浅谈铁矿选矿厂循环水深度处理

肖祖容 陈建利

(1.攀钢集团矿业设计研究院，四川 攀枝花 617063；2.鞍钢集团矿业设计研究院有限公司，辽宁 鞍山 114004)

0 引言

铁矿选矿厂循环水一级处理一般采用浓缩池自然沉降，溢流水中固体悬浮物含量2 000～5 000mg/L，有时可达10 000 mg/L以上。过高的固体含量特别是很细小的固体(基本属于胶体颗粒)在水中长时间富集，不但增大了浓缩池、选矿等设备的负荷，而且严重影响选矿指标。选矿厂有时需要对浓缩池溢流水做深度处理，利用机械加速斜板澄清池二次处理，出水水质固体含量控制在300mg/L左右，甚至更低(100 mg/L以下)。

澄清池是将水处理工艺中的混凝和沉淀过程放在一个构筑物里完成，标准图集S774(八)中的机械加速澄清池适用于给水工程中水的常规处理，图集中对澄清池进水中的固体悬浮物含量有要求(以Φ29 m机械加速澄清池为例)：无机械刮泥时不超过1 000 mg/L，短时间不超过3 000 mg/L；有机械刮泥时介于1 000～5 000 mg/L，短时间不超过10 000 mg/L，长时间超过5 000 mg/L，应设预沉池。

铁矿选矿厂浓缩池溢流水中的固体悬浮物含量一般都大于图集中的规定值，而且悬浮物的密度偏大。图集中的澄清池如直接应用于铁矿选矿循环水深度处理主要会有如下两个危害：一个是底流浓度偏大，搅拌提升装置和刮泥耙机械强度不能满足要求；二是溢流水水质很难保证。

1 水溶液和水中的杂质

1.1 水溶液和水中杂质的形态

按胶体化学的观点，根据分散程度的不同，含于水中的杂质可分为三类：一是悬浮液与悬浊液，其颗粒直径大于0.2 μm，属于动力学不稳定体系，可以重力沉淀；二是真溶液，其颗粒直径小于1 nm，属于热力学稳定体系；第三是胶体溶液，其分散相颗粒直径大小介于1～200 nm之间，不能用一般过滤方法去除。

从工程设计上概括起来说，水中的杂质可简单地分为溶存物和不溶解的固体悬浮物。铁矿选矿厂循环水经过浓缩池处理后大颗粒固体悬浮物大部分可以被去除，其溢流水基本属于胶体溶液。

1.2 水中胶体稳定性及胶体脱稳

1.2.1 胶体稳定性

胶体稳定性指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。从水处理角度而言，凡沉降速度十分缓慢(例如沉降10 cm约需20 h之久，在停留时间有限的水处理构筑物内不可能沉降下来，它们的沉降性可忽略不计)的胶体粒子以至微小悬浮物，均被认为是“稳定”的。

胶体稳定性分“动力学稳定”和“聚集稳定”两种。

动力学稳定指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。粒子愈小，动力学稳定性愈高。

聚集稳定性指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。胶体粒子很小，比表面积大而表面能大，在布朗运动作用下，有自发地相互聚集的倾向，但由于离子表面同性电荷的斥力作用或水化膜的阻碍使自发聚集不能发生。如果胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚集稳定性，小颗粒相互集成大颗粒，沉淀就会发生。因此，胶体稳定性，关键在于聚集稳定性。

1.2.2 胶体脱稳

胶体颗粒带有一定电荷，对于憎水胶体而言，聚集稳定性主要决定于胶体表面的动电位即ξ电位。ξ电位的高低决定了胶体颗粒之间斥力的大小和影响范围，投加混凝剂后，只要该电位降到-15 mV左右即可得到较好的混凝效果。

投加混凝剂的多少，直接影响混凝效果。水质是千变万化的，最佳的投药量各不相同，必须通过实验方可确定。

2 混凝剂的选择

2.1 无机混凝剂

常用的无机混凝剂包括铝系无机混凝剂和铁系无机混凝剂，常用的包括硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁和聚合铁盐等

1)硫酸铝易溶于水，投加浓度约10%～30%；使用时的pH值约在5.5～8。混凝效果好，操作简单；但水温低时，水解困难，形成的絮凝体较松散，混凝效果差。

2)三氯化铁极易溶于水。形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实，沉降速度快，处理低温水或低浊水效果比铝盐好。使用的pH值(4～11)范围较宽，投加量比硫酸铝少。

