[发明专利]一种应用双极膜电渗析处理铜矿石冶炼废渣的方法

说明书

本发明公开了一种应用双极膜电渗析处理铜矿石冶炼废渣的方法，将电解槽与阴阳离子交换膜、双极膜相结合，以钌铱钛板为电极组成双极膜电渗析装置，首先利用双极膜电渗析装置的产H⁺性能，让废渣处于强酸性环境中，使得废渣中的重金属从废渣中游离出来；然后利用固液分离装置，将废渣的固相部分和液相部分进行分离，即将废渣中的残渣和酸性重金属溶液进行分离；最后利用双极膜电渗析对分离的上清液即酸性重金属溶液中的重金属进行去除。采用本发明方法，废渣处理的总时长为90~100，所有的重金属去除率可达到90%以上，步骤C处理单元为2~5单元时，可减少能耗30%~50%，提升电流效率40%~60%，节约成本。

技术领域

本发明涉及一种铜矿石冶炼废渣的处理技术领域，具体涉及一种应用双极膜电渗析处理铜矿石冶炼废渣的方法。

背景技术

铜具有优良的延展性和导热性，被广泛应用于电气、建筑、国防、机械制造等领域。如今，中国已成为世界第二大经济体和铜需求量最大的国家，为了满足日益增长的铜需求，需要开采铜矿来获得所需的铜。湿法冶金炼铜具有能耗和成本低、环境污染小等优点，常被用于提取低品位铜矿石中的铜(中国铜矿石储量中低品位占56％)。但是在铜矿石湿法冶金的过程中会产生大量的废渣，这些废渣成分复杂，富含大量的重金属离子和有毒有害物质，且废渣颗粒较小易形成扬尘。如果这些废渣没有经过有效的处理而直接排放，最终将对环境生态系统、生物生存及人类健康构成极大的风险。

目前，废渣的处理方式有回填与复垦、提取有价金属、制备功能化材料、生产建筑材料等，但都存在无法避免的缺点。回填与复垦可以有效的降低矿区塌陷和滑坡风险，但回填后的废渣对环境存在二次污染风险、复垦后废渣中的重金属等有害物质仍然会影响动植物、微生物的生存。提取有价金属可以有效降低废渣中重金属对生态环境的危害、可以资源化及产生经济价值，但是此法适用于富含有价金属的尾矿废渣，不具有普遍适用性。用废渣制备功能化材料可以有效提高材料的功能性、产生社会经济价值，但是尾矿废渣需求量小、利用率低。用废渣生产建筑材料可以有效的降低环境中尾矿废渣的贮存量，但是在资源化的过程中会产生大气污染。这些方法的应用存在二次污染、成本高、运行周期长、资源浪费等问题。所以，有必要研发一种绿色环保处理废渣的工艺。

电渗析(ED)法是一种膜分离技术，其利用电位差为驱动力，使污染物中的阴阳离子在电场力作用下分别通过具有选择透过性的阴阳离子膜，从而实现溶液的淡化、提纯、精制及浓缩等目的。双极膜(BPM)是一种新型的离子交换膜，其主要由阳离子交换膜层、阴离子交换膜层以及中间界面层组成，其最大的特点是在外加电场的作用下，中间界面层中的水可解离为H⁺和OH^-，且其水解电压仅为0.828V，远小于电极水解电压2.057V。近年来，双极膜与电渗析相结合的方法(双极膜电渗析，BMED)在酸碱回收领域得到了广泛的应用，同时，随着双极膜技术的发展，BMED技术在化工行业、污染控制与能源行业等领域亦得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于设计一种节能、绿色环保、高效的应用双极膜电渗析处理铜矿石冶炼废渣的方法，实现废渣的无害化及资源化利用。

为实现本发明的目的而采用的技术方案是：将电解槽与阴阳离子交换膜、双极膜相结合，以钌铱钛板为电极组成双极膜电渗析装置，对铜矿石冶炼废渣进行处理，包括以下步骤：A废渣重金属浸出：利用双极膜电渗析装置的产H⁺性能，让废渣处于强酸性环境中，使得废渣中的重金属从废渣中游离出来；B残渣和溶液分离：利用固液分离装置，将废渣的固相部分(残渣)和液相部分(酸性重金属溶液)进行分离；C酸性重金属溶液(上清液)处理：利用双极膜电渗析对分离的上清液中的重金属进行去除。