硫化鉛鋅礦選礦廢水處理與回用技術研究

彭新平,陳 偉,吳兆清

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

硫化鉛鋅礦選礦廢水處理與回用技術研究

彭新平,陳 偉,吳兆清

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

文章對我國對硫化鉛鋅礦選礦廢水處理與回用技術進行了研究,介紹了硫化鉛鋅礦選礦廢水處理工藝和設施,選礦廢水處理回用的典型工藝以及企業工業應用情況,提出從清潔生產的角度,實施選礦廢水處理與回用的工藝,具有巨大的節水減排的潛力。

硫化鉛鋅礦;選礦廢水;回用

我國鉛鋅資源豐富,分布廣泛,鉛鋅礦儲量中礦床類型多,以鋅為主的鉛鋅礦床和銅鋅礦床多以鉛為主的鉛鋅礦床,單鉛礦床更少,品位在9%以上的富礦少,中低品位居多,礦石結構構造和礦物組成復雜,以硫化鉛鋅礦石為主,共、伴生組分多達50余種,常見的主要元素有銅、銀、金、錫、銻、鎘、鉍、鎵、銦、鍺、汞、硫等。我國五座大型鉛鋅礦山如云南蘭坪、廣東凡口、甘肅廠壩、內蒙古東升廟和廣西大廠等,合計保有儲量占全國總儲量的四分之一,小型鉛鋅礦山雖然數量眾多,探明的鉛鋅儲量和資源量僅占全國的6.5%和18.9%。鉛鋅選礦用排水量大,選礦廢水中含有大量的重金屬離子和選礦藥劑等有毒的化學成分,選礦廢水直接排入水環境將造成水體嚴重污染,破壞生態環境。選礦廢水循環使用是實現選礦廢水資源化利用的重要前提,關系到礦山持續發展。目前我國鉛鋅選礦廢水處理與回用水平與國外先進水平仍有較大差距,對硫化鉛鋅礦選礦廢水處理與回用技術進行研究,有利于提高我國鉛鋅選礦廢水處理與回用水平,減少選礦廢水和污染物排放量,提高硫化鉛鋅礦選礦清潔生產水平,具有重大的現實意義。

1 鉛鋅選礦工藝

硫化鉛鋅選礦工藝一般采用浮選方法,典型的鉛鋅選別工藝過程包括碎礦、磨礦、浮鉛、鋅硫混浮、鋅硫分離、精礦濃縮、過濾,產品為鉛精礦、鋅精礦、硫精礦;加入的選礦藥劑通常有黃藥類、黑藥類、乙硫氮、石灰、碳酸鈉、硫酸鋅、亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫化鈉、氰化鈉、硅酸鈉、硫酸銅、2號油等,傳統的鉛鋅選礦原則工藝流程如圖1所示。

圖1 傳統鉛鋅選礦原則工藝流程圖

2 鉛鋅選礦廢水來源與特性

2.1 鉛鋅選礦用排水概況

鉛鋅選礦主要有破碎、磨礦、選礦、濃密、過濾和維修等作業。處理1 t礦石浮選法一般需用水4～6 m3,除去循環使用的水量,大部分水伴隨尾礦以尾礦漿的形式排放到尾礦庫。自20世紀80年代以來,國有大中型選礦廠開展了選礦廢水綜合利用,工業水重復利用率得到了顯著提高。中小型鉛鋅選礦廠生產工藝落后,噸礦石耗水量大,廢水重復利用率較低,有的甚至未經處理直接排放選礦廢水,給周圍環境造成嚴重污染。

2.2 鉛鋅選礦廢水來源

鉛鋅選礦生產過程中的廢水主要來源于洗礦、破碎和選別三個工段,主要有以下幾類:

