金礦選礦廢水處理技術(shù)分析與評(píng)價(jià)

李 平

（山西大同市煤礦設(shè)計(jì)研究所 山西大同 037044）

有色金屬的采集和冶煉生產(chǎn)過(guò)程需要消耗很多的水，黃金選礦廢水排放總量大，選礦廢水成分復(fù)雜，含有大量重金屬，如Pb，Cd，Hg，Cu和非金屬離子。現(xiàn)階段很多選礦公司污水處理技術(shù)落后，清潔生產(chǎn)技術(shù)不成熟造成嚴(yán)重環(huán)境污染。針對(duì)當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)，礦產(chǎn)開(kāi)采，選礦，冶煉企業(yè)提出了更嚴(yán)格的排放目標(biāo)污水，總銅排水要求必須得到滿足[1]。

1 廢水排放狀況及現(xiàn)有處理措施分析

1.1 廢水排放狀況

金礦富集過(guò)程往往消耗大量的水資源，會(huì)排出大量的生產(chǎn)廢水。這些污水主要來(lái)自破碎除塵，浮游選礦，濃縮干燥等操作。金礦選礦除塵用水主要用于礦石粉碎和研磨部分，在除塵的過(guò)程中，水份與空氣中的灰塵附著在金礦的表面上，跟著他們到礦石磨碎工序，浮游選礦利用金礦的物理化學(xué)性質(zhì)浮選精礦脫水后得到黃金精礦，精礦脫水工序會(huì)產(chǎn)生污水，如果將此段排水回流到碾磨工序不僅會(huì)節(jié)約水資源還能減少污水排放，同時(shí)也能防止貴重金屬的損失。廠回用磨段的礦工，后在節(jié)水的同時(shí)，還可以防止的黃金，白銀和其他貴重金屬的損失。礦石經(jīng)過(guò)一系列工序后變成尾礦，污水隨之流出，污水主要指標(biāo)見(jiàn)表1.

表1 現(xiàn)有選礦廢水水質(zhì) 濃度單位：mg/L

1.2 選礦廠現(xiàn)有選礦廢水處理措施

現(xiàn)有的選礦廢水處理過(guò)程是利用選自然沉降使廢水初步處理，污水傾倒在沉淀池中，充分利用池體自然條件，從而使水中懸浮物自然沉淀。當(dāng)廢物料與污水混合廢液在沉淀池沉淀過(guò)程，沉淀池可以用來(lái)作為氧化池，通過(guò)物理，化學(xué)，生物等作用將污水中的有機(jī)物除去，污染物被降解。自然沉淀法處理選礦廢水操作簡(jiǎn)便，易行，廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外尾礦廢水的處理中。水質(zhì)的殘留監(jiān)控指標(biāo)表2所示，排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行“污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)”（GB8978-1996）標(biāo)準(zhǔn)。

表2 尾礦庫(kù)排水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果 單位：mg/L

1.3 現(xiàn)有選礦廢水處理工藝缺點(diǎn)

選礦工藝過(guò)程中一般耗水多、廢水量大、所含重金屬種類(lèi)多，例如Pb，Cd，As，Hg和Cu等，若不處理直接排放，其對(duì)環(huán)境的污染和影響是非常嚴(yán)重的。目前使用尾礦庫(kù)的話出水水質(zhì)可以達(dá)到國(guó)家和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。但是在總體地區(qū)區(qū)域的環(huán)境容量方面考慮的話，可能存在礦區(qū)密度大、環(huán)境承載力弱等問(wèn)題。如何更嚴(yán)格地解決區(qū)域內(nèi)企業(yè)排污問(wèn)題呢，建議冶金行業(yè)的尾礦庫(kù)排放污水執(zhí)行地區(qū)制定的新標(biāo)準(zhǔn)。但假使所在地區(qū)制定了更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，尾礦庫(kù)處理此類(lèi)污水就達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求[2]。

2 選礦廢水處理工程

2.1 工藝比較

實(shí)際工程中選用處理方法時(shí)，要依據(jù)待處理廢水的水質(zhì)和排放要求，必要時(shí)將幾種方法組合使用。常見(jiàn)的去除污水中重金屬的方法包括：物理吸附、化學(xué)沉淀、電化學(xué)以及膜法[3]。而化學(xué)沉淀又分為中和、鋇鹽、硫化物沉淀以及鐵氧共沉淀4種。我們國(guó)家通常選用的是氧化還原、沉淀法和過(guò)濾三種結(jié)合在一起的方法處理選礦廢水。最近幾年電化學(xué)技術(shù)迅速崛起，對(duì)電化學(xué)處理法處理選礦廢水的研究也逐漸趨于完善。