3)硫酸亚铁易溶于水，Fe2+只能形成简单的单核络合物，混凝效果不如Fe3+。因此，使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁。

4)聚合铁盐pH范围广(聚合铁盐使用pH值为4～11，最佳pH为6～9)，成本低。

2.2 有机高分子混凝剂

有机高分子混凝剂分为阳离子型、阴离子型、两性型和非离子型。常用的有机高分子混凝剂为非离子型，主要产品有聚丙烯酰胺(PAM)和聚氧化乙烯(PEO)。

聚丙烯酰胺(PAM)是有机高分子混凝剂中最为常用的一种，经部分水解后，部分带负电荷，水解度过高，负电性过强，对絮凝也产生阻碍作用。通常作为助凝剂配合铝盐或铁盐使用。

2.3 铁矿选矿厂循环水处理混凝剂的选择及投加

大量生产实践证明，聚丙烯酰胺(PAM)强烈的吸附架桥作用对选矿工艺(特别是红矿浮选工艺)有影响，会降低铁精矿品味，而且含有PAM的尾矿砂浆进入尾矿库后，颗粒间“粘性”下降，不易脱水，不宜砌筑尾矿坝；聚合铁盐的投加对选矿工艺没有影响，而且价格较有机高分子混凝剂低很多。因此，铁矿选矿厂循环水处理宜选用液态无机聚合铁盐混凝剂。

无机聚合铁盐的投加量根据水中固体悬浮物含量确定，一般控制在50～100 mg/L之间，投加浓度以10%为宜，投加点设在澄清池附近的进水管上，投加方式一般采用重力或泵投加。

3 机械加速澄清池在铁矿选矿水处理领域的应用

3.1 澄清池主要改动措施

目前，铁矿选矿厂循环水二次处理使用的澄清池在给排水标准图集的基础上主要做了如下改动：一个是加强了刮泥耙机械强度，另一个是增设了倾斜板装置，同时将池直壁段加深0.5 m。增设倾斜板后增大了沉降面积，减小了水力半径，使经过倾斜板时的水流状态处于层流，出水水质得以保障。

3.2 机械加速澄清池改进建议

根据澄清池在处理铁矿选矿厂循环水领域的实际运行经验，对目前铁矿选矿厂使用的澄清池提出如下改进措施：

1)底部排矿口增设防堵刮板。刮板的运行可以防止底部矿浆在排矿不畅(例如：絮凝后的矿浆颗粒在底部排矿口靠重力滑移过程中与池壁粘结等)情况下防止排矿口堵塞。当排矿口在一侧开口排矿时，刮板可以将排矿口四周的絮凝颗粒强制性聚集至排矿口，当排矿口为竖直向下排矿时，刮泥板可以将排矿口四周絮凝颗粒强制性聚集至下部排矿口内。

2)导流室的外壁随搅拌装置做同方向旋转且旋转线速度小于搅拌装置。导流室内水体已属于絮凝阶段的末期，水体流入分离室内就属于沉淀阶段，在絮凝阶段水体的搅拌功率应逐渐减小使水体速度梯度逐渐减小。这样可以避免速度梯度变化过大，使絮凝体遭到破坏(破裂)，导致难以再次絮凝，从而影响澄清池的处理效果和出水水质。

3)适当增加澄清池直壁段。这样会增加沉淀池内上清区高度，增加压实区内絮凝颗粒浓度，降低斜板内水体的絮凝颗粒浓度，有利于降低出水水质，且增大排矿口水体的絮凝颗粒浓度，有利于提高底流浆体浓度。

4)取消底部伞板装置。根据现场使用情况，混凝土伞板使用久后会脱落，从而造成底部排矿口堵塞事故。

4 结语

结合澄清池的水处理原理以及其处理铁矿选矿厂循环水领域的生产实践经验，得出以下结论:铁矿选矿厂循环水深度处理宜采用机械加速斜板澄清池，并提出四点改进建议，可以改善溢流水质，并延长使用寿命。铁矿选矿水中胶体颗粒一般带负电荷，水处理药剂宜采用液态无机聚合铁盐，无机聚合铁盐具有价格低廉、不影响选矿工艺指标和尾矿砂砌筑尾矿坝等优点。无机聚合铁盐的投加量根据水中固体悬浮物含量确定，一般控制在50～100 mg/L之间，投加浓度以10%为宜。投加点设在澄清池附近的进水管上，投加方式一般采用重力投加或泵投加。