尾砂浓缩-脱水及废水零排放技术研究

张晓波，曹伟 ，姜群，陈秋松

(1.锡矿山闪星锑业有限责任公司， 湖南 冷水江市 417502； 2.中南大学， 湖南 长沙 410000)

0 引言

有色金属矿山大多存在着尾矿库库容受限、废水外排污染周边环境及水体的共性问题。随着采矿、选矿业的发展，每年我国的尾砂产量越来越多，尾砂的粒度也越来越小。据统计，我国的尾砂产量以每年6亿t的速率增加，造成国内尾矿库需求紧张，且尾矿库建造成本过高给相关企业带来较大的经济压力[1-3]。为了处理数量庞大的尾砂，往往采用充填采矿法将尾砂、胶凝材料和相关添加剂混合回填至地下采空区，减少采空区冒落、垮塌事故，且能高效处理尾砂，有效降低尾矿库的承载压 力[4-5]。随着尾砂颗粒的降低，尾砂浆的底流浓度大大降低，充填体强度无法达到规定强度。为达到规定的充填料浆浓度和充填体强度，需要提高细颗粒尾砂的絮凝沉降浓度和效率[6-7]。

经过浓密机处理后的尾砂充当充填材料充填至空区，尾砂废水因为含有选矿药剂且其组分复杂，未经处理的尾砂废水排放会造成严重的环境污染和生态破坏。所以采取有效的尾矿废水处理，是实现绿色矿山、贯彻“绿水青山就是金山银山”的环保理念[8-12]。

本文以某锑矿尾矿及尾矿废水作为研究对象，对其处理方法及工艺进行论述。为达到有效的浓缩浓度和废水的无害处理，采用絮凝剂和深锥浓密机达到最佳的尾砂浓缩效果，并使用特异性絮凝剂及水质检测方法，以实现废水回收处理工艺的简单化，实现绿色生产、建设绿色矿山。

1 工程现状

锡矿山锑矿属低温热液充填交代矿床，是我国典型的单一硫化锑矿石。其采选规模为60万t/a，年产锑精矿3万t，是国家锑品主要研发和出口基地，世界最大锑矿山。其中，锡矿山南矿每日磨选尾矿约1000 t/d，在尾砂分级后，沉砂用于充填，溢流排至尾矿库，但尾矿库已达服务年限，面临尾矿无处排放的困难。锡矿山选厂每日外排5000 m3的尾矿废水，其中锑含量44 mg/L，铅含量50 mg/L，钙含量2000 mg/L，镁含量200 mg/L，锰含量50 mg/L，且含有大量的残余选矿药剂。废水直接回用影响浮选，而排至尾矿库则污染环境。

2 试验材料及方法

2.1 试验材料

本试验使用尾砂浆为锑矿山尾砂浆，浓度约为20%。尾砂粒径分布呈现粗细两级分化特征，并且对全尾砂和溢流原浆重量比为 1:1的尾砂进行了粒径组成测试，测试结果见表1和表2。使用1 kg球磨机、0.25～3 L浮选机、过滤机、烘箱作为试验设备，采用硝酸铅、乙硫氮、MA、2#油、聚丙烯酰 胺（型号AX868）作为试验药剂。

表1 全尾砂粒度组成

表2 旋流器溢流:全尾（1:1）混合尾砂粒度组成

2.2 试验方法

2.2.1 尾砂沉降、压缩试验

根据尾砂处理流程，进入浓密机的物料为深部、浅部充填站旋流器的溢流和尾矿原浆的混合样，其溢流原浆重量比约为1:1，进入深锥膏体浓密机的矿浆浓度约13%。并选取8%和5%的矿浆浓度作为试验砂浆浓度，分别添加20，30，40和50 g/t絮凝剂进行混合样的沉降试验。

2.2.2 废水回用试验

（1）水质分析。现场尾矿通过添加不同用量絮凝剂聚丙烯酰胺，沉降一定时间后，分析上层澄 清液的离子含量，考查不同絮凝剂用量对应的水质变化。

（2）清水试验。在磨矿细度-200目含量58.7%条件下，硝酸铅作为活化剂，MA和乙硫氮作为组合捕收剂，2#油为起泡剂，试验流程为一粗二精二扫，进行清水条件下闭路试验。