2.1.1 氧化沉淀法

氧化沉淀法可以有效地處理選礦廢水中重金屬砷，在污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)中總砷的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為0.5mg/L，現(xiàn)有污水中砷的濃度為1.2mg/L。據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，廢水處理現(xiàn)有措施處理后，砷仍然有殘留，特別是在尾礦處理廢水中殘留濃度最高。在廢水處理中，投入大量的石灰石漿液，污水中三價(jià)砷和五價(jià)砷與鈣離子結(jié)合成砷酸鈣和亞砷酸鈣，這兩種物質(zhì)均以沉淀的形式存在。在實(shí)踐中，有必要預(yù)先將三價(jià)砷氧化為五價(jià)砷，因?yàn)槲鍍r(jià)砷形成的沉淀性質(zhì)穩(wěn)定，毒性較亞砷酸鹽小，而且亞砷酸鹽三價(jià)砷的沉淀物性質(zhì)不穩(wěn)，易分解。

2.1.2 電化學(xué)法

上文中提到幾種處理選礦廢水中重金屬的方法。相比之下，電化學(xué)法有著選擇性好、去除效果好、占地少、無(wú)二次污染的優(yōu)點(diǎn)。此外處理后的重金屬還可以加以回收利用，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用。例如XX有色金屬集團(tuán)下屬的某冶煉廠采用該方法，污水處理系統(tǒng)正式投產(chǎn)后，運(yùn)行良好。操作過(guò)程中對(duì)出水的檢測(cè)結(jié)果表明，鎘、鋅、鉛的處理率高達(dá)99%，而砷的處理率也在95%以上。

圖1 選礦工藝流程圖

2.1.3 過(guò)濾法

目前有一種連續(xù)處理的過(guò)濾器叫連續(xù)自動(dòng)過(guò)濾器。它在過(guò)濾的過(guò)程中可以同時(shí)進(jìn)行反洗過(guò)程，期間不需要停止過(guò)濾，達(dá)到連續(xù)工作不停產(chǎn)的要求。這種處理器是采用了逆流的原理：從進(jìn)水管進(jìn)來(lái)的廢水通過(guò)分布在系統(tǒng)底端的布水器，自下向上經(jīng)過(guò)濾床，濾液在過(guò)濾后收集在過(guò)濾器頂部通過(guò)溢流孔排出。這個(gè)過(guò)濾過(guò)程中，已經(jīng)污染的濾料在洗沙器中得以清洗，產(chǎn)生的雜質(zhì)經(jīng)清洗水出口排出，洗后的濾料返回砂床。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)過(guò)濾，它屬于三級(jí)處理，常用在處理飲用水、地表水、工業(yè)水和污水處理廠中的二級(jí)處理后的深度處理。

2.2 擬建廢水處理設(shè)施進(jìn)水水質(zhì)分析

金礦開(kāi)采和選礦的廢水經(jīng)處理后一般匯入地表水，這就要根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況選擇處理工藝，尾礦庫(kù)有滲濾液廢水，滲濾液廢水中重金屬超標(biāo)，主要重金屬為銅、砷、汞和鋅。廢水未經(jīng)處理排放將污染河流兩岸居民生產(chǎn)、生活用水安全。對(duì)處理設(shè)施進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行分析選擇合理的工藝，處理后澄清水要達(dá)到國(guó)家《銅鎳鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)符合生產(chǎn)要求的處理水部分回用，將處理后污水多余部分外排。

3 處理效益分析

金礦生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和工藝改造處理選礦廢水，充分利用了被浪費(fèi)的水資源，既改善環(huán)境，又保障人體健康實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，為社會(huì)的發(fā)展和子孫后代利益需要保護(hù)環(huán)境和發(fā)展中水回用項(xiàng)目。實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)水處理項(xiàng)目后，水凈化效果比現(xiàn)有水處理工藝好，該項(xiàng)目的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在環(huán)境效益，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

金礦生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和工藝改造處理選礦廢水，污染物實(shí)施減排項(xiàng)目，由公司支付的排污費(fèi)將減少。同時(shí)，企業(yè)生產(chǎn)可以利用處理過(guò)的廢水，它可以產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約水資源，項(xiàng)目每年帶給公司直接資金收益。企業(yè)廢水處理設(shè)施建設(shè)是企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中環(huán)境治理的基礎(chǔ)設(shè)施，是可持續(xù)發(fā)展的必然要求。環(huán)境治理工程一般投資較大，多數(shù)情況下很難有直接經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在廢水處理設(shè)施能夠彌補(bǔ)污水對(duì)社會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失的程度。