1.洗礦廢水。洗礦過程排水含大量泥沙和礦石顆粒,當洗礦廢水呈酸性時,還有金屬離子,通常經沉淀后澄清水回用于洗礦,沉淀物根據其成分進入選礦系統后排入尾礦系統。

2.破碎系統的廢水。破碎系統的廢水一般包括碎礦過程中濕法除塵的排水,碎礦及篩分車間、皮帶走廊和轉運站的地面沖洗水,主要含原礦顆粒,一般經沉淀后即可回用,沉淀物可進入選礦系統回收有用礦物。

3.設備冷卻水。設備冷卻水包括碎、磨礦設備油冷卻器的冷卻水和真空泵排水,主要污染物為油類,水溫較高,通過冷卻和水質穩定處理,可循環利用,循環利用率可達90%以上。

4.選礦廢水。選礦廢水包括選礦排出的精礦濃縮和過濾產生的廢水、尾礦水、主廠房沖洗地面和設備的廢水,有時還有中礦濃密溢流水和選礦過程中脫藥排水等,是鉛鋅選礦廢水的主要來源,其成分基本相同:(1)精礦溢流水。選礦選出的精礦含有大量的水,必須先通過濃密、過濾才能達到出廠的精礦含水要求;廢水中含有選礦藥劑、重金屬和懸浮物,選礦藥劑中有易揮發的有害物質。有些選廠將此類廢水直接返回浮選車間作選礦補加水和精礦沖洗水,未回用的企業則將此水與尾礦一起排至尾礦庫;(2)尾礦庫溢流水。尾砂漿排入尾礦庫后,通過在尾礦庫澄清,澄清水通過排水系統向外排放。選鉛鋅尾礦水中含有選礦藥劑(主要有硫化物、石油類)和重金屬,pH也較高,這些物質大部分可以在庫內澄清、沉積和氧化自凈。有些企業通過對尾礦水的處理后回用于選礦生產中。但國內總體選礦廢水回用率不高;(3)地面沖洗水。選廠的各個作業環境,在交班之前均要進行地面清潔。選礦過程主要工序有:破碎、磨礦、選礦、濃密、過濾和維修等作業。各作業的地面沖洗廢水中主要是礦砂、選礦藥劑和機油,此類廢水一般通過地溝與尾礦一同排至尾礦庫。

2.3 鉛鋅選礦廢水特性

2.3.1 水量大

鉛鋅選礦生產耗水量、廢水產生量大,浮選法處理1 t鉛鋅礦石一般需用水4～6 m3,生產規模為1 000 t/d的中型鉛鋅選礦廠,每天需要用水4 000～6 000 m3/d,廢水循環利用率達到75%時,每天需排放廢水1 000～1 500 m3/d,一年按生產300 d計,需排放選礦廢水30～45萬m3/a。

2.3.2 成分復雜

鉛鋅選礦廢水成分復雜,主要含有重金屬離子和選礦藥劑。選礦藥劑在選礦各作業工序排出的廢水中均會有所殘留,在選礦過程中加入的浮選藥劑有捕收劑,如黃藥類、黑藥類;抑制劑,如硫化鈉、硫酸鋅、亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、氰化物、水玻璃;起泡劑,如松節油;活化劑,如硫酸銅、重金屬鹽類;硫化劑,如硫化鈉;礦漿調節劑,如硫酸、碳酸鈉、石灰等。鉛鋅礦一般都是多種重金屬伴生,在選礦過程中金屬離子和S2-經水解、氧化后以各種形式進入廢水中,如銅、鋅、鉛、鎳、鋇、鎘以及砷和稀有元素等[1]。

2.3.3 懸浮物、總溶固含量高

鉛鋅選礦廢水懸浮物含量高。洗礦、精礦濃縮脫水、尾礦水及濕式除塵、事故排放等產生的廢水,含有大量不溶解的粗粒及細粒狀雜質,特別是尾礦水和精礦濃縮水中懸浮物含量高。由于廢水中含有重金屬離子和選礦藥劑,以及溶解的鈉、鎂、鈣等的硫酸鹽、氯化物或氫氧化物等物質,使廢水總溶固含量較高。

