淺談金屬礦山選礦尾礦的廢水處理

楊 萍，黃金波，曾維偉

（湖南有色金屬職業技術學院，湖南 株洲 412006）

“十三五”期間，某公司堅持“科學發展、節能減排、提高效益、提升產業”的發展原則，堅持以保護環境為第一發展要義，不斷革新現有生產技術及廢水處理技術，不斷調整企業現有產業結構。為了進一步提升企業生產力、降低生產成本，該公司將新開發白鎢礦床，以實現生產鎢精礦6 000 t、工業總產值9億元、利稅3億元的戰略目標，爭做有色金屬行業的龍頭企業。

1 金屬礦山選礦尾礦及其廢水的危害

有色金屬行業在選礦環節會產生大量的廢料及廢水，我國通常采用礦漿的形式將廢水排出。我國礦業每年會排出數以億噸計的廢水，以礦漿的形式，主要通過壓力管道和泵直接排出，這是我國金屬行業能耗高的主要原因之一。

選礦環節廢水中含有大量重金屬離子，如鉻、鉛、汞及其他重金屬元素，若處理不當會對當地的土壤環境和水環境造成嚴重污染，嚴重時會影響當地正常的生物鏈體系[1]。此外，廢水中的硫醇類、氰化物等有害有機物對人體有很大的毒性，尤其是對人體的神經系統和肝臟系統，民眾長期飲用該類水源會嚴重影響肝腎功能。黃藥類有毒物質對魚的毒性非常大，在短時間內會殺死大部分幼魚。我國選礦廢水年產量數億噸，若不經處理直接排放到環境中，會造成難以想象的后果。創新并應用科學的選礦廢水處理回用技術，對我國金屬行業可持續發展具有重要意義。

2 國內外選礦尾礦廢水處理技術發展現狀

2.1 中和法

中和法是有色金屬行業在污水處理環節常采用的方法之一，只要在廢水中投入適量的中和劑，就能中和廢水中的重金屬離子，重金屬離子與中和劑發生反應生成氫氧化物，通過沉淀處理，使廢水達到排放標準[2]。以傳統的中和法為基礎，現階段的中和技術仍在不斷優化，大部分采礦企業向廢水中加入石灰和氫氧化鈉來提升廢水的pH值。此外，部分企業采用HDS法提升廢水處理能力，以解決單用生石灰效果不佳的問題。

2.2 微生物法

微生物法處理廢水的機理是利用微生物自身的凈化功能，為微生物創造適宜的生存條件，與廢水中的重金屬離子發生氧化反應。由于微生物能夠在適宜的環境下自我繁殖，用這種方法處理廢水能夠達到滿意的效果。采用微生物法處理廢水時，還可依據比例向廢水中加入適量中和劑，使重金屬離子完全沉淀，以此增強廢水處理效果。企業通常采用硫酸鹽還原菌或者其他種類的微生物作為微生物處理劑，并在廢水中投入適量的葡萄糖、豆奶粉作為微生物菌落的碳基，在廢水處理過程中一般選擇厭氧環境，微生物存活的時間更長，有利于沉淀廢水中的重金屬離子。

2.3 人工濕地法

人工濕地法是較為安全的處理技術之一，通過人造技術栽培水土和植物，為廢水處理打造自然化廢水處理環境，該方法也是利用土壤中的微生物及自然環境處理廢水[3]。人工濕地法建造及運維成本低，由于是自然環境，其廢水處理能耗幾乎為零，操作極其簡單。該種方法并沒有被大量推廣使用，一是受到礦區面積的影響，建造人工濕地需要大量的土地面積，我國礦區一般不具備這樣的條件；二是礦區周邊的自然環境較差，建造人工濕地成本較高。

2.4 膜分離法

膜分離技術在金屬選礦廢水處理中是極為常見的方法，隨著我國高分子材料行業飛速發展，采用高分子膜進行廢水處理，能夠提升處理效率、降低能耗。同時，膜分離技術的廢水處理設備簡單，操作十分便捷。

2.5 電化學技術

電化學技術在我國防腐行業應用十分廣泛，但在金屬礦廢水處理工作中應用較少。國外的電化學技術常采用金屬鋁和鋅作為陽極，與硫化物、水、細菌一同將氫離子還原成氫氣，提升廢水的pH值。該方法雖然操作簡單，但我國該項技術發展并不完善，采用這種方法處理廢水能耗較高。

2.6 微生物燃料電池技術

微生物燃料電池與微生物法相似，即利用微生物的呼吸作用產生電能，以微生物作為整個反應的催化劑。該技術是一種全新的處理技術，在我國還處在試驗階段，并沒有大量推廣。

2.7 源頭治理技術

隨著近幾年環保政策趨于嚴苛，金屬礦廢水處理更重視對源頭的把控。我國大多數企業已經按照國家制定的廢水分類標準及排放標準對廢水進行分類處理，加強對源頭的把控以減少廢水對環境的影響。

3 金屬礦山選礦尾礦廢水處理的實際應用

3.1 試驗用水

試驗用水樣品取自公司尾礦庫水樣，水質具體成分如表1所示。水樣分析結果表明，廢水中的銅離子、鉛離子嚴重超標，且廢水外觀呈現起泡狀態，并不能滿足廢水回用的要求。

表1 原水與廢水水質對比

3.2 廢水循環利用試驗方案

廢水中的絕大部分雜質和顆粒經過自然沉淀都被去除，但在選礦過程中因添加藥劑部分微顆粒形成了體系穩定的膠體，處理該膠體應該加入強酸、強堿以破壞膠體的穩定性，從而過濾出廢水中的懸浮物。

隨著廢水的重復利用次數增加，廢水中的重金屬離子濃度會逐漸提升，重金屬離子越多越不利于選礦捕集。為了加強對廢水中金屬的捕集，減小起泡對廢水處理的影響，筆者設計出以下試驗方案，如圖1所示。

圖1 廢水循環利用試驗工藝流程設計

3.3 試驗確定與討論

在廢水中加入石灰后，廢水中的固液平衡被打破，廢水中的懸浮物和重金屬鉛離子含量隨著石灰含量增加而降低，廢渣的沉降速度不斷上升。待石灰用量達到18 mL時，沉淀速度最快，廢水的透明度最佳，且重金屬離子的含量較低。因此，加入石灰進行中和時，石灰用量以18 mL為最佳，每立方米廢水加入600 g石灰。

在確定最佳脫穩劑用量后，加入不同種類、不同劑量的絮凝劑再次試驗，人們可以得出試驗數據。研究發現，PAM（聚丙烯酰胺）在16 mg/L時沉降速度最快，而苛性淀粉在0.2 g/L時的沉降速度最快，且上層澄清液中的重金屬離子也能達到排放標準，但廢水的起泡性較強，不能達到循環處理要求。由于固體懸浮物含量較高，加入脫穩劑和絮凝劑之后5 min，廢水中的懸浮物開始沉降，前30 min懸浮物開始絮凝成團，速度較慢，60 min后沉降速度加快，懸浮物數量也隨之減少。

4 結論

隨著我國環境保護力度不斷加強，金屬礦山廢水處理技術仍需革新，以滿足日益嚴苛的環保要求。在廢水處理環節，用單一的廢水處理技術并不能滿足行業排放標準。由于各個地區的地質結構存在差異，各企業應該結合本地區的地質結構、礦金屬成分、廢水來源以及生產工藝流程等多項因素綜合考量，不斷革新廢水處理技術并突破現有技術瓶頸，以促進金屬行業快速發展，為我國經濟增長做出積極貢獻。