【摘要】： 目前世界范圍內(nèi),磷礦重選廢水由于其懸浮物具有典型的膠體特性,使其固液分離非常困難,絕大部分廢水貯存于大型水池、尾礦庫或地下廢礦井中,這種將廢水貯存起來的處置方式,不僅造成土地資源、水資源的巨大浪費(fèi),而且還存在決堤、滲漏的潛在威脅。由于現(xiàn)有處理技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用,尋找一種技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的處理工藝,一直是全世界關(guān)注的問題。美國佛羅里達(dá)的磷礦重選廢水處理長期未能解決,對(duì)環(huán)境及水資源利用造成了很大壓力。本文針對(duì)佛羅里達(dá)磷礦重選廢水處理及水循環(huán)利用工藝進(jìn)行探討,在分析了國內(nèi)外迄今為止的有關(guān)礦山廢水及磷礦選礦廢水處理工藝的基礎(chǔ)上,依據(jù)相關(guān)理論和研究手段,開始了對(duì)該廢水的小型處理工藝條件的實(shí)驗(yàn)研究,在取得最佳綜合條件的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了半工業(yè)化實(shí)踐,并取得了與小型實(shí)驗(yàn)相吻合的結(jié)果,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了工業(yè)性實(shí)驗(yàn)的技術(shù)設(shè)計(jì)。該研究不僅對(duì)解決佛羅里達(dá)磷酸鹽公司的水污染問題及水資源、土地資源的回用有非常重要的意義,而且對(duì)我國磷礦選礦廢水的處理也有十分得要的借鑒作用。 1.本文采用美國Ciba化學(xué)工業(yè)公司生產(chǎn)的具有特殊分子結(jié)構(gòu)的新型有機(jī)高分子絮凝劑,解決了磷酸鹽礦重選廢水的高效絮凝問題,確定了絮凝效果與絮凝劑濃度、劑量及溶液pH的關(guān)系。 2.通過多次加藥和加尾砂的助凝試驗(yàn)研究,明確了在有機(jī)高分子絮凝劑的濃度、劑量和混合方式相同的情況下,絮凝效果隨加砂量和加藥次數(shù)的變化關(guān)系,為最佳絮凝工藝的選擇提供依據(jù)。 3.根據(jù)膠體顆粒的組成及表面性質(zhì)分析,認(rèn)為顆粒的底面和側(cè)面具有不同的表面性質(zhì),顆粒的活性部位主要位于側(cè)面上。 4.通過K~+、Ca~(2+)和Al~(3+)與有機(jī)高分子絮凝劑的協(xié)同作用研究,認(rèn)為絮凝劑長鏈在懸浮顆粒表面的吸附位置在顆粒側(cè)面的活性點(diǎn)上。K~+對(duì)絮凝的促進(jìn)作用大大優(yōu)于Ca~(2+)和Al~(3+),在一定濃度和pH范圍內(nèi),Ca~(2+)和Al~(3+)對(duì)絮凝有抑制作用,這種現(xiàn)象與傳統(tǒng)的Schulze-Hardy聚沉規(guī)則相反。本文從膠體與表面化學(xué)和溶液化學(xué)的角度出發(fā)對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了分析。 5.通過對(duì)多次加藥和尾砂助凝的動(dòng)力學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)投加尾砂后,增加了絮凝反應(yīng)中的晶核顆粒數(shù),在渦旋慣性離心力和剪切力作用下,使脫穩(wěn)膠體迅速成長;多次加藥能夠增加顆粒間的有效碰撞次數(shù),絮凝的半衰期隨之大大縮短。 6.通過對(duì)廢水進(jìn)行脈沖電絮凝研究,發(fā)現(xiàn)在各種電極配置和脈沖供電條件下,電絮凝均未能取得理想的效果。將電絮凝與物化絮凝相結(jié)合也未取得理想的效果,研究認(rèn)為電場對(duì)有機(jī)高分子絮凝劑DPW-1-1355的絮凝起到抑制作用。 7.綜合所有絮凝試驗(yàn),“小試”得出的最佳絮凝工藝是:廢水加10~(-3)M KCl和5%的尾砂,然后五次平均加入18×10~(-6)g Ciba絮凝劑DPW-1-1355,該工藝條件下的絮凝沉降速度大、上清液濁度低、底泥含固率高。