專利名稱：硫化法回收金銅礦酸性廢水中硫化銅和氫氧化鐵的方法
技術領域：
本發明涉及一種水體凈化方法，尤其涉及一種適用于回收金銅礦酸性廢水中硫化銅和氫氧化鐵的硫化法。
背景技術：
隨著金銅礦聯合開發以及銅礦資源綜合利用技改工程等項目的陸續實施，礦石開采中發現了一系列新的問題。由于礦石的特殊性，金銅礦的礦石含有一定量的硫或金屬的硫化物，在開采的過程中，大量尾礦、剝離巖土堆放于露天，在氧化鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌等微生物的催化作用下，尾礦及剝離巖土中的硫和金屬硫化物被氧化，經過雨水沖刷，便形成了含有各種金屬離子、硫酸和硫酸鹽的礦山酸性廢水。這種廢水的特點就是酸性強、含有大量的金屬成分。加之夏季雨季持續時間長，影響程度大，從而導致產生大量的含銅酸性廢水，含銅酸性廢水的處理也勢必變得日趨嚴峻。目前改善這一現象的方法是采用傳統單一的石灰液堿工藝，該工藝成本較高、伴生有大量的中和渣，而且不能回收廢水中的有價金屬，造成資源的嚴重浪費。如何高效經濟的回收酸性廢水中的有價金屬，并減少廢水處理引發的二次污染，減少中和渣的產生量，最終降低處理成本，已成為礦產企業迫切解決的問題之一。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠最大程度提取金銅礦廢水內有用物質且使水質凈化的硫化法回收金銅礦酸性廢水中硫化銅和氫氧化鐵的方法。為解決上述技術 問題，本發明的技術方案是:硫化法回收金銅礦酸性廢水中硫化銅和氫氧化鐵的方法，包括:
步驟一、回收氫氧化鐵
a)將收集池內的金銅礦酸性廢水引入氫氧化鐵反應池內，并向所述氫氧化鐵反應池內加入液堿，同時攪拌混合液使兩種液體充分反應；
b )將所述氫氧化鐵反應池內反應后的液體弓I入氫氧化鐵絮凝池，并向所述氫氧化鐵絮凝池內加入絮凝劑，同時攪拌所述氫氧化鐵絮凝池內的混合液，使兩種液體混合均勻；
c)將所述氫氧化鐵絮凝池內充分反應后的液體引入氫氧化鐵濃密池中進行沉淀；
d)將所述氫氧化鐵濃密池內產生的沉淀物利用刮泥裝置刮出，并輸送至氫氧化鐵壓濾機內進行壓濾處理，得到氫氧化鐵濾泥和濾液，將濾液和所述氫氧化鐵濃密池內的上清液一起引入硫化銅密閉反應池內；
步驟二、回收硫化銅
e)向所述硫化銅密閉反應池內加入硫化鈉液體，同時攪拌混合液使兩種液體充分反應，將所述硫化銅密閉反應池內產生的硫化氫通過管路連接至硫化氫收集裝置進行吸收處理；
f )將所述硫化銅密閉反應池內反應后的液體引入硫化銅密閉絮凝池，并向所述氫硫化銅密閉絮凝池內加入絮凝劑，同時攪拌所述硫化銅密閉絮凝池內的混合液，使兩種液體混合均勻；
g)將所述硫化銅密閉絮凝池內充分反應后的液體引入硫化銅濃密池中進行沉淀；
h)將所述硫化銅濃密池內產生的沉淀物利用刮泥裝置刮出，并輸送至硫化銅壓濾機內進行壓濾處理，得到硫化銅濾泥和濾液，將濾液和硫化銅濃密池內的上清液一起引入石膏反應池內；
步驟三、回收石骨
i)向所述石膏反應池內加入石灰水，同時攪拌混合液使兩種液體充分反應,使兩種液體充分反應；
