硫化铅锌矿选矿废水处理与回用技术研究

彭新平,陈 伟,吴兆清

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

硫化铅锌矿选矿废水处理与回用技术研究

彭新平,陈 伟,吴兆清

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

文章对我国对硫化铅锌矿选矿废水处理与回用技术进行了研究,介绍了硫化铅锌矿选矿废水处理工艺和设施,选矿废水处理回用的典型工艺以及企业工业应用情况,提出从清洁生产的角度,实施选矿废水处理与回用的工艺,具有巨大的节水减排的潜力。

硫化铅锌矿;选矿废水;回用

我国铅锌资源丰富,分布广泛,铅锌矿储量中矿床类型多,以锌为主的铅锌矿床和铜锌矿床多以铅为主的铅锌矿床,单铅矿床更少,品位在9%以上的富矿少,中低品位居多,矿石结构构造和矿物组成复杂,以硫化铅锌矿石为主,共、伴生组分多达50余种,常见的主要元素有铜、银、金、锡、锑、镉、铋、镓、铟、锗、汞、硫等。我国五座大型铅锌矿山如云南兰坪、广东凡口、甘肃厂坝、内蒙古东升庙和广西大厂等,合计保有储量占全国总储量的四分之一,小型铅锌矿山虽然数量众多,探明的铅锌储量和资源量仅占全国的6.5%和18.9%。铅锌选矿用排水量大,选矿废水中含有大量的重金属离子和选矿药剂等有毒的化学成分,选矿废水直接排入水环境将造成水体严重污染,破坏生态环境。选矿废水循环使用是实现选矿废水资源化利用的重要前提,关系到矿山持续发展。目前我国铅锌选矿废水处理与回用水平与国外先进水平仍有较大差距,对硫化铅锌矿选矿废水处理与回用技术进行研究,有利于提高我国铅锌选矿废水处理与回用水平,减少选矿废水和污染物排放量,提高硫化铅锌矿选矿清洁生产水平,具有重大的现实意义。

1 铅锌选矿工艺

硫化铅锌选矿工艺一般采用浮选方法,典型的铅锌选别工艺过程包括碎矿、磨矿、浮铅、锌硫混浮、锌硫分离、精矿浓缩、过滤,产品为铅精矿、锌精矿、硫精矿;加入的选矿药剂通常有黄药类、黑药类、乙硫氮、石灰、碳酸钠、硫酸锌、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、硫化钠、氰化钠、硅酸钠、硫酸铜、2号油等,传统的铅锌选矿原则工艺流程如图1所示。

图1 传统铅锌选矿原则工艺流程图

2 铅锌选矿废水来源与特性

2.1 铅锌选矿用排水概况

铅锌选矿主要有破碎、磨矿、选矿、浓密、过滤和维修等作业。处理1 t矿石浮选法一般需用水4～6 m3,除去循环使用的水量,大部分水伴随尾矿以尾矿浆的形式排放到尾矿库。自20世纪80年代以来,国有大中型选矿厂开展了选矿废水综合利用,工业水重复利用率得到了显著提高。中小型铅锌选矿厂生产工艺落后,吨矿石耗水量大,废水重复利用率较低,有的甚至未经处理直接排放选矿废水,给周围环境造成严重污染。

2.2 铅锌选矿废水来源

铅锌选矿生产过程中的废水主要来源于洗矿、破碎和选别三个工段,主要有以下几类:

1.洗矿废水。洗矿过程排水含大量泥沙和矿石颗粒,当洗矿废水呈酸性时,还有金属离子,通常经沉淀后澄清水回用于洗矿,沉淀物根据其成分进入选矿系统后排入尾矿系统。

2.破碎系统的废水。破碎系统的废水一般包括碎矿过程中湿法除尘的排水,碎矿及筛分车间、皮带走廊和转运站的地面冲洗水,主要含原矿颗粒,一般经沉淀后即可回用,沉淀物可进入选矿系统回收有用矿物。

3.设备冷却水。设备冷却水包括碎、磨矿设备油冷却器的冷却水和真空泵排水,主要污染物为油类,水温较高,通过冷却和水质稳定处理,可循环利用,循环利用率可达90%以上。

4.选矿废水。选矿废水包括选矿排出的精矿浓缩和过滤产生的废水、尾矿水、主厂房冲洗地面和设备的废水,有时还有中矿浓密溢流水和选矿过程中脱药排水等,是铅锌选矿废水的主要来源,其成分基本相同:(1)精矿溢流水。选矿选出的精矿含有大量的水,必须先通过浓密、过滤才能达到出厂的精矿含水要求;废水中含有选矿药剂、重金属和悬浮物,选矿药剂中有易挥发的有害物质。有些选厂将此类废水直接返回浮选车间作选矿补加水和精矿冲洗水,未回用的企业则将此水与尾矿一起排至尾矿库;(2)尾矿库溢流水。尾砂浆排入尾矿库后,通过在尾矿库澄清,澄清水通过排水系统向外排放。选铅锌尾矿水中含有选矿药剂(主要有硫化物、石油类)和重金属,pH也较高,这些物质大部分可以在库内澄清、沉积和氧化自净。有些企业通过对尾矿水的处理后回用于选矿生产中。但国内总体选矿废水回用率不高;(3)地面冲洗水。选厂的各个作业环境,在交班之前均要进行地面清洁。选矿过程主要工序有:破碎、磨矿、选矿、浓密、过滤和维修等作业。各作业的地面冲洗废水中主要是矿砂、选矿药剂和机油,此类废水一般通过地沟与尾矿一同排至尾矿库。

