選礦廢水閉路循環減少尾礦對環境的污染研究

趙 瑾，郭天宇，任 皎，胡 琳

（中國有色集團撫順紅透山礦業有限公司，遼寧 撫順 113321）

紅透山選礦廠是一座處理能力為2000噸/日的復雜多金屬選礦廠，采用優先浮選法選別有用礦物，主產品為銅精礦、鋅精礦和硫精礦。

選礦廠尾礦產量60%，尾礦三分之二用于井下充填，三分之一進入尾礦庫，由坑口充填返回的細粒尾礦漿在選礦廠硫浮選地溝中與選礦廠地溝中的廢水（設備冷卻水、地面沖洗水等）匯合，并在廠外與脫水工序產生的過濾機濾液水、鋅精礦溢流水匯合到一起，自流進入尾礦輸送泵站，銅精礦濃縮機溢流水則要通過零號砂泵站壓力輸送到尾礦泵站，這些廢水都由尾礦泵站輸送到尾礦庫，經尾礦庫澄清后直接流入下游河道。由于硫精礦脫水系統能力不足，致使細顆粒硫精礦在室外露天沉淀池中沉淀，硫精礦溢流水直接進入沉淀池旁邊的河道。改造前選廠排出的這些廢水都直接排入下游河道，廢水中的重金屬和剩余藥劑等污染物一旦進入水環境，均不能被生物降解，造成了一定的環境污染。環境保護是我們的責任和義務，實現選礦廢水的零排放，即廢水循環利用，就是對環境的最好保護。

1 選礦廠排水系統主要存在的問題

為了實現“選礦廢水零排放”的環保目標，紅透山選礦廠開展了全面的污染物排放調查，包括對生產工藝、設備設施、能耗、物耗、排污情況等做了細致的調研分析，查明選礦廠主要污染物的來源和數量，并與其他同類型的選礦廠進行了對比，找出生產中存在的主要問題。對生產工藝流程進行優化，并針對所排出的選礦廢水的具體情況展開研究。

1.1 脫水流程主要存在的問題

選礦廢水主要產自浮選流程和脫水流程。因此，兩者的工藝是否先進合理，關系到所排放廢水中雜質的含量和廢水的排放量多少。浮選流程由于經過幾十年的不斷優化改造，目前采用的是充氣機械攪拌式浮選機，充氣量大，液面平穩，節省藥劑用量，生產技術指標也處于國內較高水平，而脫水流程則存在較多問題，主要是排污嚴重。

1.2 尾礦輸送存在的問題

尾礦漿及其它選礦廢水都是通過尾礦輸送泵站輸送到尾礦庫的。尾礦輸送的原則是盡量采用自流輸送，如果沒有自流條件，也要采取自流壓力輸送相結合的半自流輸送方式，即能自流的地方要自流，不能自流了才用壓力方式輸送[1]。

2 改造方案的確定及實施

2.1 脫水流程設備改造

Φ30m濃縮機，這一規格的濃縮機傳動方式一般使用的是周邊傳動方式，齒條、輥輪和膠輪傳動是其傳動的三種方式。在工作時，由于膠輪傳動的扭矩大，而且膠輪打滑還有可避免耙架扭曲導致變形引起的損害過大，這樣可以大大縮短維修所用的時間。所以膠輪傳動成為我們選擇的傳動方式。

濃縮機底流泵由PNJ膠泵改為ZJ系列渣漿泵。泵采用高鉻耐磨合金鑄鐵，這種材料的使用不僅效率高，而且使用壽命長。該泵增添了除雜箱、溢流圍板和變頻調節器，除雜箱是來防止漿料中的雜質進入濃縮機，除雜箱是來保證出料管道暢通，溢流圍板是以確保濃縮液不會排出，變頻調整器的安裝是為了保證均衡給礦。

2.2 尾礦輸送設備的改造

尾礦輸送泵站內設置3臺100jzg-i-a50渣漿泵和2臺變頻系統。系統采用西門子三菱S7-200系列PLC。S7-200plc完成了對變頻器、電機等設備的數據采集和控制，實現了電機轉速的自動控制和調節以及第二臺泵的自動聯動，從而實現了一級揚送，達到了節能減排的目的[2]。

2.3 廢水處理系統改造

選礦生產所產生的廢水種類較多，其中有清水，也有渾濁的水，有酸性廢水，也有堿性廢水。因為尾礦庫距離選礦廠較遠，如果將清水和渾濁的水一并排到尾礦庫去，輸送距離遠，耗能高。所以我們考慮將清水和渾濁的廢水分開處理，渾濁的水進入尾礦庫沉淀曝氣，清水自流進入2級水源泵站（以下稱為二號水源井），兩者一清一濁，且清水主要是陶瓷過濾機排出的濾液水和三種精礦溢流水，該水呈酸性；渾濁的廢水主要是尾礦水，顯堿性，正好一酸一堿，可以進行中和。尾礦漿進入尾礦庫后，尾礦水經過尾礦庫的凈化，溢流水澄清，返回2級水源泵站時與顯酸性的廢水進行酸堿中和。由于陶瓷機清洗時要求酸度較大，加入了大量的硝酸，中和后的廢水仍顯酸性，這時我們就利用生產過程來消除過剩的硝酸根離子和廢水中的銅、鋅等重金屬離子。其方法就是在磨礦階段原來的PH值基礎上，多加石灰進行消除。

