株冶锌电解系统净化回用水水质指标研究

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我国存在严重的水资源危机,尤其是作为六大高耗水行业之一的有色行业,工业用水量大、水循环利用率低且浪费严重,与先进国家相比要落后15~20年。因此,提高有色工业用水的重复利用率在我国具有十分重要的意义。然而,目前针对有色行业生产工艺用水水质指标的研究国内外还处于一片空白状态,因此本研究旨在建立有色行业生产工艺用水水质指标体系,为实现净化水在该行业中的全面回用提供重要的技术支撑。 针对有色行业水回用率低的问题开展了典型铅锌冶炼企业——株冶的给排水现状调研,建立了株冶的给排水平衡。通过分析关键用水工序中水的传导作用,确定株冶的主要生产水用水工序为锌电解工序。 建立了锌电积过程具体的考核指标,并采用交流单电桥法和模拟电解法研究了净化水中阳离子对锌电积过程的影响。结果表明:净化水中各种金属杂质的存在即使浓度很低也会降低锌电解液的电导率;若金属杂质的浓度增大,锌电解液的电导率将进一步减小;当温度为40℃时,净化水中Na+和Ca2+对锌电解液电导率影响的显著性顺序为:[Ca2+]>[Na+]。净化水中Na+和Ca2+的存在将降低锌电积过程的电流效率,当加入到锌电解液中Na+的浓度≤8.0g/L或者Ca2+浓度≤20mg/L时,锌电积过程的电流效率均≥87%,满足株冶锌电积过程的主要经济技术指标。 初步研究了锌电积过程Pb-Ag阳极钝化的主要影响指标。结果表明:Pb-Ag阳极钝化后形成的钝化膜是由PbO2和MnO2及其氧化物的变体组成的一层半导体薄膜,而净化水中Cl-和F-的存在将会影响电极的钝化过程。当溶液中H2SO4浓度为180g/L,即酸锌比为3.6,Mn2+浓度在3g/L-5g/L之间,F-浓度小于42mg/L时有利于Pb-Ag阳极钝化;而当溶液中只存在Cl-时,Cl-浓度必须在13mg/L 以下才不会影响电极的钝化过程;当溶液中同时存在Mn2+和Cl-且锰氯比为8时,电极的钝化过程不会受到Cl-的影响,此时溶液中Cl-的含量最大可以达到625mg/L。 考察了株冶重金属废水生物制剂法直接处理后净化水中侵蚀性阴离子(SO42-、Cr和F-)对回用水管材——A3钢的腐蚀行为,并采用交流阻抗技术分析了卤素离子对A3钢的腐蚀机理。结果表明:模拟净化水中SO42-、Cl-和F-的存在将导致A3钢的腐蚀速度加快,且SO42-浓度越大,腐蚀作用越强;当溶液中Cl-浓度为200mg/L或F-浓度为50mg/L时,腐蚀速度达到最大值。当施加外加电压时,A3钢在模拟净化水中发生钝化;随着溶液中SO42-、Cl-和F-浓度的增加,其致钝电势正移;SO42-浓度的改变对致钝电流的影响较大,而Cl-和F-浓度的改变对致钝电流的影响相对较小。 此外,当A3钢在含卤素离子的净化水中发生腐蚀时,其阻抗复数平面图表现为第一象限中的两个容抗弧。除温度与反应物浓度外,决定电化学腐蚀速度的状态变量有两个:电极电势以及卤素离子在A3钢表面的覆盖度。反应式(2)为电极过程的速度控制步骤。 最后初步确定了株冶回用于锌电解系统净化回用水的水质指标体系。Na+、Ca2+、Cl-和F-的水质指标分别为:CNa+≤4308.02mg/L,Cca2+≤10.77mg/L,Cc1≤228.86mg/L,CF≤2.15mg/L;而净化水中SO42-。浓度一般远低于锌电解液中SO42-浓度,因此可忽略不计。
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