3.2 環(huán)境效益

金礦生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和工藝改造處理選礦廢水，金礦選礦廢水深度處理工程建成后，選礦廢水可以實(shí)現(xiàn)回收利用，減少了廢水的排放，每年節(jié)約大量新鮮水。金礦選礦廢水深度治理工程減少了重金屬對(duì)環(huán)境的污染，使流域水體質(zhì)量得到改善，節(jié)能減排污染物控制得到保障，加快了生態(tài)文明建設(shè)。

3.3 社會(huì)效益

金礦生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和工藝改造處理選礦廢水，該企業(yè)的選礦廢水處理改造工程項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后，使企業(yè)生產(chǎn)對(duì)企業(yè)周?chē)牡乇硭w不會(huì)產(chǎn)生影響，可以減少重金屬污染對(duì)人體健康的危害，對(duì)改善廠區(qū)周邊居民人體健康水平起到很大作用。企業(yè)節(jié)能治污設(shè)施的運(yùn)行，同時(shí)可節(jié)省水資源，減少企業(yè)對(duì)新鮮水的消耗，有利保護(hù)當(dāng)?shù)厮h(huán)境的安全。改善了人居環(huán)境，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

4 擬建處理工程問(wèn)題分析及建議

4.1 控制硫化物加入量

利用硫化物與水體重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可有效地將重金屬沉淀分離出來(lái)，但是硫化物沉淀劑容易在水中殘留，水中殘留的硫化物遇酸后生成H2S氣體，易發(fā)生空氣污染。為了防止二次污染，需要對(duì)污染水體添加重金屬，改進(jìn)硫化物沉淀法。添加的重金屬硫化物比污水中的重金屬硫化物更易溶解，因此這樣的廢水中原有重金屬離子就會(huì)比添加進(jìn)去的重金屬離子優(yōu)先分離出來(lái)。同時(shí)還能防止有害氣體硫化氫生成以及硫化物離子殘留的問(wèn)題。

4.2 防止膜污染

礦選工程中產(chǎn)生的廢水硬度高，其中碳酸鈣、硫酸鈣、碳酸鎂容易沉積在膜上，產(chǎn)生結(jié)垢，導(dǎo)致顆粒物堵塞。實(shí)際操作運(yùn)行時(shí)，當(dāng)依照實(shí)際情況，將水中投入混凝劑，使得其中的SS及膠體更好地絮凝沉降。并且投加一定數(shù)量的阻垢劑，減少結(jié)垢，進(jìn)而降低膜污染。減少膜污染還需要注意改善膜性質(zhì)；控制操作溫度、壓力；定期對(duì)膜進(jìn)行清洗；經(jīng)常檢測(cè)更替破損的濾元。通過(guò)提高陶瓷膜的親水性減少膜的吸附力，增加了膜通量，加強(qiáng)膜的抗結(jié)垢能力；操作溫度可以控制在25～30℃；壓力在允許范圍內(nèi)盡量加大[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

目前處理重金屬?gòu)U水的工藝是將污水泵入尾礦庫(kù)后，重金屬自然沉淀達(dá)到處理廢水的要求。此方法通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)得出出水水質(zhì)能夠滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求。但尾礦庫(kù)處理重金屬?gòu)U水不可以根據(jù)實(shí)際進(jìn)水狀況調(diào)整處理，所以此方法還不夠靈活，出水水質(zhì)不穩(wěn)定。參照新的標(biāo)準(zhǔn)，出水中 Pb、Cd、As分別超標(biāo) 187、239、0.48倍。

[1]馬杰,王建國(guó).河?xùn)|金礦選礦廢水循環(huán)利用實(shí)踐.黃金.2002.08.

[2]劉珊妮.黃金選礦廠及冶煉廠含砷重金屬?gòu)U水提標(biāo)處理技術(shù)分析與評(píng)價(jià).西安建筑科技大學(xué).2012.05.

[3]SrivastavaNK,MajumderCB.Novel biofiltration methods for the treatment of heavy metals from industrial wastewater [J]. Journal of Hazardous Materials, 2008, 151(1): 1-8.

[4]鄧新平,任伯幟,韋興浩.金礦選礦廢水中高濃度硫酸根離子去除試驗(yàn)研究.礦產(chǎn)保護(hù)與利用.2010.12.