含鎳、砷高鹽廢水處理技術(shù)

1、研究的意義

關(guān)于含鎳污水的治理技術(shù)，能夠檢索到的有用研究文獻資料非常少，文獻資料提供的技術(shù)路線能夠工程化的方法只有硫化物沉淀法、氫氧化物沉淀法和鐵鹽共沉淀法，其他方法要么藥劑昂貴不適合大規(guī)模應(yīng)用場合、要么只能針對單一水質(zhì)狀況不能應(yīng)付復(fù)雜條件、要么是概念性的研究無法工程化。

氫氧化物沉淀法難以達標（氫氧化鎳溶度積較低），硫化物沉淀從理論上能夠?qū)崿F(xiàn)處理后的污水達標（低于0.5mg/L)，但研究資料提供的硫化工藝操作條件下的處理指標，幾乎無法實現(xiàn)重現(xiàn)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是：文獻資料的研究結(jié)果，都是在模擬水樣下完成的，水質(zhì)條件單一，交互影響因素較少，試驗條件容易控制。

關(guān)于含砷污水的處理，硫化法最經(jīng)濟、鐵鹽法效率高、渣型穩(wěn)定已是業(yè)界共識，研究文獻資料較多，但鎳、砷共存的污水體系中，同時除鎳、除砷尚沒有研究資料可參考。

2、處理工藝選擇

本研究主要在業(yè)內(nèi)已達成共識的硫化法、鐵鹽法的基礎(chǔ)上，進一步研究高鹽廢水的處理工藝，從處理后廢水的達標情況、工藝流程的適用性、有價金屬的回收利用以及安全環(huán)保等方面進行研究。

2.1 試驗原料

本研究所采用的含鎳、砷高鹽廢水來自金川集團某萃取工藝生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的硫酸鈉萃余液。樣品隨機抽取，經(jīng)過濾后處理用于試驗。對樣品中主要成分檢測結(jié)果如下表1。

2.2 試驗過程

2.2.1 除鎳工藝

取硫酸鈉萃余液1L于燒杯中，分別加入氫氧化鈉和碳酸鈉，調(diào)節(jié)溶液pH值至10~11，反應(yīng)lh，控制反應(yīng)溫度為室溫。

2.2.2 鐵鹽法除砷

取沉鎳后硫酸鈉萃余液1L于燒杯中，調(diào)整PH值至6~7，加入鐵試劑，反應(yīng)1h后，過濾，取上清液，調(diào)整pH值至6~7，再次加入鐵試劑，反應(yīng)1h后，過濾，取上清液。重復(fù)上述步驟至處理后廢水達到標準要求。

2.2.3 硫化法除砷

硫化法處理硫酸鈉萃余液共有兩種選擇

(1)硫酸鈉萃余液調(diào)節(jié)pH后加入硫化鈉溶液反應(yīng)除去大部分砷，然后采用沉淀方式回收其中金屬鎳，最后采用鐵試劑工藝深度除砷。

(2)硫酸鈉萃余液首先經(jīng)沉鏡處理后，然后調(diào)節(jié)pH，加入硫化鈉溶液反應(yīng)除去大部分砷，最后采用鐵試劑工藝深度除砷。

3、結(jié)果對比

3.1 除鎳工藝

從表2中可以看出，使用碳酸鈉除鎳效果明顯優(yōu)于氫氧化鈉除鎳效果，并且，因碳酸鈉價格低廉，工業(yè)化應(yīng)用廣泛，因此，除鎳過程中使用碳酸鈉。

3.2 鐵鹽法除砷

經(jīng)過三段鐵試劑處理沉鎳后硫酸鈉萃余液，處理后廢水指標即可達到標準要求。從廢水達標情況、工藝流程的適用性、有價金屬的回收利用以及安全環(huán)保四個方面分析，該方法具有較好的適應(yīng)性。

達標情況：經(jīng)過試驗重復(fù)論證，可實現(xiàn)穩(wěn)定達標。

工藝過程控制：操作簡單。只需要調(diào)兩次pH值，使用試劑種類少。

鎳回收率：硫酸鈉液經(jīng)沉鎳后有99%左右金屬鎳以粗碳酸镲形式沉淀，僅有約1%的金屬鎳進入三段鐵試劑處理工序，在此過程中鎳主要進入中水回收料（壓濾渣）中，廢水中含鎳備0.5mg/L。而粗碳酸鎳與中水回收料均返至浸出工序回用，鎳損失僅為廢水中帶走鎳量。

安全環(huán)保：三段鐵試劑處理硫酸鈉萃余液工藝中，處理過程無有毒有害氣體產(chǎn)生，粗碳酸鎳、中水回收料可以返至浸出工序回用。

3.3 硫化法除砷

經(jīng)過重復(fù)試驗，單純使用硫化法處理含砷廢水，處理后廢水指標無法達到標準要求，需與鐵鹽法聯(lián)合除砷。同時，針對有價金屬鎳，有“硫化+沉鎳+兩段鐵試劑”處理工藝和“沉鎳+硫化+兩段鐵試劑”處理工藝。處理工藝流程圖見圖1和圖2。