j)將所述石膏反應池內反應后的液體引入石膏絮凝池，并向所述石膏絮凝池內加入絮凝劑，同時攪拌所述石膏絮凝池內的混合液，使兩種液體混合均勻；
k)將所述石膏絮凝池內充分反應后的液體引入石膏濃密池中進行沉淀；
I)將所述石膏濃密池內產生的沉淀物利用刮泥裝置刮出，并輸送至石膏壓濾機內進行壓濾處理，得到石膏濾泥和一部分回收水，所述石膏濃密池內的上清液也成為回收水的一部分。作為優選的技術方案，所述絮凝劑的濃度為20 30%。作為對上述技術方案的改進，所述硫化鈉液體的濃度為35 40%。由于采用了上述技術方案，本發明的技術效果是:根據各金屬沉淀物溶度積的不同，控制不同的金屬 濃度和溶液PH，通過加入不同的沉淀藥劑對各有價金屬進行分段沉淀，分別得到氫氧化鐵、硫化銅和石膏等三種產品，其中硫化銅可以直接作為銅精礦出售冶煉，氫氧化鐵通過一定的精加工后可以做成鐵紅，通過此方法得到的石膏純度也較高，可作為建筑或其它之用，豐富了副產資源，最大程度地凈化了金銅礦酸性廢水，有利于環境資源保護。
以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其中:
圖1是本發明實施例的工藝流程圖。
具體實施例方式下面參照附圖詳細描述根據本發明的示例性實施例。這里，需要注意的是，在附圖中，將相同的附圖標記賦予結構以及功能基本相同的組成部分，并且為了使說明書更加簡明，省略了關于基本上相同的組成部分的冗余描述。如圖1所示，硫化法回收金銅礦酸性廢水中硫化銅和氫氧化鐵的方法，包括: 步驟一、回收氫氧化鐵
a)將收集池內的金銅礦酸性廢水引入氫氧化鐵反應池內，并向所述氫氧化鐵反應池內加入液堿，同時攪拌混合液使兩種液體充分反應；
b )將所述氫氧化鐵反應池內反應后的液體弓I入氫氧化鐵絮凝池，并向所述氫氧化鐵絮凝池內加入絮凝劑，同時攪拌所述氫氧化鐵絮凝池內的混合液，使兩種液體混合均勻；
c)將所述氫氧化鐵絮凝池內充分反應后的液體引入氫氧化鐵濃密池中進行沉淀；
d)將所述氫氧化鐵濃密池內產生的沉淀物利用刮泥裝置刮出，并輸送至氫氧化鐵壓濾機內進行壓濾處理，得到氫氧化鐵濾泥和濾液，將濾液和所述氫氧化鐵濃密池內的上清液一起引入硫化銅密閉反應池內；
在氫氧化鐵回收工藝中，含銅酸性廢水從高位銅酸性廢水收集池中自流進入氫氧化鐵反應池。在該反應池中，酸性水中的鐵離子和液堿進行反應，生成氫氧化鐵顆粒。液堿的添加量根據反應池內的PH值進行控制。氫氧化鐵反應池容積計算公式:
體積(V) =反應停留時間(HRT) X流量(Q)
下面舉例說明一下本部分的實際使用情況，依據試驗得出的工藝參數，反應停留時間(HRT)為6分鐘,進入氫氧化鐵反應池的流量為416立方米/小時，計算出該氫氧化鐵反應池所需要的反應有效體積為42立方米。為了能夠更大范圍的處理該礦含銅酸性廢水，故將氫氧化鐵反應池的尺寸設為:直徑4米，高6米。而氫氧化鐵反應池攪拌系統的電機功率為11千瓦，攪拌器葉輪直徑為1.5米。反應液從氫氧化鐵反應池自流入氫氧化鐵絮凝池，氫氧化鐵絮凝池的尺寸與氫氧化鐵反應池的尺寸相同。氫氧化鐵絮凝池所使用的攪拌系統的電機功率為5.5千瓦，并附變頻器調節轉速，攪拌器葉輪直徑為2米。