2.3.4 毒性

鉛鋅選礦廢水具有一定的毒性,浮選捕收劑中的硫醇類、磺酸鹽類捕收劑,是中等到劇毒的成分。黃藥具有惡臭,嗅覺閥為0.05 mg/L,味覺閥為0.1 mg/L,即使廢水中殘存量極少,也可使水質發臭;黃藥對哺乳動物毒性較小,對魚類有顯著的毒性。調整劑中氰化物和一些重金屬離子有劇毒,重金屬可以通過食物鏈最終進入人體內,嚴重危害人體健康。

3 鉛鋅選礦廢水處理技術

3.1 處理工藝方法

針對鉛鋅選礦廢水中的污染物特性,通常采用的處理方法有:物理方法,如沉淀、浮選、過濾、吹脫等;化學方法,如中和、氧化還原、吸附等;生物化學方法,如好氧生物化學處理、厭氧生物化學處理等。

3.2 典型處理工藝過程

針對鉛鋅選礦廢水重金屬、懸浮物、總溶固含量高、廢水起泡性較強等特點,通常采用混凝-氧化處理工藝使廢水達到排放或回用要求;排放到尾礦庫的廢水主要通過自然澄清、尾砂吸附、自然凈化、以及回調pH值,使廢水達到回用要求或排放標準,典型處理工藝流程如圖2所示。

圖2 選礦廢水處理回用流程圖

3.3 典型處理設施與建構筑物

3.3.1 濃密機

鉛鋅選礦排出的尾礦濃度一般較低,通常在選廠內或附近修建濃密機或濃縮池等設施進行尾礦脫水,尾礦砂沉淀形成底流排入尾礦庫;澄清水從濃密機上部溢出并回用;濃密機溢出水進行處理后,回水率一般可達40%～70%。

3.3.2 尾礦庫

尾礦庫是鉛鋅選礦業中處理廢水最常見形式。尾礦排入尾礦庫以后,礦漿中所含水分一部分殘留在尾礦的空隙中,一部分在尾礦庫內自然澄清、降解有毒有害物質,還有一部分在庫內蒸發。部分企業尾礦庫有滲漏現象,通常尾礦水會滲漏進入地下含水層。澄清水外排包括尾礦庫的溢流、從壩底滲透、或泵回選廠循環利用。

4 鉛鋅選礦廢水回用技術研究

4.1 選礦廢水直接回用

未經處理的選礦混合廢水中藥劑成分含量較高,有用成分和有害成分同時并存,直接回用對金屬礦石的選別指標產生不利影響,主要表現為精礦產品質量降低和金屬互含量增加,直接回用于選鉛會嚴重影響鉛主品位和鉛精礦含鋅量;直接回用于選鋅作業,對選鋅指標也有影響[2]。

根據精礦濃縮廢水水質特點,一般可以返回到各自原來的選別作業,有利于降低選礦藥劑成本。但由于分系統回用水設施配置較復雜,加之鉛精礦和鋅精礦的濃縮廢水量較小,水量不夠穩定,生產較難控制。

尾礦濃縮廢水含有大量捕收能力極強的復合黃藥離子和起泡劑、硫酸根離子等。直接回用于選硫,對于提高硫回收率、降低選硫藥劑成本非常有益。未經處理的尾礦濃縮廢水對鉛和鋅的浮選極為不利。

4.2 廢水適度處理再回用

適度處理再回用是解決鉛鋅選礦廢水污染最有效辦法,其處理形式主要有兩種,一是在選礦廠設置廢水處理設施,將處理后的廢水回用于選礦作業;二是選礦廢水與尾砂一起輸送到尾礦庫,廢水中污染物大部分可以在尾礦庫內澄清、沉積和氧化自凈,由于鉛鋅選礦廢水一般pH值較高,尾礦庫溢流水需要加酸將pH值回調后才可回用于選礦生產中,