2.3 铅锌选矿废水特性

2.3.1 水量大

铅锌选矿生产耗水量、废水产生量大,浮选法处理1 t铅锌矿石一般需用水4～6 m3,生产规模为1 000 t/d的中型铅锌选矿厂,每天需要用水4 000～6 000 m3/d,废水循环利用率达到75%时,每天需排放废水1 000～1 500 m3/d,一年按生产300 d计,需排放选矿废水30～45万m3/a。

2.3.2 成分复杂

铅锌选矿废水成分复杂,主要含有重金属离子和选矿药剂。选矿药剂在选矿各作业工序排出的废水中均会有所残留,在选矿过程中加入的浮选药剂有捕收剂,如黄药类、黑药类;抑制剂,如硫化钠、硫酸锌、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、氰化物、水玻璃;起泡剂,如松节油;活化剂,如硫酸铜、重金属盐类;硫化剂,如硫化钠;矿浆调节剂,如硫酸、碳酸钠、石灰等。铅锌矿一般都是多种重金属伴生,在选矿过程中金属离子和S2-经水解、氧化后以各种形式进入废水中,如铜、锌、铅、镍、钡、镉以及砷和稀有元素等[1]。

2.3.3 悬浮物、总溶固含量高

铅锌选矿废水悬浮物含量高。洗矿、精矿浓缩脱水、尾矿水及湿式除尘、事故排放等产生的废水,含有大量不溶解的粗粒及细粒状杂质,特别是尾矿水和精矿浓缩水中悬浮物含量高。由于废水中含有重金属离子和选矿药剂,以及溶解的钠、镁、钙等的硫酸盐、氯化物或氢氧化物等物质,使废水总溶固含量较高。

2.3.4 毒性

铅锌选矿废水具有一定的毒性,浮选捕收剂中的硫醇类、磺酸盐类捕收剂,是中等到剧毒的成分。黄药具有恶臭,嗅觉阀为0.05 mg/L,味觉阀为0.1 mg/L,即使废水中残存量极少,也可使水质发臭;黄药对哺乳动物毒性较小,对鱼类有显著的毒性。调整剂中氰化物和一些重金属离子有剧毒,重金属可以通过食物链最终进入人体内,严重危害人体健康。

3 铅锌选矿废水处理技术

3.1 处理工艺方法

针对铅锌选矿废水中的污染物特性,通常采用的处理方法有:物理方法,如沉淀、浮选、过滤、吹脱等;化学方法,如中和、氧化还原、吸附等;生物化学方法,如好氧生物化学处理、厌氧生物化学处理等。

3.2 典型处理工艺过程

针对铅锌选矿废水重金属、悬浮物、总溶固含量高、废水起泡性较强等特点,通常采用混凝-氧化处理工艺使废水达到排放或回用要求;排放到尾矿库的废水主要通过自然澄清、尾砂吸附、自然净化、以及回调pH值,使废水达到回用要求或排放标准,典型处理工艺流程如图2所示。

图2 选矿废水处理回用流程图

3.3 典型处理设施与建构筑物

3.3.1 浓密机

铅锌选矿排出的尾矿浓度一般较低,通常在选厂内或附近修建浓密机或浓缩池等设施进行尾矿脱水,尾矿砂沉淀形成底流排入尾矿库;澄清水从浓密机上部溢出并回用;浓密机溢出水进行处理后,回水率一般可达40%～70%。

3.3.2 尾矿库

尾矿库是铅锌选矿业中处理废水最常见形式。尾矿排入尾矿库以后,矿浆中所含水分一部分残留在尾矿的空隙中,一部分在尾矿库内自然澄清、降解有毒有害物质,还有一部分在库内蒸发。部分企业尾矿库有渗漏现象,通常尾矿水会渗漏进入地下含水层。澄清水外排包括尾矿库的溢流、从坝底渗透、或泵回选厂循环利用。

4 铅锌选矿废水回用技术研究

4.1 选矿废水直接回用

未经处理的选矿混合废水中药剂成分含量较高,有用成分和有害成分同时并存,直接回用对金属矿石的选别指标产生不利影响,主要表现为精矿产品质量降低和金属互含量增加,直接回用于选铅会严重影响铅主品位和铅精矿含锌量;直接回用于选锌作业,对选锌指标也有影响[2]。