基于以上的試驗研究，確定了紅透山選礦廢水可以通過事先的預處理和在生產過程中的凈化后應用于生產中，實現選礦廢水的零排放。經過調研形成以下改造方案：在尾礦庫壩下修建曝氣池，將渾濁的尾礦水集中于尾礦庫經曝氣池沉淀曝氣;在原渾河邊取水井(一號水源井)旁邊修建一座回水泵站，曝氣池排出的廢水通過管道自流進入下游回水泵站，利用原供水系統輸送至二號水源井；擴大二號水源井容積，使選礦廢水中的清水部分直接進入二號水源井，進行酸堿中和后輸送到選礦廠山上的水井，供生產使用，改造流程示意圖見圖1。

表1 回水井深井泵的選擇

圖1 選礦廠廢水循環利用工程改造流程示意圖

2.3.1 修建曝氣池

在尾礦庫下建一座階梯形的污水曝氣池，將尾礦庫排出的廢水收集于此，利用階梯狀的設計產生水簾，使廢水與空氣充分接觸，降低廢水中的化學耗氧物質，增加廢水中溶解氧含量，同時沉淀廢水中的懸浮物，使水質更適合選礦生產使用。在原渾河邊原來的取水井旁邊修建一座新的回水井及泵站，曝氣池出口用管路與下游新建的回水井連接，經曝氣后的廢水利用自然高差，靠自流進入回水井。曝氣池與回水井之間用管路連接。根據尾礦水可以自流的速度為0.4m/s～0.8m/s，流量按選廠排水量并考慮雨季水量，大約500mm/h。

2.3.2 修建回水泵站

蓄水池一個：以原點為定位點，向南西45°延長6m；再以該點為原點，半徑為5m，標高池上平面+0m，建直徑l0m，深7.5m的砼結構污水蓄水池（在蓄水池底部建深0.8m×寬1.5m×長10m的雜物沉淀處理池溝，處理沉淀雜物用），蓄水量約360m3（水深4.7m），可供泵正常使用30min。

泵房一座：在蓄水池上建一座10m×5m，高7.2m的泵房（具體樣式規格尺寸待定）。泵站內，安裝3臺深井泵，一臺3T電動葫蘆吊車。電控設備安裝在2008年建的配電室內。多級泵（一號水源井系統）與深井泵（新建污水輸送系統），分別用閥門、逆子閥控制，可進行切換和同時供水。

深井泵的選擇依據二號水源井泵房海拔高度（191.55m）及一號水源井有關數據選擇見表1。

2.3.3 管路選擇

根據選礦廢水的特點，其具有酸性和堿性的特性要求所選用的管材要耐腐蝕，不能用鐵管，白鋼管雖耐腐蝕，但價格太高，重量又大，給安裝帶來不便?？紤]到PVC管耐腐蝕性能較好，重量又輕，安裝方便，因此選用PVC管。

PVC-C管材公稱壓力和規格尺（GB/T18998.2-2003）。

公稱外徑dn/mm：500；公稱壓力/MPa：1.6；標準尺寸比：SDR11。

2.3.4 二號水源擴容

由于二號水源井窖只有400m3，要想讓選礦廢水中的清水部分做短距離的循環進入二號水源井，避免全部廢水進入尾礦庫，增加能耗，需對二號水源井系統進行改造，更換輸水管路、新建泵站及蓄水池，蓄水池容積擴大至730m3。

NJY-30m濃縮機、TNZ-6m濃縮機、Φ16m濃縮機溢流水，選礦車間脫水工序陶瓷過渡機濾液水，都是通過零號砂泵站輸送到尾礦輸送泵站，再由尾礦輸送泵站輸送到尾礦庫中，尾礦輸送泵站是所有選礦廢水進入尾礦庫的一次揚送泵站。我們的目的是建一套裝置將上太空清水約143m3/h匯集后，自流到二號水源井蓄水池，與一號水源井輸送來的選礦廢水混合后，再通過二號水源井泵站輸送到選礦廠山上蓄水池。

該方案實施后，可以減少進入尾礦庫的廢水排放量，減少尾礦庫下曝氣池、纖維過濾機、一號水源井運行的壓力及運行成本，減少廢水循環量在143m3/h左右，確保尾礦庫排尾系統安全運行。同時，取消了零號泵站的運行，尾礦輸送泵站減少一臺100ZJ-50渣漿泵的運行時間，一號水源井減少一臺300JC210-10.5x7深井泵的運行時間。

設計方案中有兩個廢水匯集點，第一個廢水匯集是將TNZ-6m濃縮機溢流水、Φ16m濃縮機溢流水和脫水工序陶瓷過濾機濾液水匯集到一起，流經到零號泵站集水池附近匯集箱，與第二個廢水匯集點，即NJY-30m濃縮機溢流水和原硫化鐵沉淀池地面滲水匯集一起，自流到零號泵站集水池附近匯集箱。之后與第一個廢水匯集點的廢水匯集在一起，水量合計約143m3/h左右。再通過外徑225mm的PVC管路，管路沿尾礦管路架子鋪設，經零號砂泵站輸送到二號水源井蓄水池。管路全長約1220m，管路采用管路架子鋪設、碎石鋪底埋設等方案。

選用給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材。

管材參數：外徑：225mm；壁厚：5.5mm；密度1.35～1.40/g.cm3（t/m2）。

3 結論

通過對脫水設備、排水設備和回水設備等設備的改造，實現了選礦廢水零排放。廢水循環利用工程完成后，實現選礦廢水的全部回用，既減排廢水328萬噸/年，減少硫化鐵損失500噸/年，取消了兩個精礦露天沉淀池和兩個泵站，節約電能413.32萬度/年，并節省了大量的備件和人工費，減輕了工人的勞動強度，同時避免了原有兩個泵站跑尾污染環境情況的發生。系統的改造有效的降低了環境污染風險，減少了跑冒漏滴的污染事故，有效的提高選礦廢水利用率，帶來環境效益的同時，也為企業增加了經濟效益。