氫氧化鐵絮凝池中的反應液以重力流的方式進入氫氧化鐵濃密池的中央配水系統。根據公式沉降面積(A) =流量(Q)/氫氧化鐵沉降速度(V)，得出沉降面積(A)=51m2，其中氫氧化鐵沉降速度為8.1 m/h(試驗測得),進入氫氧化鐵濃密池的總流量為416 m3/h。為了增加沉降時間，以提高底流濃度，采用24m濃密池，可以使排渣頻率控制在一天以上。(注:8h排渣時，氫氧化鐵底流濃度為2.5 2.8%，如果減少排渣頻率，可大大提高底流濃度)
絮凝后的氫氧化鐵經氫氧化鐵濃密池表面沉降到池底，再由刮泥裝置將沉渣刮到底部的中央排泥口，并由排泥管道排出。刮泥機上裝有扭矩傳感器和自動升降和關閉系統，當沉淀池底泥密度和厚度造成轉距超過正常工作范圍時，耙架自動上升并報警，本部分為所屬技術領域內普通技術人員所熟知的內容，在這里不再贅述。步驟二、回收硫化銅
e)向所述硫化銅密閉反應池內加入硫化鈉液體，同時攪拌混合液使兩種液體充分反應，將所述硫化銅密閉反應池內產生的硫化氫通過管路連接至硫化氫收集裝置進行吸收處理；
f )將所述硫化銅密閉反應池內反應后的液體引入硫化銅密閉絮凝池，并向所述氫硫化銅密閉絮凝池內加入絮凝劑，同時攪拌所述硫化銅密閉絮凝池內的混合液，使兩種液體混合均勻；
g)將所述硫化銅密閉絮凝池內充分反應后的液體引入硫化銅濃密池中進行沉淀；
h)將所述硫化銅濃密池內產生的沉淀物利用刮泥裝置刮出，并輸送至硫化銅壓濾機內進行壓濾處理，得到硫化銅濾泥和濾液，將濾液和硫化銅濃密池內的上清液一起引入石膏反應池內；
在硫化銅回收工藝中，氫氧化鐵回收后的酸性水從氫氧化鐵濃密池中自流進入硫化銅密閉反應池，加入硫化鈉溶液。在硫化銅密閉反應池中，酸性水中的銅離子和硫化鈉進行反應，生成硫化銅顆粒。硫化鈉的添加量根據反應池內的氧化還原電位和PH值進行控制。
根據氫氧化鐵反應池的設計原理，硫化銅密閉反應池的設計參數同氫氧化鐵反應池。但需要進行密閉處理。為了能夠使生成的硫化銅產生更大的礬花，便于沉降濃密，硫化銅密閉絮凝池需要加入絮凝劑，控制攪拌速度，使之生成較大礬花。反應池的尺寸同氫氧化鐵絮凝池。硫化銅密閉反應池中的反應液經硫化銅密閉絮凝池后，以重力流的方式進入硫化銅濃密池的中央配水系統。其設計公式同氫氧化鐵濃密池，硫化銅的沉降速度為10 m/h，進入硫化銅濃密池的總流量為416m3/h。同理，為了增加沉降時間，以提高底流濃度，采用24m濃密機。(注:6h排渣時，硫化銅底流濃度為3.5 4.0%，如果降低排渣頻率，可大大提高底流濃度)
絮凝后的硫化銅經硫化銅濃密池表面沉降到濃密池的底部，再由刮泥裝置將沉渣刮到底部的中央排泥口，并由排泥管道排出進入硫化銅壓濾機。步驟三、回收石膏 i)向所述石膏反應池內加入石灰水，同時攪拌混合液使兩種液體充分反應，使兩種液體充分反應；
j)將所述石膏反應池內反應后的液體引入石膏絮凝池，并向所述石膏絮凝池內加入絮凝劑，同時攪拌所述石膏絮凝池內的混合液，使兩種液體混合均勻；
k)將所述石膏絮凝池內充分反應后的液體引入石膏濃密池中進行沉淀；