根据精矿浓缩废水水质特点,一般可以返回到各自原来的选别作业,有利于降低选矿药剂成本。但由于分系统回用水设施配置较复杂,加之铅精矿和锌精矿的浓缩废水量较小,水量不够稳定,生产较难控制。

尾矿浓缩废水含有大量捕收能力极强的复合黄药离子和起泡剂、硫酸根离子等。直接回用于选硫,对于提高硫回收率、降低选硫药剂成本非常有益。未经处理的尾矿浓缩废水对铅和锌的浮选极为不利。

4.2 废水适度处理再回用

适度处理再回用是解决铅锌选矿废水污染最有效办法,其处理形式主要有两种,一是在选矿厂设置废水处理设施,将处理后的废水回用于选矿作业;二是选矿废水与尾砂一起输送到尾矿库,废水中污染物大部分可以在尾矿库内澄清、沉积和氧化自净,由于铅锌选矿废水一般pH值较高,尾矿库溢流水需要加酸将pH值回调后才可回用于选矿生产中,

4.3 废水回用工业应用概况

选矿废水回用通常采用总废水全系统回用和各股废水分系统返回两种形式,国内铅锌选矿废水回用率总体不高,国有骨干企业的选矿废水处理率和回用率较高,但与国外先进水平相比,仍有一定差距。如黄沙坪铅锌矿采用中和-聚铁絮凝-两级沉淀工艺处理选矿废水,废水经过处理后回用为生产用水,废水回用率可达80%[3]。南京铅锌银矿选矿厂于20世纪90年代初开始实现部分废水直接回用,形成了部分废水优先直接回用、其余废水适度处理后再回用的废水处理与回用方案,实现了选矿工业废水零排放[4]。厂坝铅锌矿生产规模1 000 t/d,实施矿选矿废水综合治理,生产新水单耗2.08 m3/t原矿(含柱塞泵高压冲洗水200 m3/d)下降到生产新水单耗1.19 m3/t原矿,生产新水占选矿总用水量的32%[5]。会理铅锌矿生产规模800 t/d,实施尾矿库澄清的选矿废水回用,每年节约新水130万m3[6]。会东铅锌矿生产规模1 000 t/d,采用明矾和PAM混凝沉降-活性炭吸附处理工艺处理选矿废水,选矿废水全部回用[7]。凡口铅锌矿年处理矿石100多万t,通过实施选矿废水资源化回收、澄清净化、浮选工艺循环利用及综合利用等技术的研究与应用,浮选工艺循环使用选矿废水,使选矿废水回收利用率达到85%以上[8]。个体或私营的中小型铅锌选矿厂,其选矿废水常常未经处理直接排放,更谈不上废水回用。

5 结 语

目前,国内对于硫化铅锌矿选矿废水的污染治理还主要集中在环境污染控制方面,即通过物理、化学、生物等方法将废水净化以达标排放。采用部分废水优先直接回用、废水适度处理后再回用的废水处理工艺,可以实现铅锌选矿废水有效回用,不仅节约水资源,消除废水对环境的污染,有利于减少生产成本。

根据清洁生产和水资源综合利用的原则,通过改革生产工艺、强化企业管理、提高工人素质等手段来减少或消除废物,将是未来发展的方向。我国2007年颁布的《铅锌行业准入条件》规定,铅锌选矿耗用水量应低于4 t/t矿,废水循环利用率应大于75%。以2007年我国铅锌原矿产量为21 926.1万t,处理1 t矿石用水按4～6 m3计,废水循环利用率按50%计,共排放铅锌选矿废水达4.4～6.6亿t,如通过采用清洁生产工艺,实现选矿废水回用,达到《铅锌行业准入条件》规定,可减少排放铅锌选矿废水2.2～3.3亿t,环境效益巨大。

[1] R.W.史密斯.选矿厂的废水和废料的处理[J].国外金属矿选矿,1998,(12):2-12.

[2] 湖南有色金属研究院.云南会泽铅锌矿选矿废水回用及治理[R].长沙:湖南有色金属研究院,2001.

[3] 李晓君,张慧智.黄沙坪铅锌矿选矿废水治理研究[J].湖南有色金属,2008,(6):49-52.

[4] 缪建成,王方汉,胡继华.南京铅锌银矿废水零排放的研究与实践[J].金属矿山,2003,(8):56-58.

[5] 王生镐,龙道湖.厂坝铅锌矿选矿废水综合治理[J].西部探矿工程,2001,(6):40-43.

[6] 严群,罗仙平,赖兰萍,等.会东铅锌矿选矿废水净化回用工艺的试验研究[J].工业水处理,2008,(3):57-60.

[7] 罗洪涛.会理铅锌矿选矿废水的利用研究[J].矿产保护与利用,1999,(4):48-50.

[8] 张艳,戴晶平,张康生.凡口矿选矿废水处理与利用试验研究[J].矿冶工程,2008,(3):45-48.

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

湖南省科学技术厅科技计划重点项目(2009SK2009)

彭新平(1969-),男,高级工程师,主要从事环境与安全评价、环境工程治理等技术研究工作。

2009-11-20