浮選廢水循環(huán)利用工藝研究

趙紅星，王聞單，文 婭，武 釗

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

礦業(yè)作為重要的基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，是工業(yè)發(fā)展不可或缺的一部分。礦山的開采和選礦生產(chǎn)需要消耗大量的水資源，同時也會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水。特別是浮選過程中產(chǎn)出的廢水，由于各類有機(jī)、無機(jī)選礦藥劑的添加及礦物表面金屬離子的溶解，浮選廢水通常含有大量重金屬離子、藥劑及固體懸浮物等。這些指標(biāo)往往遠(yuǎn)高于國家排放標(biāo)準(zhǔn)，若直接排入外部水體不可避免會造成生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞。此外，浮選廢水不加處理直接回用也可能會造成選礦生產(chǎn)指標(biāo)的惡化。故對浮選廢水循環(huán)利用研究，有利于綠色礦山的建設(shè)，同時，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 浮選廢水的來源及其循環(huán)利用的影響

1.1 浮選廢水的來源

礦石中不同組分之間的物理及化學(xué)性質(zhì)存在差異，依據(jù)物料性質(zhì)，可采用重選、磁選、浮選及電選等選礦方法中的其中一種或幾種方法對礦物進(jìn)行分選。通常重選、磁選過程中不添加選礦藥劑，廢水經(jīng)簡單的沉淀處理或不經(jīng)處理即可回用。浮選工藝由于選礦藥劑的添加，浮選廢水成分較為復(fù)雜，且水量往往較大(根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，浮選廠單位礦石耗水量指標(biāo)為4～5 m3/t原礦)，廢水處理工藝也較為復(fù)雜，故該文將主要針對浮選廢水進(jìn)行探討。

廣義上講，浮選廢水主要包括浮選工藝廢水和其他用于維持選廠正常生產(chǎn)而產(chǎn)生的廢水兩大類。

1.1.1 工藝廢水

浮選工藝廢水是浮選廢水的主要組成，主要為尾礦廢水和精礦廢水。

(1)精礦廢水

包括精礦脫水過程中所產(chǎn)生的溢流水和過濾水，這部分廢水含有大量的浮選藥劑、重金屬離子以及懸浮物，一般較難處理。部分選廠直接作為本作業(yè)精礦沖洗水返回使用。

(2)尾礦廢水

主要來源于尾礦脫水過程中所產(chǎn)生的溢流水和過濾水，這部分廢水所占比例大(一般占全廠廢水量的50 %～70 %)，這部分廢水一般隨尾礦排入尾礦庫。在尾礦庫經(jīng)過自然沉降降解后，廢水中含有的有害物質(zhì)都得到了不同程度的降解，可以直接回用或者經(jīng)過簡單處理后回用。

1.1.2 其他廢水

其他廢水包括設(shè)備用水、濕式除塵設(shè)備排水、地面沖洗水等。

(1)設(shè)備用水

包括設(shè)備冷卻水和設(shè)備軸封水。如破碎、高壓輥磨、磨礦設(shè)備的冷卻水和渣漿泵軸封水等。這類廢水往往可直接外排、作地面沖洗水或經(jīng)冷卻后作為選礦流程用水，循環(huán)利用率可達(dá)90 %以上。

(2)濕式除塵設(shè)備排水

破碎篩分系統(tǒng)、膠帶輸送系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵通常采用濕式除塵設(shè)備進(jìn)行處理，這部分廢水可直接進(jìn)入磨礦作業(yè)，或經(jīng)沉淀后匯入回水，沉淀后的細(xì)泥給入磨礦。

(3)地面沖洗水

選礦車間地面沖洗水包括破碎篩分車間、磨礦選別車間、藥劑車間等的地面沖洗水，用于沖洗設(shè)備或者地面的水，這部分廢水中主要含礦石、選礦藥劑和機(jī)油，此部分廢水一般排至廠前回水池。

1.2 浮選廢水循環(huán)利用的影響

浮選廢水水質(zhì)不同于新鮮水水質(zhì)，浮選廢水循環(huán)利用時往往會對，隨著廢水中藥劑及重金屬離子的積累，往往會使浮選生產(chǎn)指標(biāo)惡化。近年來，許多專家學(xué)者針對浮選廢水循環(huán)利用進(jìn)行了研究。概括來講，其主要影響因素有：難免離子的影響、殘留選礦藥劑的影響、固體懸浮物的影響等。

1.2.1 難免離子的影響

在磨礦或浮選等選礦過程中，礦物表面氧化或溶解的陽離子或陰離子及硬水中的鈣、鎂離子通常會對浮選產(chǎn)生影響。

這部分難免離子的影響方式主要有：

(1)與選礦藥劑反應(yīng)，消耗浮選藥劑；

(2)對非目的礦物的活化，促使藥劑在其表面吸附；

(3)對目的礦物的抑制，阻止藥劑在其表面吸附。

1.2.2 殘留選礦藥劑的影響

浮選廢水回用時，其中殘留的選礦藥劑對浮選影響有利有弊。有利方面在于：浮選廢水中殘留有部分捕收劑，回用時，可減少捕收劑用量。

不利方面在于：

(1)廢水中殘留的抑制劑可能會對目的礦物產(chǎn)生抑制作用；

(2)廢水中殘留的活化劑可能會活化非目的礦物，使目的礦物與非目的礦物難以分離；

(3)廢水中殘留得藥劑與難免離子作用，形成絡(luò)合物、膠體狀物等，降低浮選的效率。

1.2.3 固體懸浮物對浮選的影響

浮選廢水中的固體懸浮物對浮選的影響表現(xiàn)在：

(1)在礦物顆粒表面形成罩蓋，影響藥劑在礦物表面的吸附密度；

(2)懸浮物中的膠體組分會增加礦漿粘度。

2 浮選廢水循環(huán)利用

水危機(jī)嚴(yán)重制約我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，《中國節(jié)水技術(shù)政策大綱》明確指出大力發(fā)展和推廣工業(yè)用水重復(fù)利用技術(shù)，提高水的重復(fù)利用率是工業(yè)節(jié)水的首要途徑。發(fā)展外排廢水回用和“零排放”技術(shù)，鼓勵和支持企業(yè)外排廢(污)水處理后回用。

