矿铜冶炼工厂重金属废水零排放技术路线

矿铜冶炼工厂重金属废水零排放技术路线
摘要：本文对从矿铜冶炼工厂中各重金属工艺废水及初期雨水水质进行研究，分析了污水零排放的可行性，并结合国家产业政策提出了分开清、浊循环冷却水系统，做到清、污分流，有效循序用水，节约新水用量，减少废水排放量以及对各工序产生的重金属废水和初期雨水进行归类处理、处置等多条废水零排放的技术路线，同时结合生产实际情况对矿铜冶炼废水零排放提出了建议。

关键词：矿铜；零排放技术；效果分析
中图分类号：o741+.2 文献标识码：a 文章编号：
1 矿铜冶炼工厂重金属废水的来源
1.1 冶炼烟气制酸污酸，占工厂重金属废水的80% 以上
污酸是冶炼烟气制酸流程中烟气湿法降温洗涤时开路出来的稀酸，由于烟气中含有重金属烟尘，通过湿法洗涤后，由气相转入液相，根据对某冶炼厂的监测，其污酸主要成分（mg/l）：cu 15，pb 152，zn 258，h2so4 6%～8 %。

1.2 熔炼渣和转炉吹炼渣冷却水
熔炼渣和转炉吹炼渣需用大量水进行直接喷水冷却。

因冷却水和熔体直接接触，因此含有溶解的重金属。

冲渣及渣缓冷水中的重金属含量 (mg/l)：cu 0.8，pb 1.7，zn 1.63，as 0.3，ph 7.04。

1.3 铜阳极板浇铸冷却水
铜阳极板在浇铸时需用大量水进行直接喷水冷却，铜阳极板浇铸冷却水中的重金属含量 (mg/l)：cu 1.41，pb 0.68，zn ＜ 0.1，
as 0.42，ph 7.29。

1.4 铜电解液净化处理蒸发浓缩冷凝水
铜电解液的净化处理工序采用蒸发浓缩和吊铜，此过程都会产生含硫酸雾及砷化氢的蒸汽。

因此，每天需要对该蒸汽冷凝液进行开路处置以保持循环冷凝液的酸度和金属离子的平衡，其铜电解液净化处理蒸发浓缩冷凝水中的重金属含量 (mg/l)：cu 58.13，pb 0.23，
zn 0.11，as 6.7，ph 值为 2.28。

1.5 化验室洗涤水
铜冶炼工厂化验室需化验大量的含铜、铅、锌及砷的试样，使用大量的酸、碱试剂，其化验残液及器皿的洗涤会带出重金属，其排水性质随每天样品数多少而变。

而且实验室洗涤水目前都不为人重视，其排放也没有得到相关重视，也成为废水一个重要的污染源。

1.6 道路冲洗及初期雨水
由于铜冶炼过程中存在原料运输、烟气收尘装置出灰及装运归仓等作业，因此不可避免地会因为扬尘或包装、密封不完好撒落在收尘装置附近区域和道路上。

这些灰尘和烟尘都含有重金属的盐或者氧化物，遇水溶解，通过道路冲洗或初期雨水而进入雨水管道。

道路冲洗及初期雨水中的重金属含量 (mg/l)：cu 1～5，pb 0.5，zn1～5，as ＜ 0.5，ph 5～5.6。

2 零排放技术路线
2.1 分开清、浊循环冷却水系统，做到清、污分流
铜冶炼过程中，根据工艺需求，需设置大量的循环水系统，这些循环水系统分间接和直接冷却设备和介质。

间接冷却是指通过传热设备间接冷却炉体、机械设备、工艺介质（循环酸）温度；直接冷却是将冷却水直接和被冷却介质（如阳极铜、炉渣等）接触。

清、浊循环冷却水系统应独立分开。

铜冶炼厂清循环冷却水系统通常包含7 个部分，分别为：1）熔炼炉体水套循环冷却水系统；2）硫酸阳极保护循环冷却水系统；3）硫酸净化稀酸循环冷却水系统；4）硫酸二氧化硫风机循环冷却水系统；5）熔炼高温排风机及动力风机循环冷却水系统；6）余热发电机组循环冷却水系统；7）铜电解整流器循环冷却水系统。

7 种循环冷却水系统应单独设置，并根据蒸发水量及水循环倍率适时补充新水和开路部分循环水，开路循环水（即二次利用水）应收集至二次利用水集水池，作为浊循环冷却水系统的补充水。

铜冶炼厂浊循环冷却水系统主要包含5个部分，分别为：1）烟气制酸净化工序稀酸循环冷却水系统；2）铜阳极板浇铸循环冷却水系统；3）熔炼渣冲渣循环冷却水系统；4）转炉渣缓冷循环冷却水系统；5）铜电解液净化蒸发浓缩循环冷却水系统。

