MVR技术在钴镍湿法冶炼废水处理中的应用叶正茂

广东化工2017年第23期·94·技术在钴镍湿法冶炼废水处理中的应用叶正茂，赵文龙，舒均明(衢州华友钴新材料有限公司，浙江衢州324000)[摘要]钴、镍湿法冶炼过程中，溶剂萃取法净化除杂是最成熟的方法。在氨水皂化时产生大量的硫酸铵废水，其主要污染物为高浓度氨氮、金属离子，有机悬浮物等。通过机械式蒸汽再压缩技术(MVR)对产出的废水进行蒸发结晶处理，达到废水零排放要求。工程实践表明，MVR技术在钴镍湿法冶金废水处理中的应用设备运行可靠、能耗低，为钴镍等有色金属的湿法冶炼废水处理提供了新的途径。[关键词]MVR；湿法冶金；蒸发结晶[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2017)23-0094-02ApplicationofMVRTechnologyinCobaltandNickelHydroMetallurgicalWasteWaterTreatmentYeZhengmao,ZhaoWenlong,ShuJunming(QuzhouHuayouCobaltNewMaterialsCo.,Ltd.,Quzhou324000,China)Abstract:Inhydrometallurgicalprocessofcobaltandnickel,thesolventextractionisthemostefficientmethodforimpurityremoval.Alargeamountofammoniumsulfatewastewaterisproducedbysaponifyingmethodwithammoniaandthemainpollutionsourcesincludehighammoniaconcentration,metalionsandorganicsuspendedsolids.Theammoniumsulfatewastewaterisevaporatedandcrystallizedbymechanicalvaporrecompressiontechnology,whichhasrealizedzerodischarge.EngineeringpracticesshowsthattheapplicationofMVRtechnologyisoflowenergyconsumptionandreliableinprocessofcobaltandnickelhydrometallurgywastewater,whichprovidesanewwayofcobaltandnickelhydrometallurgywastewatertreatment.Keywords:MVR；hydrometallurgical；evaporationcrystallization钴、镍湿法冶金过程中产生大量高COD和金属离子的硫酸铵废水，国内较为先进的硫酸铵废水处理工艺为：通过前期的预处理，尽可能除去COD和金属离子，对硫酸铵溶液进行净化。净化后的硫酸铵溶液通常再用蒸发浓缩的形式进行处理，其中多效蒸发结晶方式较为普遍[1-2]。然而，多效蒸发结晶的高能耗使得企业的负担加重，因此寻找一种低成本、高效节能的蒸发结晶技术显得非常迫切。MVR技术即机械式蒸汽再压缩技术，其工作原理为将低温低压的二次此蒸汽经过压缩机压缩后，温度和压力提高，蒸汽热焓增加[3-4]，作为热源重新进入蒸发器进行换热蒸发，整个蒸发过程不再需要补充新鲜蒸汽，压缩机只要提供少量的电能就能实现二次蒸汽的循环利用，达到节能的效果。1MVR工作原理MVR装置是整个废水处理系统的核心部分，MVR技术是将蒸发器产出的二次蒸汽用机械方式再压缩，提高其温度和压力，使得二次蒸汽的热焓增加，然后再送回蒸发器的加热室作为热源重新使用，使料液维持在沸腾状态，而加热蒸汽本身冷凝成冷凝水；相比多效蒸发技术，MVR技术将全部的二次蒸汽压缩回用，回收了二次蒸汽的潜热，所以比多效蒸发更加节能。传统的多效蒸发以新鲜蒸汽作为热源，蒸汽通过上一效的蒸发器后，产出的二次蒸汽作为下一效的热源进入下一效蒸发器，直到通过最后一效的冷凝器冷凝成冷凝水排出。多效蒸发器中的某以效的二次蒸汽不能直接作为本效的热源，只能作为次效或者次几效的热源，首效热源必须额外提供。一定程度上增加效数可以起到节能的效果，但是由于工艺原理没有发生变化，仅仅是通过增加蒸发器数量，仍然需要源源不断的消耗新鲜蒸汽。增加效数的同时，也使得整个蒸发系统更加复杂，设备投资成本相应提高，并不能从根本上高成本运行的问题。下表为采用MVR蒸发技术和多效蒸发技术的能耗对比，见表1。表1MVR技术与多效能耗对比Tab.1ComparisonofenergyconsumptionbetweenMVRandmulti-effectevaporation序号三效四效MVR蒸汽能耗0.4t0.3t≈0t电耗≈15kwh≈15kwh20~60kWh运行成本≈81元≈63元12~36元能耗优势：若生蒸汽以180元/t计，电费以0.6元/度计算，则三效蒸发一吨水的成本在81元左右；四效蒸发一吨水的成本在63元之间，而MVR的成本在12~36元之间。一年工作以7200h计算，MVR技术相比三效蒸发可节省32.4~49.6万元，相比四效蒸发可节省19.4~36.7万元。因此尽管MVR技术的前期投资成本比传统的蒸发技术高很多，但是在运行过程中能较快的回收成本，一般的周期为1~2年。操作优势：全系统可以做成组态控制，整个系统可实现完全的自动化，确保系统内主要参数的稳定运行；同时可调节压缩机的抽气能力和压缩比，对于晶体生长和质量控制创造有利条件。2MVR在钴镍湿法冶金废水行业中的应用2.1废水预处理钴、镍湿法冶金萃取除杂过程中，采用氨水皂化工艺产生大量的硫酸铵废水。