對選礦廢水進(jìn)行處理、實(shí)現(xiàn)選礦廢水資源化利用、提高選礦廢水循環(huán)復(fù)用率，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。生產(chǎn)應(yīng)用中，浮選廢水循環(huán)利用方式大體分為3類：①總廢水不處理直接回用；②總廢全系統(tǒng)凈化回用；③廢水分質(zhì)凈化、分系統(tǒng)回用。其中①②見圖1、③系統(tǒng)見圖2。

圖1 浮選廢水總廢水全系統(tǒng)回用流程Fig.2 The return process of each stream of flotation wastewater from the wastewater sub-system

圖2 浮選廢水各股廢水分系統(tǒng)返回流程Fig.1 The whole system recycling process of flotation wastewater and total wastewater

2.1 總廢水不處理直接回用工藝

總廢水不處理直接回用工藝主要是浮選精礦溢流水、尾礦庫溢流水經(jīng)簡單的自然沉降后直接返回系統(tǒng)使用；或根據(jù)總廢水中殘留藥劑量、重金屬離子量，混入一定比例新水后，回用到浮選流程中。

此種工藝具有流程相對簡單、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)管理方便等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。但是由于所用廢水混合后統(tǒng)一回用，往往會使廢水成分更為復(fù)雜，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，回水中的殘留藥劑與重金屬離子的量逐漸累積，同時，廢水中殘留的陰離子藥劑與廢水中溶解的金屬陽離子也會發(fā)生一些列的化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致礦漿環(huán)境變得更為復(fù)雜，最終會對選礦指標(biāo)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

2.2 總廢全系統(tǒng)凈化回用工藝

總廢全系統(tǒng)凈化回用是指針對浮選廢水的性質(zhì)，采用一定的凈化方法對總廢水進(jìn)行處理達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，返回到浮選流程中或部分外排。常用的水處理方法有：自然沉降法、混凝沉降法、化學(xué)氧化法、吸附法和生物處理法等，通常采用其中一種方法或幾種方法聯(lián)合處理。生產(chǎn)實(shí)踐中典型的處理工藝有：串聯(lián)沉淀池自然沉降處理工藝、混凝斜管沉淀工藝、混凝沉淀—活性炭吸附(或氧化)—回用工藝。

總廢水全系統(tǒng)凈化回用優(yōu)點(diǎn)在于：選礦廢水統(tǒng)一處理，只需1套處理系統(tǒng)即可，處理設(shè)施種類單一，方便管理，缺點(diǎn)在于：選礦廢水統(tǒng)一處理，其水質(zhì)復(fù)雜，水量大，處理難度大，處理成本高等。

2.3 廢水分質(zhì)凈化、分系統(tǒng)回用工藝

廢水分質(zhì)凈化、分系統(tǒng)回用工藝即根據(jù)選礦廢水的水質(zhì)確定廢水的用途，對其流程產(chǎn)出的廢水進(jìn)行相應(yīng)的凈化處理、回用到相應(yīng)的選礦工藝環(huán)節(jié)中。

在保證了生產(chǎn)指標(biāo)的同時，這種方式優(yōu)勢在于：

(1)在一定程度上可減少廢水處理量；

(2)只需要處理其中某種重金屬離子、浮選藥劑即可，大大降低了廢水處理難度及成本；

(3)有效利用了廢水中殘留的選礦藥劑，可減少藥劑用量；

(4)有效降低了選礦成本。但是，與總廢水直接回用工藝相比，該種工藝需要增加多個回水循環(huán)，工藝流程相對復(fù)雜，管理難度相對較大。

目前，國內(nèi)一些生產(chǎn)企業(yè)在廢水分質(zhì)凈化、分系統(tǒng)回用方面也取得了較為成功的應(yīng)用。

凡口選礦廠選礦廢水采用分質(zhì)處理、分段回用、強(qiáng)化處理的措施后，選礦指標(biāo)與使用新水指標(biāo)相近，且回水利用率達(dá)到了85 %以上，每年可節(jié)約成本1 223.5萬元。

廠壩鉛鋅礦采用將工藝用水循環(huán)系統(tǒng)與非工藝水循環(huán)系統(tǒng)分開，以組成各自獨(dú)立的凈化循環(huán)水系統(tǒng)的方式，對選礦廢水綜合治理，使生產(chǎn)新水單耗指標(biāo)由2.08 m3/t原礦下降到生產(chǎn)新水單耗1.19 m3/t原礦。

南京鉛鋅銀礦選礦廠于20世紀(jì)90年代初開始采用部分廢水優(yōu)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(shí)現(xiàn)了選礦工業(yè)廢水零排放。

4 結(jié) 語

現(xiàn)階段，我國選礦廢水資源化綜合利用技術(shù)已日趨成熟，在不影響生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)的前提下，合理配比使用選礦廢水，對選礦廢水進(jìn)行分質(zhì)處理、分系統(tǒng)回用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程中選礦廢水的循環(huán)利用，減少廢水排放，積極響應(yīng)國家環(huán)保政策，這不僅關(guān)系到礦山持續(xù)發(fā)展的大計(jì)，還將對環(huán)境和社會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。