铅锌冶炼高盐废水中硫酸钠的资源化利用

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0659

摘要/Abstract

摘要：

针对铅锌冶炼高盐废水中Na₂SO₄的资源化利用问题，采用自主设计的两膜三室电解槽回收H₂SO₄和NaOH，探究了电解槽配置模式、电流密度、循环电解液体积和电解时间等关键因素对模拟Na₂SO₄废水电解效果的影响，优化了电解工艺，并在最佳工艺条件下探索了两膜三室电解槽对实际铅锌冶炼高盐废水的处理效果。结果表明，采用阴极室和阳极室分别以阳离子膜和阴离子膜与反应室隔开，阳极选择钛镀钌铱网，阴极选择钛网的配置模式能有效提高电流效率。最佳电解条件为电流密度60 mA/cm²、循环电解液体积400 mL、电解时间3 h，最终模拟废水的酸和碱转化率分别为7.31%和7.96%，电流效率分别为59.79%和75.67%。实际废水试验结果进一步表明，废水成分对酸碱转化率具有重要影响，实际废水碱的转化率可达5%以上，但酸的转化率受Cl^-干扰，在1.96%~3.99%之间波动，处理1 t一效液可产生经济效益19.4元。两膜三室电解槽为铅锌冶炼废水的绿色治理与资源化利用提供了一种有效处理方案。

关键词: 铅锌冶炼废水, 高盐废水, 硫酸钠, 电解槽, 资源化利用

Abstract:

To address the problem of resource utilization of sodium sulfate in high salt wastewater from lead and zinc smelting, an independently designed two membrane-three chamber electrolysis cell was adopted to recover sulfuric acid and sodium hydroxide. The effects of key factors such as electrolytic cell configuration mode, current density, circulating electrolyte volume, and electrolysis time on the simulated Na₂SO₄ wastewater were explored, and the electrolysis process was optimized. The treatment effect of electrolysis cell on actual high salt wastewater from lead and zinc smelting was also explored under the optimal process conditions. The results showed that the configuration mode of using cathode chamber and anode chamber separated from the reaction chamber by cation and anion membranes respectively, and selecting titanium-plated ruthenium iridium mesh for anode and titanium mesh for cathode could effectively improve current efficiency. The optimal electrolysis conditions were current density of 60 mA/cm², circulating electrolyte volume of 400 mL, and electrolysis time of 3 h. The final simulated acid and alkali conversion rate of the wastewater were 7.31% and 7.96%, and the current efficiencies were 59.79% and 75.67%, respectively. The actual wastewater test results further indicated that the composition of wastewater had a significant impact on the acid and alkali conversion rate. The actual alkali conversion rate of wastewater could reach over 5%, but the acid conversion rate fluctuated between 1.96% and 3.99% due to Cl^- interference. Treating 1 ton of first effect concentrated solution could generate an economic benefit of 19.4 yuan. The two membrane-three chamber electrolysis cell provided an effective treatment solution for the green treatment and resource utilization of lead and zinc smelting wastewater.

Key words: lead and zinc smelting wastewater, high salt wastewater, sodium sulphate, electrolytic cell, resource utilization

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I9/167

图/表 9

图1 两膜三室电解槽示意

Fig.1 Schematic diagram of a three-chamber electrolytic cell with two membranes

表1 某冶炼厂高盐废水水质

Table 1 Water quality of high salt wastewater in a certain smelter

检测项目	检测结果
检测项目	原料液	三效液	二效液	一效液
pH	9.8	9.4	7.5	5.6
悬浮物/（mg·L^-1）	2	25	32	48
硫酸盐/（mg·L^-1）	30 306	34 798	100 553	68 053
化学需氧量/（mg·L^-1）	42	81	136	5 342
氟化物/（mg·L^-1）	74.9	79.7
氯化物/（mg·L^-1）	2 280	3 018	6 018	18 622
电导率/（mS·cm^-1）	47.1	58.0	100	224
钙/（mg·L^-1）	6.39	8.72	32.3	13.1
镉/（mg·L^-1）	<0.005	<0.005	<0.005	<0.005
钾/（mg·L^-1）	396	492	1 514	15 000
镁/（mg·L^-1）	1.59	2.10	2.39	2.06
钠/（mg·L^-1）	14 430	19 255	42 315	102 200
铅/（mg·L^-1）	<0.07	<0.07
锌/（mg·L^-1）	0.087	0.101
砷/（μg·L^-1）	3 418	4 353	674	10 752

图2 电解槽配置方案

Fig.2 Configuration scheme of the electrolytic cell

图3 电解槽配置模式对Na₂SO₄电解过程中酸、碱转化率及电流效率的影响

Fig.3 Effect of electrolytic cell configuration scheme on acid and base conversion rate and current efficiency in Na₂SO₄ electrolysis process

图4 电流密度对Na₂SO₄电解过程中酸、碱转化率及电流效率的影响

Fig.4 Effect of current density on acid and base conversion rate and current efficiency in Na₂SO₄ electrolysis process

图5 外循环电解液体积对Na₂SO₄电解过程中酸、碱转化率及电流效率的影响

Fig.5 Effect of electrolyte volume of external circulation on acid and base conversion rate and current efficiency in Na₂SO₄ electrolysis process

图6 电解时间对Na₂SO₄电解过程中酸、碱转化率及电流效率的影响

Fig.6 Effect of electrolysis time on acid and base conversion rate and current efficiency in Na₂SO₄ electrolysis process

图7 电解实际废水的酸、碱转化率及电流效率

Fig.7 Acid and base conversion rate and current efficiency of actual wastewater electrolysis

表2 电解前后氯化物浓度变化情况

Table 2 Changes in chloride concentration before and after electrolysis

项目	原料液	三效液	三效浓缩液	二效液	一效液
电解前氯化物/（mg·L^-1）	2 280	3 018	6 020	6 018	18 622
电解后盐液中氯化物/（mg·L^-1）	664	1 093	1 897	2 035	6 389
阳极液中氯化物/（mg·L^-1）	34	36	43	165	509
氯去除率/%	69.4	62.6	67.8	63.4	63.5

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