预氧化酸性矿山废水制备硫酸亚铁镁谭东东

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-1195

摘要/Abstract

摘要：

采矿过程中产生的预氧化酸性矿山废水（AMD）具有一定酸度，含有大量金属离子和硫酸盐，传统石灰中和法不仅污染环境，而且会造成资源浪费。采用纳滤—还原—真空浓缩—结晶的工艺处理预氧化AMD，并制备硫酸亚铁镁结晶产品。考察了纳滤膜对不同金属离子的截留率，探究了硫酸亚铁镁制备过程中还原条件对纳滤浓液中Fe³⁺还原效果的影响以及结晶条件对晶体纯度和产率的影响，并优化了工艺条件。结果表明：纳滤对所有金属离子的截留率均达到93%以上，且对铁镁的截留率达到98%；当还原反应体系pH为1.0，温度为35 ℃，反应时间为40 min时，纳滤浓液中Fe³⁺还原效果最佳；结晶母液浓缩比例为1∶2，结晶温度为35 ℃，搅拌速率为240 r/min时，母液中铁、镁回收率最佳，分别为31.31%、13.48%，产品纯度能达到98%以上；晶体结构分析证实制得的产品为硫酸亚铁镁。相比传统石灰中和法，该组合工艺不仅可实现预氧化AMD处理，而且可实现硫酸亚铁镁的资源回收。

关键词: 酸性矿山废水, 硫酸亚铁镁, 资源化利用, 结晶

Abstract:

The pre-oxidation acid mine drainage(AMD) generated during mining process exhibits a certain degree of acidity and contains a large amount of metal ions and sulfates. Traditional lime neutralization methods not only contribute to environmental pollution, but also cause resource wastage. This study employed a process involving nanofiltration, reduction, vacuum concentration, and crystallization to treat pre-oxidation AMD and produced magnesium ferrous sulfate crystals. The retention rate of different metal ions during nanofiltration was investigated, and the influence of Fe³⁺ reduction during the preparation process of magnesium ferrous sulfate were explored, along with the impact of crystallization conditions on crystal purity and yield. The results showed that the retention rate of nanofiltration for all metal ions reached over 93%, and the retention rate for iron and magnesium reached 98%. The optimal Fe³⁺ reduction effect occurred at pH of 1.0, temperature of 35 ℃, and reaction time of 40 minutes. When the concentration ratio of the mother liquor was 1∶2, the crystallization temperature was 35 ℃, and the stirring rate was 240 r/min, the recovery rates of iron and magnesium in mother liquor were 31.31% and 13.48%, respectively, and the purity of the product could reach more than 98%. Structural analysis of the crystals confirmed that the product was magnesium ferrous sulfate. Compared with the traditional lime neutralization method, this combination process could not only achieve pre-oxidation AMD treatment, but also realize resource recovery of ferrous magnesium sulfate.

Key words: acid mine drainage, ferrous magnesium sulfate, resource utilization, crystallization

中图分类号:

X703
X751

谭东东, 聂光华, 邓强. 预氧化酸性矿山废水制备硫酸亚铁镁谭东东[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 146-152.

Dongdong TAN, Guanghua NIE, Qiang DENG. The preparation of magnesium ferrous sulfate from pre-oxidized acid mine drainage[J]. Industrial Water Treatment, 2025, 45(1): 146-152.

https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I1/146

图/表 13

表1 AMD原液水质检测结果

Table 1 Water quality of AMD

项目	pH	Fe	Mg	Ca	Al	As	Mn	Cu
数值	2.05	7 790	2 400	616	850	250	140	590

图1 试验工艺流程

Fig.1 Experimental process flow

图2 纳滤设备流程

Fig.2 Nanofiltration equipment process

表2 纳滤稀液水质检测结果

Table 2 Water quality of dilute solution of nanofiltration

检测项目	pH	Fe	Mg	Ca	Al	As	Mn	Cu
数值	1.95	56.5	18.6	2.34	1.57	23	1.04	0.376

图3 不同时间段纳滤膜对主要离子的截留率

Fig.3 Retention rates of major ions by nanofiltration membranes at different time

图4 pH对纳滤浓液中Fe³⁺还原效果的影响

Fig.4 Effect of pH on Fe³⁺ reduction in concentrated solution of nanofiltration

图5 反应温度对纳滤浓液中Fe³⁺还原效果的影响

Fig.5 Effect of reaction temperatures on Fe³⁺ reduction in concentrated solution of nanofiltration

图6 反应时间对纳滤浓液中Fe³⁺还原效果的影响

Fig.6 Effect of reaction time on Fe³⁺ reduction in concentrated solution of nanofiltration

图7 不同浓缩比例下铁、镁的回收率及产品纯度

Fig.7 The recovery rates of iron and magnesium and product purity under different concentration ratios

图8 不同温度下铁、镁的回收率及产品纯度

Fig.8 The recovery rates of iron and magnesium and product purity under different temperatures

图9 不同搅拌速率下铁、镁的回收率及产品纯度

Fig.9 The recovery rates of iron and magnesium and product purity under different stirring rates

表3 产品主要离子含量检测结果

Table 3 Test result of major ion content in product

项目	Fe	Mg	Ca	As	Al	$S O 4 2 -$
质量浓度/（mg·L^-1）	1 980	126	33	<1	<1	4 057

表3 产品主要离子含量检测结果

Table 3 Test result of major ion content in product

项目	Fe	Mg	Ca	As	Al	$S O 4 2 -$
质量浓度/（mg·L^-1）	1 980	126	33	<1	<1	4 057

图10 最佳条件下结晶产品的XRD（a）、EDS（b）和SEM（c）

Fig.10 XRD（a），EDS（b），and SEM（c） of crystalline products under optimal conditions

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