[发明专利]酸性矿排水的处理工艺

说明书

本发明涉及一种处理酸性矿排水的工艺(AMD)。该工艺包括以下步骤：将AMD的pH调节至在3至5的范围内；添加磁赤铁矿纳米颗粒以形成浆料；和a)对在步骤3)中获得的浆料充气，或；b)同时加热和混合在步骤3)中获得的浆料。之后从浆料分离负载有一种或多种金属和硫酸根和沉淀的金属的磁赤铁矿纳米颗粒。

背景技术

本发明涉及一种酸性矿排水(排泄酸性矿水，acid mine drainage)的处理工艺。

酸性矿排水(AMD)带来严重的环境和健康问题，因此寻找最佳处理选项是全球关注。AMD产生的主要来源之一是黄铁矿(FeS₂)和其他带有铁的硫化物矿石在暴露于含氧水和微细菌时的氧化[1–5]。FeS₂在空气和水的存在下的氧化总反应可概括为以下的反应(1)。但是，被认为是较快反应的FeS₂在三价铁化合物(ferric)、空气和水的存在下的完全氧化，由以下的反应(2)表示[2]。

FeS₂+15/2O₂+7/2H₂O→Fe(OH)₃+2SO₄^2-+4H⁺ (1)

FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O→15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺ (2)

由于其高酸度，AMD加速了几种有毒金属从含有不同矿物质的岩石的溶解[6]。总体而言，AMD的特征是低pH、高金属和硫酸根(盐)浓度，并且通常不仅为腐蚀性的而且为极毒性的[7,8]。有几种处理选项，其中使用碱性工业化学品例如氢氧化钙和石灰岩进行的中和因通过金属氢氧化物沉淀和作为石膏(其为AMD中的污泥生成剂的骨架)的硫酸盐除去金属而更为普遍[9–11]。然而，由于金属和硫酸盐同时以大的污泥体积一起沉淀，从污泥收取金属氢氧化物或硫酸盐不具有成本效益[12]。所产生的污泥通常被丢弃在垃圾填埋场中并且形成巨大的尾矿(残渣，tailing)，这也是由于金属从尾矿浸出而造成环境污染问题的成因。有几项研究关于有毒金属和酸度对人类健康、环境和地下水品质的影响予以阐述[13–16]。因此，需要具有成本效益的AMD处理技术，其中有价值资源的收取和再利用是可能的。

现有的AMD处理方法没有达到预期的修复选项，没有最佳的处理选项可用，因为AMD类型随金属和硫酸根(盐)浓度的广泛差异而存在差异[4,17]。因此，当务之急是寻找不同的具有成本效益的处理选项。

相应地，本发明的一个目的是提供一种使用磁赤铁矿纳米颗粒处理酸性矿排水的替代方法，其将至少部分地减轻以上缺点。

发明内容

根据本发明，提供了一种处理酸性矿排水(AMD)的工艺，酸性矿排水(AMD)典型地包含硫酸根和一种或多种金属离子(例如铝、砷、钙、铬、钴、铜、铁、镁、锰、钠、镍、铅、锑和锌)，其中该工艺包括以下步骤：

1.提供AMD，典型地具有2的pH；

2.用碱例如碳酸氢镁、氧化镁、氢氧化钠或氢氧化铵，优选25％氢氧化铵溶液将AMD的pH调节至在3至5、典型地4至约5、优选约5的范围内；

3.添加磁赤铁矿纳米颗粒以形成浆料；和

4.a)对在步骤3)中获得的浆料充气(曝气，aerate)，典型地通过压缩空气或纯氧，或

b)同时加热和混合在步骤3)中获得的浆料，优选在50℃至70℃、典型地约60℃的温度下和200至300rpm、典型地约250rpm的混合速度下；和

5.将溶液与负载有一种或多种金属和硫酸根的磁赤铁矿纳米颗粒和从浆料沉淀的金属分离。