一種採礦廢水中重金屬元素的分離方法與流程
2023-06-30 04:17:41 3
本發明屬於採礦廢水處理技術領域，具體涉及一種採礦廢水中重金屬元素的分離方法。
背景技術：
礦井水主要由伴隨礦井開採而產生的地表滲透水、巖石孔隙水、礦坑水、地下含水層的疏放水、以及井下生產防塵、灌漿、充填汙水,選礦廠和洗煤廠汙水是礦山廢水的主要來源。通常,礦井水pH值在7～8之間,屬弱鹼性。地下開採尤其是水力採煤、水沙充填採礦法排放的汙水是不可忽視的。據統計,若不考慮回水利用,每產1t礦石,廢水排放量為1m3左右;生產1t原煤約從井下排出廢水0.5～10m3不等,最高可達60m3。而且有些礦山關閉後,還會有大量的廢水繼續汙染礦區環境。並且礦山廢水引起的影響範圍遠遠超出礦區本身。
礦井水汙染可分為礦物汙染、有機物汙染和細菌汙染。在某些礦山中還存在放射性物質汙染和熱汙染。礦物汙染有砂、泥顆粒、礦物雜質、粉塵、溶解鹽、酸和鹼等;有機物汙染有煤炭顆粒、油脂、生物生命代謝產物、木材及其它物質的氧化分解產物。以及受開採、運輸過程中散落的粉礦、煤粉、巖粉及伴生礦物的汙染,水體呈灰黑色、渾濁、水面浮有油膜,並散發少量的腥臭、油腥味。水質分析檢驗結果,化學耗氧量大,細菌總數和大腸菌群含量大,如未加處理,任其長期外排,對環境會產生一定的不良影響。
現有技術中的各種方法，由於大量的鐵也同時浸出進入浸出液，後序的除鐵過程將導致鈷、銅的損失，直接影響鈷、銅的回收率。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種採礦廢水中重金屬元素的分離方法，
本發明採取的技術方案為：
一種採礦廢水中重金屬元素的分離方法，其特徵在於，具體包括以下步驟：
（1）酸浸溶解：按採礦石渣（㎏）：酸（L）=1：3的比例混合，將濃度為0.6mol/L 的硫酸溶液加入到料漿中，加熱至80℃-90℃，攪拌6-7h，冷卻靜置澄清3h，虹吸上清液合併得到含重金屬元素的溶液；
（2）電化學溶解：向上述中添加粒度為0.8-3.5cm的導電碳顆粒混合，將混合物料放入電解槽內，以碳鋼為陰極，以鈦板為陽極，以濃度為0.5mol/L的硫酸銅溶液為電解液進行電化學溶解；
（3）製備磷酸鐵：向電化學溶解液中滴加磷酸鹽，直至不出現固體為止，通過減壓過濾裝置進行過濾得到磷酸鐵；
（4）制釩萃取液：向步驟（3）過濾得到的濾液中滴加硫酸調整氧化還原電位為-120~-140mV ，pH值為4-5，向混合液中添加2-4%的萃取劑，得到釩飽和有機相和萃取釩後的萃餘水；
（5）脫鉛：將步驟（4）中的萃餘水置於真空條件下，以12℃ /min 的升溫速率，升溫至1200-1300℃，保溫40-50min，待壓力低於20Pa 時，停止加熱，待溫度降至100℃以下，關閉真空，其間，收集揮發物，冷凝得鉛合金。
進一步的，所述步驟（3）中磷酸鹽為磷酸鉀。
進一步的，所述步驟（3）中磷酸鹽沉澱的過程，通過硫酸控制pH值在3-4之間，磷酸鹽與鐵離子的摩爾比為1:0.8-0.9，磷酸鹽沉澱的溫度為55 ℃。
進一步的，所述步驟（4）中萃取劑為含有40%三脂肪胺的CP-150、M5640或N902。
本發明的有益效果為：
本發明先通過酸浸溶解的工藝步驟將採礦石渣中的重金屬元素進行吸附，將其與導電碳顆粒混合，可大大提高重金屬元素溶液的導電性，通過電化學電解，滴加磷酸鹽，將溶液中的鐵元素進行分離；用硫酸調整氧化還原電位和pH值後，能減少鉛和釩的損失並降低鉛的含量，有利於釩鉛分離，由於釩萃取能選擇性萃取釩，可有效的分離有機相和萃取釩後的萃餘水；利用真空蒸餾方法脫鉛，製備方法簡單，環境友好，工藝流程短，操作方便，經濟效益顯著，分離回收金屬效率高，脫去鉛和釩的採礦石渣中含釩量<100g/t、含鉛量<0.02% 。
具體實施方式
實施例1
一種採礦廢水中重金屬元素的分離方法，其特徵在於，具體包括以下步驟：
（1）酸浸溶解：按採礦石渣（㎏）：酸（L）=1：3的比例混合，將濃度為0.6mol/L 的硫酸溶液加入到料漿中，加熱至80℃，攪拌7h，冷卻靜置澄清3h，虹吸上清液合併得到含重金屬元素的溶液；