该废水中除了含有一定浓度的钴、镍等金属离子外，还含有高浓度的COD，如果直接进入蒸发系统，不仅会大大增加蒸发系统的运行成本，而且由于杂质富集速度快，容易造成产出的冷凝水水质不合格以及固体盐产品不达标，影响下游工序的使用和销售。传统的处理过程为预处理加多效蒸发结晶技术，其中预处理一般采用树脂除重金属钴、镍，树脂吸附饱和后利用硫酸和氨水进行反洗，反洗后液返回萃取系统进行重金属的再回收。重金属处理达标后，采用多介质过滤方式处理COD，确保进入蒸发系统的水质合格。废水进入MVR蒸发系统后，在系统内进行蒸发、浓缩和结晶。产出的冷凝水通过膜处理达标排放或者回收，产出的盐则进行外售。下图1为废水处理的流程示意图。图1废水处理流程图Fig.1Theprocessflowofwastewatertreatment[收稿日期]2017-09-25[作者简介]叶正茂(1987-)，男，衢州人，硕士研究生，主要研究方向废水处理。2017年第23期广东化工第44卷总第361期·95·2.2MVR蒸发结晶工艺流程经过预处理的硫酸铵废水经过热交换器后与系统产出的冷凝水进行换热，达到设定温度后进入蒸发器蒸发。进入MVR蒸发器的废水经过轴流泵进入蒸发器的换热列管内进行换热，产生的二次蒸汽经过气液分离和除沫洗气候进入压缩机压缩升温。蒸汽热交换后产出的冷凝水汇集至冷凝水桶，通过冷凝水泵与废水进行换热，随后外排至冷凝水槽。蒸发、浓缩后的废水达到饱和浓度后，进入盐浆桶和增稠器进行冷却结晶，最后通过离心脱水分离，母液返回系统继续蒸发浓缩。离心脱水后的产品根据需要进行干燥，最后包装。2.3蒸发结晶系统的选材经过除重金属、除COD的硫酸铵废水中含有一定的氯离子，对设备存在一定的腐蚀性；同时蒸发浓缩的过程也是杂质富集的过程，因此对于末效出盐必须选用钛材，以确保系统中富集的氯离子等对设备产生的腐蚀。对于首效，则可选用316L或者2205复合材质2.4MVR系统经济性分析。以55t/h的废水处理量，即50t/h的蒸发量，全年运行330天计算，即一年处理废水39.6万方。经过预处理后，其废水中含有硫酸铵(90~120g/L)、Cl-(0.5~1g/L)、Na+(0.1~0.5g/L)、pH(5~7)、油(2~10mg/L)。按照浙江地区蒸汽价格180元/吨，电价0.6元/度计算；则采用MVR蒸发技术，全年所需的电耗价格为950.4万元。若采用四效蒸发(蒸汽能耗按照0.4计)，不考虑电耗和循环水的消耗，全年所需蒸汽总费用为2851.2万元。则采用MVR技术的企业，每年可节省运行费用为2851.2-950.4=1900.8万元，节省66.7%。结合投资费用，预计1.5年左右时间可回收投资成本。3结论与多效蒸发相比，采用MVR技术处理钴、镍等湿法冶金过程中产出的硫酸铵废水具有明显的成本优势和技术优势。相比四效蒸发，一套蒸发量50t/h的MVR废水处理系统，年运行费用可节省66.7%，企业效益和社会效益非常显著。钴镍湿法冶炼过程中产出的废水通过预处理和MVR蒸发结晶技术，可以达到废水的零排放，同时设备运行稳定、能耗低，为该行业废水处理提供了新思路和新方法。参考文献[1]丁润发．三效热泵蒸发工艺在含氨废水处理中的应用及经济分析[J]．广东化工，2006，33(5)：86-87．[2]邢小霞．多效蒸发器、连续结晶器在硫酸铵生产中的应用分析[J]．化工管理，2015(3)：165．[3]焦冬生．机械压汽蒸馏海水淡化系统的可用能分析[J]．太阳能学报，2008，29(10)：1197-1203．[4]朱天松．机械蒸汽再压缩(MVR)技术在淡盐水浓缩中的应用[J]．苏盐科技，2013(4)：12-14．(本文文献格式：叶正茂，赵文龙，舒均明．MVR技术在钴镍湿法冶炼废水处理中的应用[J]．广东化工，2017，44(23)：94-95)~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(上接第82页)[22]SunZH，RongZM，WangY，etal．SelectivehydrogenationofcinnamaldehydeoverPtnanoparticlesdepositedonreducedgrapheneoxide[J]．RSCAdvances，2014，4：1874-1878．[23]ShiJJ，NieRF．SelectivehydrogenationofcinnamaldehydeoverreducedgrapheneoxidesupportedPtcatalyst[J]．CatalysisCommunications，2013，41：101-105．[24]刘平，武梦瑶，常婉亭，等．高分散Pd/氧化石墨烯催化肉桂醛选择加氢[J]．常州大学学报，2015，27：19-24．(本文文献格式：陈社云，纵朝阳，张立洁，等．石墨烯及其衍生物在催化有机合成上的新进展[J]．广东化工，2017，44(23)：80-82)~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(上接第87页)[25]刘勇，王成军，刘华，等．铅同位素解析技术在工业园污染溯源中的应用[J]．环境工程学报，2015(6)：3031-3036．[26]KleinmanM，PasternackB，EisenbudM，etal．Identifyingandestimatingtherelativeimportanceofsourcesofairborneparticulates[J]．EnvironmentalScienceandTechnology，1980，14(1)：62-65．[27]MorandiM，DaiseyJ，LioyP．Developmentofamo