采用兩種工藝流程處理硫酸鈉萃余液均可以實現(xiàn)硫酸鈉萃余液的達標處理，但指標存在波動；采用先硫化后沉鎳工藝流程處理硫酸鈉萃余液過程中，如果沒有除鎳工藝，經(jīng)兩段鐵試劑除砷后產(chǎn)出的廢水含鎳指標不合格。

采用先硫化后沉镲工藝流程處理硫酸鈉萃余液過程中，有46%的鎳進入硫化渣中，現(xiàn)有系統(tǒng)無法有效回收利用；同時除鎳工藝產(chǎn)出的粗碳酸鎳因前段硫化鈉過量造成粗碳酸鎳無法返回現(xiàn)有系統(tǒng)再利用；采用先沉鎳后硫化工藝流程處理硫酸鈉萃余液過程中，鎳回收率達到99%以上，且產(chǎn)出的粗碳酸鎳可以返回硫酸銅系統(tǒng)再利用。

綜上所述，若使用硫化法處理硫酸鈉萃余液，“沉鎳+硫化+兩段鐵試劑”（以下簡稱“硫化+兩段鐵試劑”）處理流程，可實現(xiàn)廢水中鎳的高效回收再利用。

根據(jù)原水中含砷波動較大的情況，硫化法、鐵鹽法聯(lián)合處理廢水主要為“硫化+兩段鐵試劑除砷”處理法。處理過程中圍繞達標情況、工藝過程控制、鎳回收率、試劑消耗、投資費用、安全環(huán)保等方面對兩種工藝進行綜合對比如下：

達標情況：可實現(xiàn)達標，但廢水指標存在波動。

工藝過程控制：（1)操作復(fù)雜。先將PH調(diào)至10~11沉鎳，再將pH調(diào)至2~3進行硫化反應(yīng)，然后，將硫化后液調(diào)pH至7?8進行鐵試劑反應(yīng)，過程中試劑使用種類較多；（2)操作難度大。第一段硫化反應(yīng)結(jié)束后，溶液中溶有H2S氣體，過濾后調(diào)pH過程中，pH值會出現(xiàn)反復(fù)降低現(xiàn)象，需多次調(diào)節(jié)才能穩(wěn)定。

鎳回收率：硫酸鈉液經(jīng)沉鎳后有99%左右金屬鎳以粗碳酸鎳形式沉淀，僅有約1%的金屬鎳進入硫化段處理，在此過程中鎳主要進入硫化渣中，無法回收利用，廢水中含鎳≤0.5mg/L。鎳損失主要為硫化過程中帶走的鎳量。

安全環(huán)保：在“硫化+兩段鐵試劑除砷”工藝中，硫化過程中會有有毒有害硫化氫氣體產(chǎn)生，需配套安裝硫化氫氣體吸收塔，安全環(huán)保壓力大。

3.4 不同工藝除砷方式綜合對比

根據(jù)實驗室實驗結(jié)果、現(xiàn)場試驗情況以及外出考察結(jié)果對比三段鐵試劑除砷以及“硫化+兩段鐵試劑除砷”工藝，可以得出以下結(jié)論。

3.4.1 三段鐵試劑除砷工藝

三段鐵試劑除砷過程受pH波動影響較小，最終結(jié)果相對穩(wěn)定；除砷過程需調(diào)節(jié)溶液PH值2次，在鐵試劑反應(yīng)過程中溶液pH值相對穩(wěn)定，變化范圍?。环磻?yīng)過程無有毒有害氣體產(chǎn)生，現(xiàn)場環(huán)境較硫化反應(yīng)好，除砷工藝適用性更強。

3.4.2 “硫化+兩段鐵試劑除砷”工藝

硫化除砷結(jié)果受反應(yīng)過程pH影響較大，最終結(jié)果波動大；反應(yīng)過程需調(diào)節(jié)溶液PH值3次，且pH值變化范圍較大，條件控制繁瑣；反應(yīng)過程中硫化氫氣味明顯，現(xiàn)場環(huán)境較差，不利于安全及環(huán)保管理。

實驗室硫化除砷結(jié)果與現(xiàn)場硫化除砷結(jié)果存在差異，實驗室中硫化除砷率最高可達到98.2%，最低62.0%，在現(xiàn)場試驗中，除砷率最高僅為30.5%，甚至出現(xiàn)除砷率為0.0%的情況。

在實驗室小試與現(xiàn)場試驗中，硫化后液均出現(xiàn)黃色可溶性物質(zhì)，無法過濾。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，推測產(chǎn)生物質(zhì)為單質(zhì)硫。

4、結(jié)論

從以上分析可以看出，“硫化+兩段鐵試劑除砷”工藝廢水指標存在波動、過程操作復(fù)雜的情況；反應(yīng)過程產(chǎn)生的硫化揸因硫化鈉及單質(zhì)硫存在的因素，無法直接回收有價金屬；生產(chǎn)過程中產(chǎn)生硫化氫氣體，不利于安全及環(huán)保管理。

因此，針對含鎳、砷高鹽廢水的處理，應(yīng)采用三段鐵試劑除砷工藝，不僅簡單易操作，且成本低廉，能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。（來源：金川集團銅業(yè)有限公司）