利用尾矿碱度处理矿山酸性废水的研究.pdf

2 0 0 1年 3月 第 3 0卷第 2期 有色矿山 No n f e r r o l m M i n e s M a r ． ． 2 0 01 Vo 1 ． 30 No 2 利 用尾 矿碱 度处 理矿 山酸性 废 水 的研 究 刘成 ， 詹幼 鸿 1 ． 北京有色冶金设计研究总院， 北京 1 0 0 0 3 8 ； 2． 蓥 铜矿， 江西 越兴 3 3 4 2 2 4 [ 美■调 】酸性废水 ； 中和 i 碱度 [ 摘要 】 蓥 铜矿矿山酸性废水中 s 暖 一含量大。 如采用 常规的石灰 中和法， 中和过程 中产 生 的硫酸 钙结 垢严 重 ． 给 工 艺运 行 造 成 很 多 困难 。利 用 选 矿 生 产 中 产 生 的 尾 矿 溢 流 液 ， 采 用 二 段 中和 工艺 ， 在 p H 4的 酸性 条 件 下 ． 充 分 发 挥 尾 矿 溢 藏液 中 碳 酸 钙 的 碱 度 中和 酸 性 废 水 ， 不 但 节 省 石 灰 碱性 药荆 ． 而且 达 到 了矿 山酸 、 碱 废 水 以废 治废 的 目的 。 【 中 田分 类号 ]TD 9 2 6． 5[ 文献 标识 码 】A[ 文章 缠 号 】1 0 0 2 - 8 9 5 1 2 0 0 1 0 2 - 0 0 4 5 0 5 St udy on u s i ng t a i l i ng a l ka l i nt y t o t r e a t a c i di c wa s t e wa t e r of m i ne LI U Ch e og ， Z HAN Yo u ． I 1 0 r 1 ． B e z i n gC e n t r a l En g i n e e r i n g ＆ R e s e a r c hI n s t i t u t e No n m Me t a l l u r gic a lI n d u s t r i e s ， B e i j i n g 1 0 0 0 3 8．Ch i n a； 2 De a c i n gCo p p e rMi n e．De xi n g 3 3 4 2 2 4 ．Ch i n a Ke y w0 r d 暑a c i d i e wa s t e wa t e r；n e u t r ali z a t i o n；a l k ali nt y Ab s t r a c t Th e r e a r e a g r e a t q u a n t i t y S0 i n a c i d i c was t e wa t e r o f mi n e i n De x i n g C o p p e r M i n e ． I f c o mmo n n e u t r a l i z a t i o n me t h o d i S u s e d ． t h e Cu S 04 Wh i c h b e p r o d u c e d i n n e u t r a l i zat i o n wi l 1 f o r m d i r t s e r i o u s l y ，wh i c h wi l l b r i n g mu c h d i f f i c u l t y t o p r o c e s s p r o d u c t i o n．Us i n g t a i l i n g o v e r flo w wh i c h Was p r o d u c e d i n mi n e r al pr o d u c t i o n a n d t wo s t a g e n e u t r a l i z a t i o n t e c hn o l o g y t o n e u t r a l i z e a c i d i c wa s t e wa t e r u n d e r t h e c o n d i t i o n o f p H4 ．