4.3 廢水回用工業應用概況

選礦廢水回用通常采用總廢水全系統回用和各股廢水分系統返回兩種形式,國內鉛鋅選礦廢水回用率總體不高,國有骨干企業的選礦廢水處理率和回用率較高,但與國外先進水平相比,仍有一定差距。如黃沙坪鉛鋅礦采用中和-聚鐵絮凝-兩級沉淀工藝處理選礦廢水,廢水經過處理后回用為生產用水,廢水回用率可達80%[3]。南京鉛鋅銀礦選礦廠于20世紀90年代初開始實現部分廢水直接回用,形成了部分廢水優先直接回用、其余廢水適度處理后再回用的廢水處理與回用方案,實現了選礦工業廢水零排放[4]。廠壩鉛鋅礦生產規模1 000 t/d,實施礦選礦廢水綜合治理,生產新水單耗2.08 m3/t原礦(含柱塞泵高壓沖洗水200 m3/d)下降到生產新水單耗1.19 m3/t原礦,生產新水占選礦總用水量的32%[5]。會理鉛鋅礦生產規模800 t/d,實施尾礦庫澄清的選礦廢水回用,每年節約新水130萬m3[6]。會東鉛鋅礦生產規模1 000 t/d,采用明礬和PAM混凝沉降-活性炭吸附處理工藝處理選礦廢水,選礦廢水全部回用[7]。凡口鉛鋅礦年處理礦石100多萬t,通過實施選礦廢水資源化回收、澄清凈化、浮選工藝循環利用及綜合利用等技術的研究與應用,浮選工藝循環使用選礦廢水,使選礦廢水回收利用率達到85%以上[8]。個體或私營的中小型鉛鋅選礦廠,其選礦廢水常常未經處理直接排放,更談不上廢水回用。

5 結 語

目前,國內對于硫化鉛鋅礦選礦廢水的污染治理還主要集中在環境污染控制方面,即通過物理、化學、生物等方法將廢水凈化以達標排放。采用部分廢水優先直接回用、廢水適度處理后再回用的廢水處理工藝,可以實現鉛鋅選礦廢水有效回用,不僅節約水資源,消除廢水對環境的污染,有利于減少生產成本。

根據清潔生產和水資源綜合利用的原則,通過改革生產工藝、強化企業管理、提高工人素質等手段來減少或消除廢物,將是未來發展的方向。我國2007年頒布的《鉛鋅行業準入條件》規定,鉛鋅選礦耗用水量應低于4 t/t礦,廢水循環利用率應大于75%。以2007年我國鉛鋅原礦產量為21 926.1萬t,處理1 t礦石用水按4～6 m3計,廢水循環利用率按50%計,共排放鉛鋅選礦廢水達4.4～6.6億t,如通過采用清潔生產工藝,實現選礦廢水回用,達到《鉛鋅行業準入條件》規定,可減少排放鉛鋅選礦廢水2.2～3.3億t,環境效益巨大。

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Research on Lead-zinc Sulfide Ore Dressing Wastewater Treatment and Reuse Technologies

PENGXin-ping,CHEN Wei,WU Zhao-qing
(Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

This thesis studied on the wastewater treatment and recycling technology in Sulfide Lead and zinc oredressing,introduced the typical wastewater treatment processes and facilities,the typical industrial technology of the ore dressing wastewater treatment and reuse and enterprise application,proposed that there are a huge watersaving and emission reduction potential to implementing ore dressing wastewater treatment and reuse in cleaner production view.

sulfide lead-zinc;ore dressing wastewater;reuse

X703

A

1003-5540(2010)02-0040-03

湖南省科學技術廳科技計劃重點項目(2009SK2009)

彭新平(1969-),男,高級工程師,主要從事環境與安全評價、環境工程治理等技術研究工作。

2009-11-20