（3）回水试验。在磨矿细度-200目含量58.7%条件下，活化剂硝酸铅用量为90 g/t。组合捕收剂MA+乙硫氮用量为100 g/t+50 g/t，起泡剂2#油用量为50 g/t，试验流程为一次粗选。分别添加CaCl2、MgCl2、NaCl及不同比例的絮凝剂，分别考查钙离子、镁离子、钠离子和直接添加不同比例絮凝剂对浮选指标的影响。

3 试验结果及分析讨论

3.1 尾砂沉降、压缩结果及分析

尾砂沉降结果如图1所示，对5%和8%浓度的尾砂浆添加不同比例的絮凝剂，呈现出不同的沉降曲线。随着沉降时间的增加，矿浆的沉降速率和压缩浓度均达到稳定状态。因为絮凝剂刚加入矿浆中时，絮凝剂上带有的电荷、絮状结构具有絮凝颗粒成团的作用，增加尾砂絮凝团的体积和重量，提高了沉降速率和压缩浓度[13]。随着沉降试验的进行，絮凝剂消耗殆尽，矿浆尾砂颗粒悬浮量降低，达到絮凝沉降的稳定状态。

图1 尾砂浆静态沉降试验关系曲线

图1（a）和图1（b）显示了絮凝沉降结果， 随着絮凝剂添加量的增加，尾砂沉降速率增加，在超过30 g/t时沉降速率降低。絮凝剂在尾矿浆中的添加量有低浓度、合理浓度、高浓度和超高浓度之分[14]。在合理浓度时沉降效率最高，而添加过量的絮凝剂会导致絮凝剂过饱和，造成“细”颗粒尾砂絮团增大，絮凝体密度更接近水而沉速更慢，“粗”颗粒尾砂的带动沉降效果变差[15]。在絮凝剂添加30 g/t的时候，可获得最佳的沉降效果。

3.2 尾砂沉降、压缩结果及分析

现场尾矿通过添加不同用量絮凝剂聚丙烯酰胺，沉降一定时间后，分析上层澄清液的离子含量，检测不同絮凝剂用量对应的水质变化，结果见表3。随着絮凝剂用量的增加，水中离子含量和悬浮物含量均随之下降。清水试验、钙离子条件试验、镁离子条件试验、钠离子条件试验及絮凝剂回水条件试验的结果见表4至表8。

表3 不同絮凝剂用量对应水质分析结果

表4 清水闭路试验结果

表5 钙离子对浮选指标影响试验结果

表6 镁离子对浮选指标影响试验结果

表7 钠离子对浮选指标影响试验结果

表8 絮凝剂回水和直接添加絮凝剂对浮选指标影响试验结果

在清水试验中，可知精矿产率为2.86%，Sb品位为48.79%，Sb回收率为92.34%；尾矿产率为97.14%，Sb品位为0.119%，分布率为7.66%。钙离子、镁离子、钠离子条件试验的浮选结果与清水试验相比，发现以上离子对浮选指标均无明显的影响，这为回用选矿废水提供了可靠的依据。

在添加絮凝剂的回水条件试验中，结果表明，在试验用量范围内添加絮凝剂的回水对浮选指标无明显影响。但是直接添加絮凝剂，浮选精矿品位和回收率呈下降趋势，尾矿品位和分布率呈上升趋势。当絮凝剂用量为2.5 g/t时，粗精矿产率为5.83%，品位为20.92%，回收率为80.77%。为解决直接添加絮凝剂对浮选指标的影响，采用添加分散剂六偏磷酸钠和适度提高活化剂用量，降低直接添加絮凝剂对浮选的影响，试验结果见表9。结果表明，当回水中絮凝剂含量超标时，通过添加分散剂和适度提高活化剂用量，可以消除过量絮凝剂对后续浮选指标的影响。

表9 处理后回水闭路试验结果

4 结论

（1）在沉降、压缩试验中，30 g/t的絮凝剂添加量为获得高效率沉降和压缩浓度的最佳添加比例。

（2）钙离子、镁离子、钠离子和添加絮凝剂的回水均对浮选的指标没有影响。但直接添加絮凝剂会导致浮选指标降低，可添加一定量的分散剂六偏磷酸钠和适度提高活化剂用量，并可达到废水回用绿色生产的目的。