wh i c h c a n ma k e f u l 1 U S e o f th e C a C03 i n t a i l i n g ， s a v e b a s i c ag e nt ．a nd a c h i e v e th e a i m o f u s i n g m i n e b asi c a n d a c i d i c wa t e r t o t r e a t wast e wa t e r ． 1 前言 德兴铜 矿在露 天开采过 程 中排 弃大量 的 废 石 ， 堆存 于废 石场 ． 废石 中含有铜 、 铁 、 硫 等 多种化学元 素． 在 自然条件下． 由于受空气、 降雨及 细菌 的 氧化 作用 ． 产 生 含多 种 重 金属 离子酸性 废 水 ； 另外 ． 在选 矿 生产 过 程 中． 排 出大 量的尾矿 浆、 精 矿溢 流水等碱性 废水 ， 这 两种酸 、 碱废 水不仅 水量大 ． 而 且水 质和 流量 【 收稿 日期 ]2 0 0 0 - 1 0 - 2 7 [ 作者 简 介 ]刘成 1 9 6 5一 。 男 ． 北 京 市 人 ， 工 程 师 ， 从事 给 排 水工 程设 计工 作 。 受气 候 、 生 产 条 件 等 影 响 ， 逐年 逐 月均 有 变 化。 由于缺乏 处 理 大量 酸 碱 废水 的经 验 ． 需 要 针对 酸碱废 水综 合治理存在 的 问题开展 研 究工 作． 做 好德兴 铜矿 废水的 治理工作 。 北京有色冶金设计研究总院和德兴铜矿 等单 位对此 曾进 行 过多 年 的试 验 研 究． 井取 得 了一些成 果 ． 中和 法 和硫 化法 处 理 酸性 废 水的成果 已在德兴铜矿二期工程废水处理中 得到了应用。这些处理技术可以使各种废水 经处 理后达 到 排 放标 准 ． 但在 工 业 实 施 中发 现还 存在一 些 问题 ， 主要 是 由于 德兴 铜 矿 的 酸性废 水 中 除含 有 cu 2 、 F e 3 等 金 属 离 子 外， 还含有 s O ； 一和 AP 离子． 大量加石灰中 和后 固液 分 离 沉速 较 慢 ， 管道 、 设 备 结 垢 严 维普资讯 有色矿山 2 0 0 1 芷 重 ， 所 设计 的构 筑 物和 设 备达 不 到处 理 量 的 要 求 ， 同时 又要消耗大 量石 灰， 处 理成本 高。 为解 决上述 生产 过 程 中存 在 的 问题 ， 德 兴 铜矿委 托北 京 有色冶金 设计研 究总院承 担 利用 尾矿 碱度 处 理矿 山酸性 废 水 的研 究 ， 其 目的是 综 合考 虑 德兴 铜 矿 酸碱 废 水 的 酸 碱 平衡 。 探 讨 利用 尾 矿 碱度 直接 中和 矿 山 酸 性废 水 ， 减少 或取消石 灰用 量 ， 实现 完全 以废 治废 的 目标 ， 并为 三 期工 程 的 酸性 废 水处 理 提 供依据 。 2 水 量 水 质调 查 2． 1酸性 废水 德兴铜矿的酸性废水有杨 桃坞废石场酸 性 废水 、 西源废 石 场酸性废 水 、 露天 采矿 场酸 性废 水 、 祝家废 石场 酸性 废 水及 堆浸 萃余液 。 试验 用酸性 水 为 杨桃 坞废 石场 酸性 废 水 、 露 天采矿场酸性废水和堆浸萃余液的混合水， 1 9 9 4年 6 ～7月调查的三种酸性废水的平均 水 质如表 1所示 。 表 1 酸性 废 水 水质 从 表 1可 以看 出， 废 石 场酸 性废 水 铜 离 子浓度大 ， 露 天 采矿 场酸 性 废 水 悬浮 物 含 量 高 ， 堆 浸萃余液 酸度 大 、 铁 离子含 量高。 根据 梅兴铜 矿 地 区 的降雨 量 统 计 。 结合 德 兴铜矿 的生产计 划。 预 测 2 0 0 3年 的酸性废 水 水量如表 2所示 。 表 2 2 0 0 3年酸 性废 水 水 量预 测 万 m 由于德 兴铜 矿 的酸 性 废 水 不仅 水 量 大 ． 