含砷废水制备三氧化二砷新工艺研究

摘要

含砷废水是有色金属冶炼厂SO2烟气制酸净化过程中的外排废水，由于原料精矿中含砷量高，而在回收过程中无砷回收措施，加之砷在酸性废水中溶解度大，因而含砷量可达20g·L-1，大大高于国家排放标准0.5mg·L-1。如果不经过处理而直接排放，将对水体和土壤造成严重污染，并最终通过食物链或地面水、地下水进入人体而危害人体健康。因此，对酸性含砷废水的有效治理刻不容缓，研究、开发高效经济的含砷废水处理技术，回收利用其中的砷资源，使之变废为宝，具有重大的社会、经济和环境意义。 本课题以湖北大冶有色金属公司冶炼厂排放的酸性含砷废水为研究对象，针对原废水处理工艺存在出水砷超标、渣量大的问题，研发了一种新的处理工艺。目前国内外大型冶炼厂对于含砷废水的处理不外乎石灰-铁(铝)盐絮凝法和硫化沉淀法，前者渣量大，容易造成二次污染，废渣的安全处理与处置又将是一个新的重大课题；后者需要大量硫化剂，费用高，且处理过程产生硫化氢，处理环境不佳。本文根据该公司含砷废水的特点，从含砷废水达标排放和废水中砷资源化利用的角度出发，研究提出了沉淀转化法处理含砷废水工艺路线：净化除杂-硫酸铜沉淀-二氧化硫还原-蒸发结晶，并确定了此工艺的最佳条件。净化除杂最佳条件：两段中和除杂，一段中和采用石灰乳中和至废水pH值为2，二段中和采用氢氧化钠中和至废水pH值为6；硫酸铜沉淀最佳条件：nCu：nAs为2:1，终点pH值为8；SO2还原最佳条件：液固比4:1，还原时间1h，还原温度60℃；蒸发结晶最佳条件：砷浓度90g·L-1，pH值0，结晶温度28℃。通过此工艺，可得到纯度为95％的三氧化二砷产品，砷直收率为80.70％，产物质量达到中国有色金属行业标准(YS-T99-1997)三级标准。 还原渣通过氧化浸出回收硫酸铜，实现硫酸铜在整个工艺中的循环利用，其最佳工艺条件为：反应时间1.5h，nH2SO4：nCu为1.70，反应温度80℃，硫酸浓度24％；硫酸铜沉砷后废水砷含量在20～40mg·L-1之间，采用铁盐絮凝法进行深度处理以达标排放。 与传统处理方法比较，沉淀转化法处理含砷废水具有以下技术经济特征： (1)工艺简单、渣量少、排放废水达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)、无二次污染。 (2)不使用硫化钠，硫酸铜和硫酸可循环利用，处理成本低。 (3)利用含砷废水制备得到三氧化二砷，并可回收废水中有价金属，可彻底实现含砷废水资源化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1砷及其化合物性质

1.1.1砷的物理性质

1.1.2砷的化学性质

1.1.3砷的生物作用

1.1.4砷的化合物

1.2含砷废水的来源及其对环境的污染

1.2.1含砷废水的来源

1.2.2含砷废水对水体的污染

1.3含砷废水主要处理方法

1.3.1化学沉淀法

1.3.2物理法

1.3.3生物法

1.3.4物理化学法

1.4含砷废水的回收利用

1.5课题的研究意义及主要内容

1.5.1课题的研究意义

1.5.2研究的主要内容

第二章SO2还原亚砷酸铜及三氧化二砷的制备

2.1前言

2.2实验

2.2.1实验仪器与试剂

2.2.2实验原料

2.2.3实验步骤及工艺流程

2.2.4分析及检测

2.3实验结果与讨论

2.3.1含砷废水净化除杂与亚砷酸铜的制备

2.3.2热力学计算

2.3.3亚砷酸铜的还原与砷铜分离

2.3.4 As2O3的制备

2.4本章小结

第三章硫酸铜的回收及循环利用

3.1前言

3.2实验

3.2.1实验仪器与试剂

3.2.2实验原料

3.2.3分析及检测

3.2.4实验步骤及工艺流程

3.3实验结果与讨论

3.3.1反应时间对铜砷浸出率的影响

3.3.2 nH2SO4：nCu对铜浸出率和砷浸出率的影响

3.3.3硫酸浓度对铜浸出率和砷浸出率的影响

3.3.4反应温度对铜浸出率和砷浸出率的影响

3.3.5硫酸铜结晶

3.3.6硫酸铜结晶母液返回浸出

3.4本章小结

第四章硫酸铜沉砷后废水的处理

4.1前言

4.2实验

4.2.1实验药品及仪器

4.2.2絮凝处理实验步骤及工艺流程

4.2.3砷的分析方法

4.3实验结果与讨论

4.3.1硫酸亚铁絮凝法处理沉砷后废水

4.3.2聚合硫酸铁絮凝法处理沉砷后含砷废水

4.3.3实验室放大试验

4.4本章小结

第五章含砷废水处理比较及物料衡算

5.1前言

5.2含砷废水处理工艺比较

5.2.1绿矾絮凝法处理含砷废水工艺流程

5.2.2硫化沉淀法处理含砷废水工艺流程

5.2.3硫化沉淀—硫酸铜置换法处理含砷废水工艺流程

5.2.4沉淀转化法处理含砷废水工艺流程

5.3含砷废水处理物料成本及渣量比较

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文