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广州废铁回收利用降低铜冶炼污水处理成本

作者:user 来源:  日期:2019-08-30 09:59

摘 要: 广州废铁回收介绍了利用废酸处理工序的硫化后液与废铁反应生成二价铁离子,再将大部分二价铁离子带入一段中和系统,使之与污水中的金属离子反应生成沉淀物,降低了后续工序电化学设备的铁极板消耗量,从而降低污水处理成本。

1  电化学污水处理工艺
 
铜冶炼生产过程中产生大量污水进入废水调节池,污水中含有少量铜、砷等金属离子,需进入污水处理站中和工序进行处理,采用添加氢氧化钙调整污水pH 值,并经一段氧化絮凝沉降后使污水中的金属离子生成氢氧化物、砷酸物等沉淀,沉淀物再通过压滤机过滤处理。 上清液则进入电化学反应设备,利用高频直流电源发生电解凝聚、电解气浮以及电解氧化还原反应,产生一系列多核羟基络合物及氢氧化物,与水中的溶解性胶体和悬浮物尤其是重金属污染因子产生絮凝作用,从而产生大量的污染物絮凝团,使废水中重金属进一步得到去除。 经过二段氧化絮凝确保水质中的金属离子达标排放[1-2] 。 污水处理工艺流程示意见图1。

广州废铁回收利用降低铜冶炼污水处理成本
 
电化学是使用电解法对污水进行处理的一种工艺,因为没有添加化学药品,也称为清洁工艺。电化学设备的硅整流器给多块铁极板通入直流电,在铁极板间形成电场,待处理的废水进入铁极板之间。 电场中的污染物被通电,与电场中电离产物及铁离子发生反应,形成稳定的固定颗粒,并从废水中沉淀分离出来。
 
由此可见,电化学法的运行成本主要是铁极板消耗及电耗上。 实际生产过程中电化学铁极板的利用率并不能达到100%,当铁极板消耗到约75%的时候,铁极板发生击穿现象,正负极铁极板相互接触,导致电化学反应设备无法运行,此时就需要重新更换铁极板。 残余25% 的铁极板如果直接当做废铁外售,一是不能很好的降低成本( 铁极板属于加工件,价格高),二是造成物料浪费。
该方案可以将残余铁极板以铁离子的形式重新进入到系统之中,增加一段中和工序中的铁离子含量,生成更多的氢氧化铁胶体,更好地吸附微小颗粒,从而降低进入下道工序的污水中的金属含量。 这样就可以在不产生二次污染的前提下减少铁极板的消耗量并减少电化学设备运行电耗,降低污水处理成本。
 
2  原设计与实际生产的差异
 
2 1       原设计混合污水成分
 
原设计污水量为2 335~2 888 m /d,石膏工序排出液与其他污水混合后的成分见表1。

2 2       实际生产混合污水成分
 
实际生产中石膏工序排出液与其他污水混合后的成分见表2。
 
  表2 实际生产中混合污水成分(ρ) mg/L

广州废铁回收利用降低铜冶炼污水处理成本
由于生产实际采购的铜精矿的品质和设计有所不同,以及现场操作的差异性,导致实际产生的混合污水成分与设计值有较大差异。 通过表1、表2对比发现,实际产生的混合污水中的H SO、 Cu、Fe、Pb、As、Cd 等成分的含量比设计数据大很多。
 
2 3       实际生产中污水处理量与铁极板消耗量
 
原设计给出的铁极板使用量按0 1 kg/m 污水计,按照满负荷2 888 m /d 的水量计算,铁极板的日消耗量为288 8 kg/d,年总消耗量为98 1 t。
 
2019 年 1 月实际生产中污水处理量与铁极板消耗量见表3。
 
表3  实际生产中污水处理量与铁极板消耗量

通过电化学的工作机理可知混合污水中的重金属离子含量越高,1 m 污水消耗的铁极板更多。由表3 可见:实际生产中的铁极板消耗量较设计值大很多,一月份的连续生产(未满负荷) 中得出铁极板实际使用量约为0 33 kg/m
 
按照原设计满负荷2 888 m 的污水量计酸,则铁极板实际年消耗量为327 t/a。 若残极率以15%计,则产生残余极板量为49 05 t/a。
 
3   改造方案
 
3 1       改造原则
 
保持现有废酸污水处理工艺不变,利用残余铁极板以减少电化学运行费用。
 
3 2 改造内容
 
改造后的工艺流程示意见图2。

新增一套废铁溶解槽,利用硫化后液溶解电化学残余极板或者其他废铁。 废铁与硫化后液中的硫酸反应生成硫酸亚铁溶液,溶解后液再溢流回硫化滤液槽。 反应方程式为:
 
Fe+H SO  →FeSO +H

 
含二价铁离子的硫化后液用硫化滤液泵打至污水处理站,在石膏处理系统酸性条件下,使得溶液中绝大部分二价铁离子直接进入中和工序进行反应,但仍有少部分二价铁离子被氧化成三价铁,并生成氢氧化铁沉淀,混入石膏之中[3] 。 主要反应方程式为:
 
4Fe2+ +O +2H O       →4Fe3+ +4OH

 
为防止大量二价铁被氧化成三价铁生成氢氧化铁沉淀,影响石膏的颜色及质量,应控制废铁溶解槽中残余极板及废铁的溶解量。
含有大量二价铁离子的石膏滤液进入中和工序后,通过添加氢氧化钙控制pH 值,经曝气氧化絮凝,使污水中的绝大多数金属离子在一段中和系统中生成沉淀物。 可通过降低二段电化学设备的电流来减少铁极板的消耗量。 主要反应方程式为:
Fe 3+ +AsO 3- →FeAsO
       
 
4  经济效益估算
 
4 1       节省铁极板费用
 
每年约产生49 05 t 残极板,假设残极板的利用率为90%,每年可节省铁极板44 145 t。 铁极板单价取6 000 元/t,则可节省成本264 870 元。 如将其他废铁投入废铁溶解槽中,将会节省更多的电化学运行成本。
4 2       通过减少电解铁极板节省的运行电费
 
每年通过溶解残极板处理的污水总量为44 145×1 000/0 33=133 773 m3。 以2 888 m3 /d 污水处理量来计算,2 套电化学系统同时运行( 共计4台电化学设备)。 残极板使用天数为 133 773/2888=46 3d。
 
预计每年减少电耗666 720 kWh( 电化学设备额定功率为150 kW),节省电费约33 万元。

5 结语
 
环境保护是我国的一项基本国策,越来越受到全社会的关注和重视。 污水零排放是新建铜冶炼企业的基本要求,为了保证回用污水的指标合格,污水处理的高成本成为了很多铜冶炼企业的难题。
 
广州废铁回收利用废铁酸化变成铁离子的工艺方法,可以直接有效地降低双闪铜冶炼企业的电化学运行成本即污水处理成本,对实际生产具有较好的指导意义。

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