I)將所述石膏濃密池內產生的沉淀物利用刮泥裝置刮出，并輸送至石膏壓濾機內進行壓濾處理，得到石膏濾泥和一部分回收水，所述石膏濃密池內的上清液也成為回收水的一部分。步驟三中使用的石膏反應池、石膏絮凝池、石膏濃密池和石膏壓濾機等設備與步驟一種的各種用具相同，在這里不再贅述。本實施例的氫氧化鐵壓濾機、硫化銅壓濾機和石膏壓濾機分別設置為板框壓濾機，結構簡單，使用方便。本實施例中所述絮凝劑的濃度為20 30%，25公斤/袋的粉末狀絮凝劑運送至藥劑儲存區，加水攪拌后制成0.25%的絮凝劑溶液。由于絮凝劑用量較少，現配現用，選擇3mX 3m的攪拌桶直接配制使用。配置好的絮凝劑溶液由自動計量泵送至儲存罐儲存和進一步溶解，該罐也可作為稀釋罐，加水后進一步稀釋絮凝劑。該罐的體積大約為5立方米。絮凝劑的加藥裝置采用自動計量泵，分別泵送絮凝劑至氫氧化鐵絮凝池、硫化銅密閉絮凝池和石膏絮凝池中。加藥管線上裝有流量閥，可以自動監測加藥不足的情況。所述硫化鈉液體的濃度為35 40%，硫化鈉液體來源為含硫化鈉36%的液體產品，可由生產廠商用槽車直接運送至硫化鈉儲存罐中或者自行配制硫化鈉溶液后至于儲存罐中。硫化鈉液體的加藥裝置采用自動計量泵，同時配有后備泵。硫化鈉液體的添加是通過接觸反應器中反應液的氧化還原電位和pH值來控制的。加藥管線上裝有流量閥，可以自動監測加藥不足的情況。硫化鈉配置罐是密封類型的，并配備硫化氫的收集裝置，目的是減少硫化氫的溢出。本發明具有以下優點:
一、成本優勢
當原水中的鐵離子濃度在3000mg/L以下時，利用液堿沉淀的方法可以有效的控制pH，從而使鐵離子以氫氧化鐵的形式沉淀下來，壓濾干燥后得到純度較高的氫氧化鐵，可直接作為鐵紅的原料銷售也可繼續進行深加工，大大降低了廢水處理成本。當原水中的銅離子濃度低于600mg/L時，改進硫化工藝有明顯的運行成本優勢。改進硫化法回收銅的成本隨濃度變化較小，能夠在酸性條件下將廢水中的銅離子以硫化銅的形式沉淀下來，壓濾干燥后能夠得到45%品位的銅精礦，直接作為銅精礦銷售即可。二、低濃度優勢
原水中的銅和鐵離子濃度降到40mg/L時，改進硫化工藝仍然能夠運行，并通過回收氫氧化鐵和硫化銅來維持運行成本，解決了低濃度廢水中有價金屬浪費的狀況，在保證廢水達標排放的同時回收了有價金屬，真正做到了變廢為寶。三、環保優勢
(1)改進硫化工藝在回收氫氧化鐵和硫化銅的同時，提高酸性水的PH值，去除了大部分的重金屬離子，大大降低了后續處理成本；
(2)減少了單一石灰處理帶來的中和渣量。由于采用石灰處理會產生大量的中和渣，弓丨發環境二次污染，治理費用會隨之大大提高，而改進硫化工藝將產生的各種沉淀變廢為寶，大大減少了固廢的處理量；
(3)改進硫化工藝能很容易的實現自動化控制。靈活的控制各工段的技術參數，使之達到工藝要求，最終根據實際需要控制出水水質。四、回收率高
