离子浮选法处理有色金属工业废水研究进展

　　摘 要：采用绿色高效的工艺方法实现有色金属工业废水中金属污染物的高效分离和水质净化具有重要的科学意义和工程应用价值。本研究首先对我国有色金属工业废水的排放特征、来源与危害进行了分析;其次对有色金属工业废水的各类常见处理方法的原理、应用、优缺点进行了归纳总结;最后重点研究了离子沉淀浮选法的原理、起源、发展现状等，分析总结了离子沉淀浮选法应用于Cu2+、Pb2+、Zn2+有色金属工业废水中金属污染物脱除和水质净化分离的优势，在金属污染物的选择性富集、分离效率和工艺设备操作易用性方面具有显著优势。因此，对于有色金属工业废水的净化处理而言，离子浮选工艺有着很好的应用前景。

　　关键词：有色金属;废水处理;离子浮选

　　有色金属采选冶加工工业支撑着我国工业体系的健康发展，具有重要的战略意义。但随着产业升级和一系列环保要求的提高，有色金属工业中“三废”处理不当所带来的环保与民生问题愈发明显，其中废水排放造成的环境污染问题已成为近些年重点治理的对象。2018年我国有色金属采选冶炼加工工业废水排放量已超过7亿t/a，属于工业废水排放量较高的行业[1-3]。未经过有效处理的有色金属废水不仅降低工业用水循环与回收利用率，其不当排放还会引发水体污染、影响生态稳定与环境系统安全。因此研发绿色高效、低成本的有色金属工业废水处理技术，对我国有色金属工业的健康发展与生态环境和谐具有重要意义。

　　1 有色金属工业废水处理现状

　　1.1 有色金属工业废水的来源、特征及危害

　　我国工业体量规模大，随之产生的废水排放量也十分巨大，近年来我国废水排放总量及工业废水排放量的变化如图1所示。

　　图1中数据表明：我国废水排放总量在2015年之前逐年增加，之后又有一定程度的降低;而随着环保政策的提升和相关产业升级改造的进行，工业废水排放量呈现逐年减少的变化趋势。尽管如此，2018年我国工业废水的排放总量仍然在181.3亿t，其中，有色金属工业废水排放量超过7亿t/a。

　　大体量的有色金属工业废水主要来自有色金属矿山采选、金属冶炼、压延加工等行业的各个生产工艺中[2，4]。其主要产生工艺阶段有：(1)有色金属矿物采选分离过程——金属矿物的破碎、湿磨、洗选等;(2)湿法冶金生产工艺过程——金属离子的溶解、浸提、离子交换、萃取、电沉积过程;(3)金属加工行业——酸洗、镀膜等表面处理工序。

　　有色金属采选冶加工过程中，各个生产工艺环节产生金属污染物的成分差别大，水质水量波动范围广，无机悬浮物含量高，不同生产工艺废水的pH值变化范围大，污染物种类繁多[5]。其中，重金属污染物属于对生物毒害作用特别强的一类污染物，如Hg、Cd、Cu、Pb、Zn、Ni、Mn、As、Co、Cr等，过量排放进入水体及生态环境中，经过动植物的吸收后具有较强的生物积累作用、生物致畸性、致癌性和致基因突变性等，造成各种危害[6-7]。极易引发群体性公共环境卫生污染事件的发生，如19世纪50年代发生在日本的水体中Hg含量严重超标所导致的“水俣病事件”，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有色金属矿采选废水中Cd、Pb、Zn等重金属超标导致的居民大量脱发事件[9];2010年7月紫金矿业铜污染废水渗漏排污引发汀江水域严重污染所造成的鱼类大量死亡[10];近年来发生于湖南安化的Cd污染导致新生儿畸形、河南沈丘Cd、As污染导致的癌症高发、广西龙江Cd污染引发植物、鱼虾大量死亡及威胁居民用水安全等等事件[11-12]。因此，有色金属工业废水中各类金属污染物对水体、环境和人类生存健康有着极大的毒害作用，亟需采用高效、绿色环保的工艺方法对其进行处理，实现有色金属工艺健康可持续发展。

　　1.2 有色金属工业废水的常见处理方法及其优缺点

　　近年来，国内外学者对有色金属工业废水处理开展了大量工作。有色金属工业废水中金属污染物的分离去除方法主要包括化学法、生物法、物理化学法等。

　　化学法处理有色金属工业废水中金属污染物的相应工艺主要包括：化学沉淀法、化学氧化法、电化学法和离子交换法等。其中，以化学沉淀法最为常见，主要包括：(1)采用NaOH、KOH、Ca(OH)2、NH4OH等各类碱性物质的中和沉淀工艺[13-14];(2)采用Na2S、H2S等硫化药剂的硫化沉淀工艺[15];(3)铁氧体沉淀工艺以及螯合沉淀工艺等[16-17]。根据相关文献报道综合分析可知，化学沉淀法对于水溶液中金属污染物具有较高的沉淀去除效率。但是沉淀药剂的大量使用会使处理的经济成本过高，同时会产生较多化学性质不稳定的沉渣，对其不当处置后随着环境温度、溶液pH条件的变化，极易造成有害金属再次溶出，引发二次污染、沉淀过程时间长等缺点[18-19]。

　　化学氧化还原法处理有色金属工业废水中金属离子，通常是向其中加入氧化还原药剂，一系列氧化还原反应的发生会使水体中金属离子转化为更易生成沉淀或毒性较小的化合价态，然后再结合化学沉淀工艺进行去除。该方法通常属于重金属废水的预处理工艺。例如废水溶液中毒性较大的Cr6+可通过纳米零价铁将其转化为低毒性的Cr3+后，再结合后续沉淀工艺将其脱除，实现水质净化[20]。由此可知，化学氧化法通常是适用于高低价态金属离子转换后进一步结合其他工艺方法进行的预处理方法，其适用于特定化学反应体系中高低价态离子的转化处理，针对对象相对单一，需后续与其他工艺方法联合使用，且对于反应过程中溶液化学条件要求苛刻。

　　电化学方法处理有色金属工业废水的工艺通常包括電解法[21]、电絮凝法[22]、电渗析法[23]等。电化学法对溶液中金属离子的处理效果十分高效，对不同离子浓度溶液废水的适用性广，而且该方法无需添加其他化学试剂，无二次污染风险。但是随着反应的逐渐进行，原溶液中金属离子浓度的下降会明显增大溶液电阻率，进而引起耗电量的增加。故电解法并不适用于低浓度重金属废水的处理。

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