而且 水质复 杂 ， 如将上述 三种废 水分别处 理 ， 不仅 基建投 资大， 而且经 营 费用 高 ， 因此拟将 三种废 水集 中处理 本 研 究试 验 采 用 的 水样 为按预 测 2 0 0 3年 丰水 年 时三 种废 水 的水 量 比 废 石场 露 采 萃余 液 1 3 ． 4 1 ． 1 配制 成的混合 酸性 废 水 简 称混 酸水 ， 其水 质 如 表 3所示 。 表 3混 合蠢 性 水水 质 g-T - 度／ m e ／ L p H ■ - 2． 0 29． 6 26 8 0 7 1 ． 5 1 1 1 1 3 1 0 01 5 从表 3混合酸性废 水 的水 质对 比可 以看 出， 混合酸性水 的 T F e 、 s O i 一 、 8 4 A x含量是 相 当高的。 2 ． 2 尾矿 分级 溢 流液 德 兴铜 矿 4 尾矿库 采用 中线 法堆坝 ， 尾 矿 浆先 经二段 旋 流 器分 级 一段 旋 流器 的底 流 为二段旋 流 器 的 给矿 。 一、 二段 尾矿 分级 溢 流液 简 称尾 液 存 放 于尾 矿库 内， 二段旋 流器底 流用 于堆坝 。1 9 9 4年 7～8月对 东 西 分级站的尾矿分级溢流液进行 了调查， 调查 结果 统计的平 均值如 表 4所示 。 衰 4 尾矿分缎溢流液 水质 矍 浓 度 一 。 。 7 4 m Ⅲp H 。 B x c B 0 c 。 F e 名 称 ％ 占 ／ ％ ‘ me ,／ L ％ ％ ％ 东分 级 蛄1 8 ． 0 8 5 2 1 1 ． 9 7 5 6 4 3 2． 3 2 5 ． 5 2 4 7 4 西分 级 蛄7． 5 8 2． 0 1 1 ． 6 8 2 2 8 9 2． 3 2 5 5 4 4 ． 3 1 维普资讯 第 2期 刘成 等 利 用尾 矿 碱 度 处理 矿 山 酸性 废 水 的研 究 4 7 从表 4可 以看 出， 尾矿分级 溢流液 的 p H 值 高达 I I ． 6 8～ l 1 ． 9 7 ， 是 较 好 的 中和 剂 ， 特 别是 尾 矿 中含 有 少 量 的 C a C O3 约 5． 5％ ， 如能充分 加 以利 用， 将 可 以有 效 地提 高 尾 矿 分级 溢 流液 的 中和能力 ， 降低 酸碱混合 比， 特 别是 中和 酸性 水需 用的碱性 水量 不足的条 件 下 ， 可 以减少或 不需补 加石灰 用量。 3试验研究 试验 的 主要 目的是研 究酸碱废水 的中和 特性 ， 探 索 利用 尾矿 分 级 溢 流液 中和酸性 废 水的有效途 径 ， 同时为 三期 工 程废 水处 理提 供 有关参 数 。 3 ． 1 酸 碱滴定 试验 3 ． I ． I 混合酸 性水滴 定 取 5 0 0 L混合 酸 性 水， 用 1 N Na OH溶 液滴 定， 测定 p H值 随 Na OH 投 加量 的变 化 ， 以 了解 混合 酸性 水 的 中和 特性 ， 中和 曲线 如 图 I所 示。 田 1 混合酸性水中和益线 从图 I可 看 出， 中和 曲 线 有 三 处 D H 值 突跃 点 ， 它 们是 p H3 ． 0 、 p H4 ． 6 、 p H 9 ． 0 。从 滴定试验 可知 ， 在 p H 低于 4． 6所 耗 碱量 占总耗 碱量 6 0％， 这 主要 是 因为混合 酸 性水 中的三 价铁 离子 的中和 沉淀 作用 。在 试 验 过程 中还 可 以观 察 到， 当把 p H9 ． 0的 中 和 液存放 一段时 间 2小 时 后 ， 中和液 p H值 会 自动降低至 8 ． 7左右， 这是因为 中和渣中 的氢 氧化亚铁 沉淀在 碱性 条 件下容 易氧化成 氢氧 化铁 ， 从而 使溶液 的 p H值 降低 。 3 ． 1 ． 2尾矿分 级溢流液 滴定 取 尾 矿 分 级 溢 流 液 4 0 0 mL，用 0． 5 N H2 S O4 溶 液 中和 ， 测 定 p H值 随 S O4投 加 量 的变 化， 以 了解 尾 矿分 级溢 流液 的 中和 特 性 ； 同时 又做 了尾 矿分 级 溢流 液 上 清 液 的 中 和滴 定试验 ， 用 以 比较 尾 矿分 级 溢 流液 与 其 上清 液的 中和 能 力 的 差别 ， 中和 曲线 如 图 2 所 示 。 