金属离子的酸性废水引入上流膨胀过滤池处理，以实现简化工艺流程，降低成本，提高处理效率的目标。

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作者简介：

蔡辉，男（1989年11月）云南羅平，本科，职称：注册安全工程师、污水处理技师，主要研究方向铜冶炼污酸污水处理方面的。