大宗工业固废赤泥与低品位硫铁矿的协同处置研究

• 作 者: 张开
• 出 处: 昆明理工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 赤泥 低品位硫铁矿 大宗工业固废 协同处置

氧化铝生产工艺中所排放的大宗工业固废赤泥具有碱性强、碱组分复杂的特点。硫铁矿常伴生于有色金属硫化矿及煤矿,因其品位低、综合利用难度大而在矿山采选过程中大量废弃,其在自然环境中被风化氧化而释放大量硫酸等危害物。赤泥及低品位硫铁矿的堆存不仅占用土地,而且还造成地下水、土壤污染。本研究针对赤泥含碱及硫铁矿产酸的特性,提出碱性赤泥与硫铁矿产酸的协同中和处理的思路。即分析赤泥淋滤过程中游离碱与化学结合碱的释放规律,优化低品位硫铁矿的产酸环境条件,实现赤泥脱碱与低品位硫铁矿脱酸的稳定化处理处置,并为两者的土壤化利用奠定基础。赤泥中的碱物质以结合碱为主,其中游离碱含量约为3.59×10^-3 mmol/g,结合碱含量约为0.261 mmol/g。在超纯水淋滤过程中,以游离碱的溶出为主,Na⁺、K⁺的溶出量分别为5.1×10^-3 mmol/g和0.34×10^-3 mmol/g,化学结合碱溶出滞缓。在盐酸淋滤过程中,游离碱与结合碱同步溶出;前10 h内,Na⁺大量快速溶出,溶出量约为0.69 mmol/g;Na⁺、K⁺和Mg²⁺首先从赤泥中溶出,受离子半径和离子电荷的影响,Ca²⁺在10h后开始溶出。在硫酸淋滤过程中,前10 h内,Na⁺也是大量快速溶出,溶出量约为0.79 mmol/g;Ca²⁺在18 h后开始溶出,除离子半径和离子电荷的影响之外,SO₄^2-与Ca²⁺结合生成微溶的Ca SO₄导致Ca²⁺的溶出时间晚于盐酸淋滤过程。通过酸性矿山废水筛选富集出了以氧化亚铁硫杆菌,物种丰度约为50%,能显著提高低品位硫铁矿的产酸量和还原态硫转化率。氧化亚铁硫杆菌对低品位硫铁矿氧化产酸的最优条件为:初始p H为2.00,矿石投加量为10 g/L（矿石过100目筛）,菌液浓度为15%（菌液个数为1.68×10⁸ CFU/m L）,H⁺的产量约为0.9mmol/g,低价还原态硫的转化率约为53.7%。氧化过程中的ORP维持在500 m V左右,可保持较好的微生物活性。硫铁矿生物氧化酸性浸出液对赤泥的碱中和协同处置实验表明,酸性生物浸出液对赤泥有较好的中和脱碱作用,酸性浸出液中的SO₄^2-与赤泥中的Ca²⁺结合形成微溶的硫酸钙,而Fe³⁺在处理过程中以水解产生H⁺的形式参与脱碱,导致SO₄^2-和Fe³⁺向赤泥中迁移。当低品位硫铁矿的还原态硫含量为1.41%时,处理低品位硫铁矿与赤泥的质量比为7:100,Na⁺的去除率约为97.3%,可实现大宗工业固废的赤泥脱碱与低品位硫铁矿脱酸,且生化淋滤脱碱后的赤泥无返碱效应,效果稳定。