該研究結(jié)果為半工業(yè)化試驗(yàn)提供了依據(jù)。 8.根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究,得出最佳絮凝工藝條件下底泥的流變性規(guī)律: (1)底泥的表觀粘度隨切變速度的增大而增大,粘土含固率為15%和20%時(shí),二者之間符合冪律關(guān)系η_α=kD~(n-1),且n＞1,因此底泥符合脹流體的特性,即越攪越稠。 (2)底泥的切應(yīng)力隨粘土含固率的增加而增大,二者之間存在一元二次方程的關(guān)系:τ=5.436C~2-80.489C+215.67,相關(guān)系數(shù)R~2=0.9639。 (3)粘土含固率為20%底泥的切應(yīng)力隨溫度的升高而緩慢降低,二者間存在較好的線性關(guān)系:τ=-0.7264T+829,相關(guān)系數(shù)R~2=0.9528。 (4)通過流變性與時(shí)間的關(guān)系研究,發(fā)現(xiàn)當(dāng)切變速率不變時(shí),粘土含固率為20%底泥的粘度隨旋轉(zhuǎn)時(shí)間的增加而降低,由此可以判斷底泥具有觸變性。 (5)通過pH對(duì)底泥流變性的影響研究,發(fā)現(xiàn)pH=8時(shí)粘土含固率為20%底泥的切應(yīng)力最小。 (6)通過底泥流變性的改良試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)改良劑DP-203具有降低底泥切應(yīng)力的作用。 9.將Ciba絮凝劑和KCl復(fù)配使用,采用多次加藥、尾砂助凝工藝,以深錐形濃密機(jī)為主要設(shè)備進(jìn)行了半工業(yè)化試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明處理出水水質(zhì)達(dá)到回用要求,底泥含固率滿足地下礦井回填的需要。研究不僅解決了磷礦重選廢水的凈化與底泥濃縮問題,而且實(shí)現(xiàn)了廢水和底泥的資源化利用。 10.通過工業(yè)化模擬設(shè)計(jì),說明研究成果在工業(yè)化應(yīng)用中的投資和運(yùn)行費(fèi)用經(jīng)濟(jì)合理,具有廣闊的應(yīng)用前景。
【圖文】：

用于貯存廢水。按目前的磷酸鹽礦開采速度，每天產(chǎn)生的重選廢水量達(dá)到10萬m3，每年用于新建水池的土地面積將以30335畝的速度遞增腳]。佛羅里達(dá)磷礦重選廢水的主要貯存方式見圖1一2。綜上所述，將磷礦重選廢水貯存起來，，不僅造成水資源和土地資源的巨大浪費(fèi)，還存在滲漏、決堤的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)環(huán)境和居民生活存在潛在威脅。圖1一2佛羅里達(dá)磷酸鹽礦區(qū)的廢水貯池Fig.1一 2.ThewastowaterPoolofPhosPliatemineareainFlorida1.6磷礦選礦廢水處理研究現(xiàn)狀1.6.1磷礦浮選廢水處理研究現(xiàn)狀多年來，我國針對(duì)磷礦浮選廢水進(jìn)行了很多研究，相關(guān)的研究報(bào)道也較多，主要介紹如下。(1)化學(xué)混凝法在磷礦浮選過程中，由于添加堿性pH調(diào)整劑與分散劑，選礦尾礦水呈堿性，礦泥呈高度分散而不易澄清，含有多種有害元素1531。廢水中膠體顆粒帶有同種電10

圖2一6切應(yīng)力的測(cè)量方式FigZ一 6Themeasurewayofyieldstress圖2一7不同含固率的底泥外形Fig.2一 7TheunderflowshaPeindifferentsolideoneentrations(a)，(b)，(e)，(d)的底泥含固率分ZIJ為50%，40%，30%，20%
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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