離子浮選法處理有色金屬工業(yè)廢水研究進展

　　摘 要：采用綠色高效的工藝方法實現(xiàn)有色金屬工業(yè)廢水中金屬污染物的高效分離和水質(zhì)凈化具有重要的科學意義和工程應用價值。本研究首先對我國有色金屬工業(yè)廢水的排放特征、來源與危害進行了分析;其次對有色金屬工業(yè)廢水的各類常見處理方法的原理、應用、優(yōu)缺點進行了歸納總結(jié);最后重點研究了離子沉淀浮選法的原理、起源、發(fā)展現(xiàn)狀等，分析總結(jié)了離子沉淀浮選法應用于Cu2+、Pb2+、Zn2+有色金屬工業(yè)廢水中金屬污染物脫除和水質(zhì)凈化分離的優(yōu)勢，在金屬污染物的選擇性富集、分離效率和工藝設(shè)備操作易用性方面具有顯著優(yōu)勢。因此，對于有色金屬工業(yè)廢水的凈化處理而言，離子浮選工藝有著很好的應用前景。

　　關(guān)鍵詞：有色金屬;廢水處理;離子浮選

　　有色金屬采選冶加工工業(yè)支撐著我國工業(yè)體系的健康發(fā)展，具有重要的戰(zhàn)略意義。但隨著產(chǎn)業(yè)升級和一系列環(huán)保要求的提高，有色金屬工業(yè)中“三廢”處理不當所帶來的環(huán)保與民生問題愈發(fā)明顯，其中廢水排放造成的環(huán)境污染問題已成為近些年重點治理的對象。2018年我國有色金屬采選冶煉加工工業(yè)廢水排放量已超過7億t/a，屬于工業(yè)廢水排放量較高的行業(yè)[1-3]。未經(jīng)過有效處理的有色金屬廢水不僅降低工業(yè)用水循環(huán)與回收利用率，其不當排放還會引發(fā)水體污染、影響生態(tài)穩(wěn)定與環(huán)境系統(tǒng)安全。因此研發(fā)綠色高效、低成本的有色金屬工業(yè)廢水處理技術(shù)，對我國有色金屬工業(yè)的健康發(fā)展與生態(tài)環(huán)境和諧具有重要意義。

　　1 有色金屬工業(yè)廢水處理現(xiàn)狀

　　1.1 有色金屬工業(yè)廢水的來源、特征及危害

　　我國工業(yè)體量規(guī)模大，隨之產(chǎn)生的廢水排放量也十分巨大，近年來我國廢水排放總量及工業(yè)廢水排放量的變化如圖1所示。

　　圖1中數(shù)據(jù)表明：我國廢水排放總量在2015年之前逐年增加，之后又有一定程度的降低;而隨著環(huán)保政策的提升和相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級改造的進行，工業(yè)廢水排放量呈現(xiàn)逐年減少的變化趨勢。盡管如此，2018年我國工業(yè)廢水的排放總量仍然在181.3億t，其中，有色金屬工業(yè)廢水排放量超過7億t/a。

　　大體量的有色金屬工業(yè)廢水主要來自有色金屬礦山采選、金屬冶煉、壓延加工等行業(yè)的各個生產(chǎn)工藝中[2，4]。其主要產(chǎn)生工藝階段有：(1)有色金屬礦物采選分離過程——金屬礦物的破碎、濕磨、洗選等;(2)濕法冶金生產(chǎn)工藝過程——金屬離子的溶解、浸提、離子交換、萃取、電沉積過程;(3)金屬加工行業(yè)——酸洗、鍍膜等表面處理工序。