（2）電化學溶解：向上述中添加粒度為0.8-3.5cm的導電碳顆粒混合，將混合物料放入電解槽內，以碳鋼為陰極，以鈦板為陽極，以濃度為0.5mol/L的硫酸銅溶液為電解液進行電化學溶解；
（3）製備磷酸鐵：向電化學溶解液中滴加磷酸鉀，直至不出現固體為止，磷酸鹽沉澱的過程，通過硫酸控制pH值在3-4之間，磷酸鹽與鐵離子的摩爾比為1:0.8，磷酸鹽沉澱的溫度為55 ℃，通過減壓過濾裝置進行過濾得到磷酸鐵；
（4）制釩萃取液：向步驟（3）過濾得到的濾液中滴加硫酸調整氧化還原電位為-120mV ，pH值為4-5，向混合液中添加2%的含有40%三脂肪胺的CP-150萃取劑，得到釩飽和有機相和萃取釩後的萃餘水；
（5）脫鉛：將步驟（4）中的萃餘水置於真空條件下，以12℃ /min 的升溫速率，升溫至1200℃，保溫50min，待壓力低於20Pa 時，停止加熱，待溫度降至100℃以下，關閉真空，其間，收集揮發物，冷凝得鉛合金。
實施例2
一種採礦廢水中重金屬元素的分離方法，其特徵在於，具體包括以下步驟：
（1）酸浸溶解：按採礦石渣（㎏）：酸（L）=1：3的比例混合，將濃度為0.6mol/L 的硫酸溶液加入到料漿中，加熱至85℃，攪拌6.5h，冷卻靜置澄清3h，虹吸上清液合併得到含重金屬元素的溶液；
（2）電化學溶解：向上述中添加粒度為0.8-3.5cm的導電碳顆粒混合，將混合物料放入電解槽內，以碳鋼為陰極，以鈦板為陽極，以濃度為0.5mol/L的硫酸銅溶液為電解液進行電化學溶解；
（3）製備磷酸鐵：向電化學溶解液中滴加磷酸鉀，直至不出現固體為止，磷酸鹽沉澱的過程，通過硫酸控制pH值在3-4之間，磷酸鹽與鐵離子的摩爾比為1: 0.9，磷酸鹽沉澱的溫度為55 ℃，通過減壓過濾裝置進行過濾得到磷酸鐵；
（4）制釩萃取液：向步驟（3）過濾得到的濾液中滴加硫酸調整氧化還原電位為-130mV ，pH值為4-5，向混合液中添加3%的含有40%三脂肪胺的M5640萃取劑，得到釩飽和有機相和萃取釩後的萃餘水；
（5）脫鉛：將步驟（4）中的萃餘水置於真空條件下，以12℃ /min 的升溫速率，升溫至1300℃，保溫45min，待壓力低於20Pa 時，停止加熱，待溫度降至100℃以下，關閉真空，其間，收集揮發物，冷凝得鉛合金。
實施例3
一種採礦廢水中重金屬元素的分離方法，其特徵在於，具體包括以下步驟：
（1）酸浸溶解：按採礦石渣（㎏）：酸（L）=1：3的比例混合，將濃度為0.6mol/L 的硫酸溶液加入到料漿中，加熱至90℃，攪拌6h，冷卻靜置澄清3h，虹吸上清液合併得到含重金屬元素的溶液；
（2）電化學溶解：向上述中添加粒度為0.8-3.5cm的導電碳顆粒混合，將混合物料放入電解槽內，以碳鋼為陰極，以鈦板為陽極，以濃度為0.5mol/L的硫酸銅溶液為電解液進行電化學溶解；
（3）製備磷酸鐵：向電化學溶解液中滴加磷酸鉀，直至不出現固體為止，磷酸鹽沉澱的過程，通過硫酸控制pH值在3-4之間，磷酸鹽與鐵離子的摩爾比為1: 0.9，磷酸鹽沉澱的溫度為55 ℃，通過減壓過濾裝置進行過濾得到磷酸鐵；
（4）制釩萃取液：向步驟（3）過濾得到的濾液中滴加硫酸調整氧化還原電位為-120~-140mV ，pH值為4-5，向混合液中添加2-4%的含有40%三脂肪胺的N902萃取劑，得到釩飽和有機相和萃取釩後的萃餘水；
（5）脫鉛：將步驟（4）中的萃餘水置於真空條件下，以12℃ /min 的升溫速率，升溫至1300℃，保溫40min，待壓力低於20Pa 時，停止加熱，待溫度降至100℃以下，關閉真空，其間，收集揮發物，冷凝得鉛合金。
以上所述並非是對本發明的限制，應當指出：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明實質範圍的前提下，還可以做出若干變化、改型、添加或替換，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。