離子浮選法處理有色金屬工業廢水研究進展

　　摘 要：采用綠色高效的工藝方法實現有色金屬工業廢水中金屬污染物的高效分離和水質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廢水的各類常見處理方法的原理、應用、優缺點進行了歸納總結;最后重點研究了離子沉淀浮選法的原理、起源、發展現狀等，分析總結了離子沉淀浮選法應用于Cu2+、Pb2+、Zn2+有色金屬工業廢水中金屬污染物脫除和水質凈化分離的優勢，在金屬污染物的選擇性富集、分離效率和工藝設備操作易用性方面具有顯著優勢。因此，對于有色金屬工業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支撐著我國工業體系的健康發展，具有重要的戰略意義。但隨著產業升級和一系列環保要求的提高，有色金屬工業中“三廢”處理不當所帶來的環保與民生問題愈發明顯，其中廢水排放造成的環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廢水排放量已超過7億t/a，屬于工業廢水排放量較高的行業[1-3]。未經過有效處理的有色金屬廢水不僅降低工業用水循環與回收利用率，其不當排放還會引發水體污染、影響生態穩定與環境系統安全。因此研發綠色高效、低成本的有色金屬工業廢水處理技術，對我國有色金屬工業的健康發展與生態環境和諧具有重要意義。

　　1 有色金屬工業廢水處理現狀

　　1.1 有色金屬工業廢水的來源、特征及危害

　　我國工業體量規模大，隨之產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廢水排放量的變化如圖1所示。

　　圖1中數據表明：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;而隨著環保政策的提升和相關產業升級改造的進行，工業廢水排放量呈現逐年減少的變化趨勢。盡管如此，2018年我國工業廢水的排放總量仍然在181.3億t，其中，有色金屬工業廢水排放量超過7億t/a。

　　大體量的有色金屬工業廢水主要來自有色金屬礦山采選、金屬冶煉、壓延加工等行業的各個生產工藝中[2，4]。其主要產生工藝階段有：(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——酸洗、鍍膜等表面處理工序。

　　有色金屬采選冶加工過程中，各個生產工藝環節產生金屬污染物的成分差別大，水質水量波動范圍廣，無機懸浮物含量高，不同生產工藝廢水的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環境中，經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]。極易引發群體性公共環境衛生污染事件的發生，如19世紀50年代發生在日本的水體中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事件[9];2010年7月紫金礦業銅污染廢水滲漏排污引發汀江水域嚴重污染所造成的魚類大量死亡[10];近年來發生于湖南安化的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、廣西龍江Cd污染引發植物、魚蝦大量死亡及威脅居民用水安全等等事件[11-12]。因此，有色金屬工業廢水中各類金屬污染物對水體、環境和人類生存健康有著極大的毒害作用，亟需采用高效、綠色環保的工藝方法對其進行處理，實現有色金屬工藝健康可持續發展。

　　1.2 有色金屬工業廢水的常見處理方法及其優缺點

　　近年來，國內外學者對有色金屬工業廢水處理開展了大量工作。有色金屬工業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]。根據相關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濟成本過高，同時會產生較多化學性質不穩定的沉渣，對其不當處置后隨著環境溫度、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生會使水體中金屬離子轉化為更易生成沉淀或毒性較小的化合價態，然后再結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化為低毒性的Cr3+后，再結合后續沉淀工藝將其脫除，實現水質凈化[20]。由此可知，化學氧化法通常是適用于高低價態金屬離子轉換后進一步結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離子的轉化處理，針對對象相對單一，需后續與其他工藝方法聯合使用，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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