　　有色金屬采選冶加工過程中，各個生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)產(chǎn)生金屬污染物的成分差別大，水質(zhì)水量波動范圍廣，無機懸浮物含量高，不同生產(chǎn)工藝廢水的pH值變化范圍大，污染物種類繁多[5]。其中，重金屬污染物屬于對生物毒害作用特別強的一類污染物，如Hg、Cd、Cu、Pb、Zn、Ni、Mn、As、Co、Cr等，過量排放進入水體及生態(tài)環(huán)境中，經(jīng)過動植物的吸收后具有較強的生物積累作用、生物致畸性、致癌性和致基因突變性等，造成各種危害[6-7]。極易引發(fā)群體性公共環(huán)境衛(wèi)生污染事件的發(fā)生，如19世紀50年代發(fā)生在日本的水體中Hg含量嚴重超標所導致的“水俁病事件”，日本富山市Cd污染造成的居民患骨痛病事件[8];墨西哥Santa Maria de La Paz有色金屬礦采選廢水中Cd、Pb、Zn等重金屬超標導致的居民大量脫發(fā)事件[9];2010年7月紫金礦業(yè)銅污染廢水滲漏排污引發(fā)汀江水域嚴重污染所造成的魚類大量死亡[10];近年來發(fā)生于湖南安化的Cd污染導致新生兒畸形、河南沈丘Cd、As污染導致的癌癥高發(fā)、廣西龍江Cd污染引發(fā)植物、魚蝦大量死亡及威脅居民用水安全等等事件[11-12]。因此，有色金屬工業(yè)廢水中各類金屬污染物對水體、環(huán)境和人類生存健康有著極大的毒害作用，亟需采用高效、綠色環(huán)保的工藝方法對其進行處理，實現(xiàn)有色金屬工藝健康可持續(xù)發(fā)展。

　　1.2 有色金屬工業(yè)廢水的常見處理方法及其優(yōu)缺點

　　近年來，國內(nèi)外學者對有色金屬工業(yè)廢水處理開展了大量工作。有色金屬工業(yè)廢水中金屬污染物的分離去除方法主要包括化學法、生物法、物理化學法等。

　　化學法處理有色金屬工業(yè)廢水中金屬污染物的相應工藝主要包括：化學沉淀法、化學氧化法、電化學法和離子交換法等。其中，以化學沉淀法最為常見，主要包括：(1)采用NaOH、KOH、Ca(OH)2、NH4OH等各類堿性物質(zhì)的中和沉淀工藝[13-14];(2)采用Na2S、H2S等硫化藥劑的硫化沉淀工藝[15];(3)鐵氧體沉淀工藝以及螯合沉淀工藝等[16-17]。根據(jù)相關(guān)文獻報道綜合分析可知，化學沉淀法對于水溶液中金屬污染物具有較高的沉淀去除效率。但是沉淀藥劑的大量使用會使處理的經(jīng)濟成本過高，同時會產(chǎn)生較多化學性質(zhì)不穩(wěn)定的沉渣，對其不當處置后隨著環(huán)境溫度、溶液pH條件的變化，極易造成有害金屬再次溶出，引發(fā)二次污染、沉淀過程時間長等缺點[18-19]。

　　化學氧化還原法處理有色金屬工業(yè)廢水中金屬離子，通常是向其中加入氧化還原藥劑，一系列氧化還原反應的發(fā)生會使水體中金屬離子轉(zhuǎn)化為更易生成沉淀或毒性較小的化合價態(tài)，然后再結(jié)合化學沉淀工藝進行去除。該方法通常屬于重金屬廢水的預處理工藝。例如廢水溶液中毒性較大的Cr6+可通過納米零價鐵將其轉(zhuǎn)化為低毒性的Cr3+后，再結(jié)合后續(xù)沉淀工藝將其脫除，實現(xiàn)水質(zhì)凈化[20]。由此可知，化學氧化法通常是適用于高低價態(tài)金屬離子轉(zhuǎn)換后進一步結(jié)合其他工藝方法進行的預處理方法，其適用于特定化學反應體系中高低價態(tài)離子的轉(zhuǎn)化處理，針對對象相對單一，需后續(xù)與其他工藝方法聯(lián)合使用，且對于反應過程中溶液化學條件要求苛刻。

　　電化學方法處理有色金屬工業(yè)廢水的工藝通常包括電解法[21]、電絮凝法[22]、電滲析法[23]等。電化學法對溶液中金屬離子的處理效果十分高效，對不同離子濃度溶液廢水的適用性廣，而且該方法無需添加其他化學試劑，無二次污染風險。但是隨著反應的逐漸進行，原溶液中金屬離子濃度的下降會明顯增大溶液電阻率，進而引起耗電量的增加。故電解法并不適用于低濃度重金屬廢水的處理。

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