浊循环冷却水系统除1）和5）外因和熔体直接接触，会蒸发大量的水，这些水主要由清循环的开路二次利用水来补充。

其中1）和5）系统因烟气和蒸汽的含水冷凝而盈余，排出部分污酸和废液进行处理。

2.2 做好循序用水，节约新水用量，减少废水排放量
循序用水就是按用水点对水质的要求，先将水供给水质要求高的
用水点，使用后直接或略加处理后再送给对水质要求低的用水点，达到节约用水，一水多用的目的。

铜冶炼过程中，清循环冷却水系统是对水质要求高的用水点，而浊循环冷却水系统是对水质要求低的用水点。

还有硫酸工艺用水、铜电解工艺用水、环境集烟脱硫工艺用水、道路冲洗用水、绿化用水等都为水质要求低的用水，因此，都可用清循环开路水进行二次利用。

2.3 归类处理、处置重金属废水
1)污酸及化验室废水,污酸及化验室废水酸度大，重金属含量高，是铜冶炼厂主要的重金属废水，其处理工艺过程复杂。

因此，不宜与其他废水（如道路冲洗水和初期雨水）混在一起处理。

否则，会增加不必要的处理成本，不能平衡中水利用而增加零排放难度。

其处理工艺流程如图1。

处理后水质符合《铜、镍、钴工业污染物排放标准》（gb25467-2010）中新建企业各污染物排放标准限值，即铜、镍、钴工业污染排放标准( 新建企业排放限值)(mg·l-1)：cu 0.5、pb 0.5、zn 1.0、as 0.5， ph 值为6～9.
图2 污酸处理后液处理工艺流程图
2）部分浊循环冷却水:铜阳极板冷却水、熔炼渣冲渣及吹炼渣缓冷冷却水实行闭路循环，不外排废水，只根据蒸发量补充二次利用水。

3）电解液净化蒸发浓缩冷凝水，其水质适应电解工艺用水，每天开路部分作为电解工艺用水。

4）道路冲洗及初期雨水首先，对于道路冲洗及初期雨水应分区单独收集并处理。

重点收集熔炼炉后收尘区域、硫酸区域、主要物流道路。

必须划小收集区域单元，设置收集池，每个收集池单独配泵，将收集雨水泵至初期雨水处理站，区域收集水量按15 毫米雨量计算。

其次，应当设置密闭收尘及卸尘装置，减少二次扬尘。

再次，初期雨水应单独处理。

常规的工程设计是将初期雨水和工艺废水混合在一起进行处理，但对于铜冶炼工厂来说，这种设施存在很大的弊端，原因是初期雨水的特点是水量大，成分简单，重金属含量低，ph 值接近中性，只需投加少量的碱中和沉淀即可达到
gb25467-2010 排放标准，处理成本低，中水回用适应面广。

而工艺废水（主要是污酸和化验室废水）成分复杂，酸度大，含砷及重金属高，处理工艺复杂，药剂投加量大，处理成本高。

如果将这两种废水混在一起处理，势必增加处理成本，并且中水回用困难。

2.4 重金属中水回用方案
要实现矿铜冶炼工厂重金属废水零排放，就必须实现重金属中水全部回用。

其关键工作要做到清污分流，雨污分流，严格控制重金属废水产生量，平衡重金属中水产生量和利用量。

3 零排放技术路线实施后的效果分析
零排放方案实施后，以单条生产线年产10 万吨矿铜为例，通过清、浊循环冷却水系统的分开和循序用水措施，可节约新水用量1381 吨/日；直接利用含重金属的铜电解液净化蒸发浓缩冷凝水30 吨/ 日；通过对重金属中水回用，全部利用污酸及化验室废水处理
后中水359吨/日，雨天利用道路冲洗及初期雨水处理后中水1022吨/日。

根据全系统用水平衡，完全可以做到重金属废水零排放。

每天只排放不含重金属的二次利用水盈余的清下水95吨。

4 结语
矿铜冶炼工厂重金属废水零排放势在必行，但要做好这项工作，要从做好工厂用水平衡开始，实行清污分流、雨污分流、独立设置清循环水系统和浊循环水系统，做好循序用水，减少重金属废水产生量；重点做好污酸和初期雨水的收集处理，达标后的中水尽量分类用作工艺补充水和高温熔体（冲渣和阳极板浇铸、熔炼冲渣及吹炼渣）冷却用水。

这些工作是零排放的保证措施。

要更彻底地做好铜冶炼工厂重金属废水零排放，就必须减少中水中的含盐量。