基于矿化剂调控的含锌废渣水热硫化—浮选工艺研究

摘要

重金属废渣作为重金属污染的重要污染源之一，其能否安全处理、处置是重金属污染防治的关键。另一方面，我国矿产资源枯竭的局势日趋严重，重金属废渣作为二次矿产资源已成为环保领域和有色行业共同的重大研究课题。由于重金属废渣水热硫化-浮选回收技术能够同时实现重金属废渣资源化和无害化受到了广泛关注，然而该技术还存在一些亟待解决的问题，如浮选精矿品位低、硫化物颗粒细小等。本文是基于该技术存在的问题而展开研究。
　　论文以某冶炼厂产生的中和渣为研究对象，以浮选回收率和富集比等为评价指标，拟通过模拟废渣实验、实际中和渣实验，考察矿化剂对水热硫化-浮选工艺的调控作用。从而实现硫化物的高效浮选回收，并探索该工艺实际应用的可行性。研究取得如下结果:
　　(1)矿化剂对模拟废渣水热产物理化性质影响结果表明，矿化剂NaCl、CH3COONa、EDTA-2Na对ZnS的水热结晶长大有促进作用。矿化剂NaCl、CH3COONa、EDTA-2Na分别使ZnS晶粒尺寸由26.4nm增加到31.3nm、32.4nm及32.7nm。硫化产物比表面积分析显示，添加这三种矿化剂能降低硫化产物比表面积，其中添加CH3COONa条件下，硫化产物比表面积由2.53 m2/g降至1.86 m2/g。硫化产物Zeta电位分析结果显示，在pH为8-10区间内，CH3COONa、EDTA-2Na使得相同条件下ZnS的表面负电荷有所减少。硫化产物SEM分析显示，CH3COONa、EDTA-2Na使得水热产物中ZnS晶体大小匀称、ZnS与CaSO4的团聚现象得以弱化。由此可见，NaCl、CH3COONa、EDTA-2Na能够改变硫化产物的理化性质，对ZnS晶体的生长有明显的促进作用。
　　(2)矿化剂调控中和渣硫化浮选实验结果表明，矿化剂NaCl、CH3COONa及EDTA-2Na的最优添加浓度分别为0.1mol/L、0.5mol/L和0.1mol/L，分别使锌富集比从1.16提高至1.36、1.62和1.69。XRD分析及晶粒尺寸计算结果显示，三种矿化剂能改善水热产物的结晶效果，促进ZnS晶体生长;与未添加矿化剂相比，ZnS的晶粒尺寸由约21nm增长至约35nm。矿化剂调控后，水热产物TEM-EDS分析显示，ZnS由细小的絮状颗粒转变为致密大块晶体，同时ZnS与CaSO4晶体的团聚、夹杂现象有所弱化。
　　(3)矿化剂调控下的中试试验表明，最优工艺环境下，Zn的富集比达到1.6以上，回收率稳定在80％。工程经济效益分析表明:工艺固定成本为169万元，可变成本为85万元。在该工艺条件下，每年处理800吨废渣，则可获纯利润30万元/年。投资该工艺五年能收回工艺成本。工程社会环境效益分析可知:该优化工艺年减排重金属固废800吨，按重金属含量10％计算，年减排并回收重金属56吨，减轻了重金属污染的环境压力，为居民生活安全提供了保障。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 引言

1．2 重金属废渣的危害及其资源化处理技术现状

1．2．1 重金属废渣的危害

1．2．2 重金属资源现状

1．2．3 重金属废渣资源化回收技术现状

1．3 水热硫化-浮选技术回收重金属硫化物的研究现状

1．3．1 水热硫化-浮选技术工艺原理

1．3．2 水热硫化-浮选技术研究现状

1．4 水热结晶长大技术

1．4．1 水热结晶长大机理

1．4．2 水热结晶过程的影响因素

1．5 水热结晶过程中的矿化剂

1．5．1 矿化剂定义

1．5．2 矿化剂的种类

1．5．2 矿化剂的作用机制

1．6 研究的目的意义及思路

2 实验研究方法

2．1 实验材料

2．1．1 实验对象

2．1．2 药剂

2．2 实验仪器及设备

2．3 实验方法

2．3．1 模拟废渣水热硫化产物理化性质检测

2．3．2 矿化剂调控中和渣的水热硫化-浮选研究

2．4 分析方法

2．4．1 浮选富集比及回收率计算

2．3．2 XRD分析及晶粒尺寸计算

2．3．3 比表面积分析

2．3．4 Zeta电位分析

2．3．5 扫描电镜分析

2．3．6 透射电镜分析

3 矿化剂对模拟废渣水热硫化产物理化性质影响

3．1 矿化剂对人造ZnS晶粒大小影响

3．1．1 矿化剂(NH4)2SO4的影响

3．1．2 矿化剂NaCl的影响

3．1．3 矿化剂CH3COONa的影响

3．1．5 矿化剂EDTA-2Na的影响

3．2 矿化剂调控生成人造ZnS晶体比表面分析

3．3 矿化剂调控人造ZnS的Zeta电位分析

3．4 人造硫化矿SEM分析

3．5 小结

4 矿化剂调控中和渣水热硫化浮选工艺研究

4．1 NaCl作为矿化剂

4．1．1 NaCl对硫化产物浮选回收的影响

4．1．2 NaCl对硫化产物中ZnS晶粒尺寸的影响

4．2 CH3COONa作为矿化剂

4．2．1 CH3COONa对硫化产物浮选回收的影响

4．2．2 CH3COONa对硫化产物中ZnS晶粒尺寸的影响

4．3 EDTA-2Na作为矿化剂

4．3．1 EDTA-2Na对硫化产物浮选回收的影响

4．3．2 EDTA-2Na对硫化产物中ZnS晶粒尺寸的影响

4．4 人造硫化物TEM分析

4．4．1 ZnS晶体尺寸及外貌变化

4．4．2 ZnS与脉石矿物的团聚现象分析

4．5 中和渣与模拟废渣实验结果对比分析

4．6 小结

5 矿化剂优化调控的水热硫化-浮选工艺中试研究

5．1 中试工艺流程

5．2 中试设备设计及选型

5．2．1 中试设备设计

5．2．2 中试设备选型

5．3 中试现场工艺运行条件实验

5．3．1 中试实验方法

5．3．2 中试现场运行情况

5．3．3 中试实验结果及稳定性分析

5．3．3 工艺运行现场照片

5．4 年处理800吨废渣经济效益分析

5．4．1 固定成本估算

5．4．2 可变成本估算

5．4．3 工程经济效益分析

5．5 社会环境效益分析

5．6 小结

6 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间的主要研究成果

致谢