O 用 量 n L 田 2尾 矿 分级 溢 漉 液 及上 清 液 中和 益线 从 图 2可 以看 出， 当 p H1 1时， 随 着硫 酸投加量增 加 ， p H 值 下 降缓 慢 ， 说 明尾 矿 分 级溢 流液 中石 灰乳 中和作 用强 ； 当 p H6 ． 5时， 去 除 率达 到 9 0 ％以上。 由酸性 水所 含 金属 离 子分 析 ， c u 2 离子 的溶度 积大 于 F 离子和 Al ” 离 子。在 中性 p H 以下 时， 水 中 c u 2 离子 的去 除主要 是 由于 无 定形铁 、 铝氢 氧化 物 对 cu 2 离子 的共沉 一吸 附作 用占主导 地 位 ； 在 高 p H 时， c u 离 子的去 除是 铜 的 化学 沉 淀起 主 要 作用 。 4 ． 3尾矿 中碳 酸钙 的 中和作 用 混合酸 性水 的中 和反 应 中， 除重 金属 离 子 消耗一定 量 的碱 度 外 ， 大 部 分 碱度 消耗 在 中和 s 暖 一酸度上。充分利用尾矿溢流液 中 所含 的有效 碳 酸钙 碱 度 ， 不 但 可 以节 省 石 灰 量 ， 同时还 能够 改 善 污泥 的沉 淀 效果 。按 尾 维普资讯 第 2期 刘成等 利 用 尾矿 碱 度 处理 矿 山 酸性 废 水 的研 究 4 9 矿中含 C a C O 3 5 ． 5 ％计， 每利用 1 t 尾矿砂 可 节 省石 灰 3 0 k g 。从一 、 二段 中和 酸性 水 的情 况 看， 充分 利用 尾矿 溢流 液 中的碳酸钙 ， 需要 一 定的反应 时 间 ， 这 主要 是 由于 碳 酸 钙颗 粒 的被包裹 原 因造 成 的 ， 碳 酸钙 中和 反 应如 下 式 H2 S O 4 十C a C O3 C a S O4 0 OC O2十 从 理论 上分析 ， 由于 碳酸 钙 的反 应速 度 较 慢， 如果 采用 空气 搅拌 ， 可将碳酸钙反 应产 生的 C O 2气体 带 出， 而且 有利 于尾矿 颗粒 表 面 C a S O 4的 脱 落 ， 从 而 加 快 其 反 应 速 度 ， 提 高 碳酸钙 的利用 率或减 少反 应时 间。 4 ． 4 二段 中和反应 的效 果 采 用二 段中和 ， 在 酸度 条 件 下给 予尾 矿 砂 中碳 酸钙 充分 的 中和 时 间， 不 但 可 以 节省 碱 量， 而且 改善 中和 沉 淀物 的沉 淀效 果 ， 图 3 为 不同 中和 渣的沉 降曲线 。 田 3不 同中 和渣 的沉降 曲线 一 段 中和渣 沉降速 度 “ 3 1 9 ． 1 6 2 3 0 ／ 6 0 0． 0 8 9 m／ h 二段 中和渣沉 降速 度 “ r 3 1 9． 1 6 1 8 5 ／ 6 0 0． 1 3 4 m／ h 石灰 中和渣沉 降速度 “ 3 1 9 ． 1 6 1 0 5 ／ 3 0 4． 2 8 0 m／ h 1 ． 4 8 mm／ mi n 从 图 3可知 ， 二 段 中和 方式 中和 渣沉 降 速度 比一段 中 和方 式 中和渣 沉 降速 度 要 快， 而石 灰中和 方式 由于其 含 渣 量较 少 ， 因而 沉 降速 度更 快 。 5结 论 1 德兴 铜 矿 利 用 尾矿 分级 溢 流液 处 理 矿 山酸性 水 是可 行 的 ， 无 论 采用 一段 中和 方 式还是 二段 中和 方式 ， 处 理 后水 质均 可达 到 国家工业 废 水排 放标 准 ， 并 满足 选矿 回用 生 产用 水水质要求 ， 达 到完 全以废 治废 的 目的。 2 采用 二段 中和方法 处理酸性 水 ， 充分 利用尾矿滥流液 中碳酸钙的碱度， 可节省碱 性药剂耗 量 ， 改 善 污 泥沉 淀 效 果。此 工 艺 对 国内类似矿 山酸性废水 的处 理具 有推广价 值 。 3 采用一段或 二段 中和 方式 ， 可视 酸性 废 水 的水 量 而定 ， 酸性 水 量 大时 采用 二 段 中 和方式 ； 酸性 水量小 时采用 一段 中和方 式 。 热烈积贺 巾国有色坌属工业协舍成立 维普资讯