氫氧化鐵的回收率能達到93%以上，銅回收率可達97%以上，石膏(硫酸鈣)的回收率可以達到90%以上。以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明 精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.硫化法回收金銅礦酸性廢水中硫化銅和氫氧化鐵的方法，其特征在于，包括: 步驟一、回收氫氧化鐵 a)將收集池內的金銅礦酸性廢水引入氫氧化鐵反應池內，并向所述氫氧化鐵反應池內加入液堿，同時攪拌混合液使兩種液體充分反應； b )將所述氫氧化鐵反應池內反應后的液體弓I入氫氧化鐵絮凝池，并向所述氫氧化鐵絮凝池內加入絮凝劑，同時攪拌所述氫氧化鐵絮凝池內的混合液，使兩種液體混合均勻； c)將所述氫氧化鐵絮凝池內充分反應后的液體引入氫氧化鐵濃密池中進行沉淀； d)將所述氫氧化鐵濃密池內產生的沉淀物利用刮泥裝置刮出，并輸送至氫氧化鐵壓濾機內進行壓濾處理，得到氫氧化鐵濾泥和濾液，將濾液和所述氫氧化鐵濃密池內的上清液一起引入硫化銅密閉反應池內； 步驟二、回收硫化銅 e)向所述硫化銅密閉反應池內加入硫化鈉液體，同時攪拌混合液使兩種液體充分反應，將所述硫化銅密閉反應池內產生的硫化氫通過管路連接至硫化氫收集裝置進行吸收處理； f )將所述硫化銅密閉反應池內反應后的液體引入硫化銅密閉絮凝池，并向所述氫硫化銅密閉絮凝池內加入絮凝劑，同時攪拌所述硫化銅密閉絮凝池內的混合液，使兩種液體混合均勻； g)將所述硫化銅密閉絮凝池內充分反應后的液體引入硫化銅濃密池中進行沉淀； h)將所述硫化銅濃 密池內產生的沉淀物利用刮泥裝置刮出，并輸送至硫化銅壓濾機內進行壓濾處理，得到硫化銅濾泥和濾液，將濾液和硫化銅濃密池內的上清液一起引入石膏反應池內； 步驟三、回收石骨 i)向所述石膏反應池內加入石灰水，同時攪拌混合液使兩種液體充分反應； j)將所述石膏反應池內反應后的液體引入石膏絮凝池，并向所述石膏絮凝池內加入絮凝劑，同時攪拌所述石膏絮凝池內的混合液，使兩種液體混合均勻； k)將所述石膏絮凝池內充分反應后的液體引入石膏濃密池中進行沉淀； I)將所述石膏濃密池內產生的沉淀物利用刮泥裝置刮出，并輸送至石膏壓濾機內進行壓濾處理，得到石膏濾泥和一部分回收水，所述石膏濃密池內的上清液也成為回收水的一部分。
2.如權利要求1所述的硫化法回收金銅礦酸性廢水中硫化銅和氫氧化鐵的方法，其特征在于，所述絮凝劑的濃度為20 30%。
3.如權利要求1所述的硫化法回收金銅礦酸性廢水中硫化銅和氫氧化鐵的方法，其特征在于，所述硫化鈉液體的濃度為35 40%。
全文摘要
本發明公開了一種硫化法回收金銅礦酸性廢水中硫化銅和氫氧化鐵的方法，包括氫氧化鐵回收、硫化銅回收和石膏回收三大步驟，本發明根據各金屬沉淀物溶度積的不同，控制不同的金屬濃度和溶液pH，通過加入不同的沉淀藥劑對各有價金屬進行分段沉淀，分別得到氫氧化鐵、硫化銅和石膏等三種產品，其中硫化銅可以直接作為銅精礦出售冶煉，氫氧化鐵通過一定的精加工后可以做成鐵紅，通過此方法得到的石膏純度也較高，可作為建筑或其它之用，豐富了副產資源，最大程度地凈化了金銅礦酸性廢水，有利于環境資源保護。
文檔編號C01G49/02GK103145267SQ201310089810
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月20日 優先權日2013年3月20日
發明者李楊, 李中文 申請人:李楊