选矿厂循环水研究现状及其处理技术_梁思懿.pdf

收稿日期2019-09-30 基金项目国家重点研发计划项目 （编号2018YFC1900604） 。 作者简介梁思懿 （1981） ， 男， 高级工程师， 博士。通讯作者刘欣伟 （1982） ， 女， 高级工程师， 博士。 总第 521 期 2019 年第 11 期 金属矿山 METAL MINE 选矿厂循环水研究现状及其处理技术 梁思懿 1， 2 汪东芳 1， 2， 3， 4 田凯 1， 2， 3， 4 刘欣伟 5 胡文韬 1， 2， 3， 41 （1. 中冶京诚工程技术有限公司， 北京 100176； 2. 工业水处理及资源化全国循环经济技术中心， 北京 100176； 3. 北京科技大学土木与资源工程学院， 北京 100083； 4. 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室， 北京 100083； 5. 中国有色金属工业协会再生金属分会， 北京 100037） 摘要选矿生产过程中耗水量大， 为响应国家环保政策， 实现选矿厂废水闭路循环， 概述了铁矿石选厂、 有 色金属选矿厂、 选煤厂及非金属选矿厂4种类型循环水特点及研究现状， 讨论了混凝沉淀法、 中和法、 吸附法和膜 分离法在循环水高效澄清方面的利用情况及存在的不足。指出去除可溶离子、 残余药剂， 降低循环水中的固体含 量是循环水澄清回用的基本要求。对不同的循环水特性应使用不同的处理方法， 一般需要联合使用。开发新型高 效的澄清技术及工艺， 改善现有循环水系统存在的不足将是推进绿色矿山建设重点与热点。 关键词选矿厂循环水研究现状澄清技术 中图分类号TD926.5文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -11-182-06 DOI10.19614/ki.jsks.201911030 Study Status of Recycling Water in Concentrator and Its Processing Technology Liang Siyi1， 2Wang Dongfang1， 2， 3， 4Tian Kai1， 2， 3， 4Liu Xinwei5Hu Wentao1， 2， 3， 42 （1. Capital Engineering 2. National Circular Economy Technolo- gy Center of Industrial Wastewater Treatment and Reclamation， Beijing 100176， China; 3. School of Civil and Resources Engi- neering， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China; 4. Key Laboratory of Ministry of Education for Efficient Mining and Safety of Metal Mines， Beijing 100083， China; 5. China Nonferrous Metals Industry Association Recy- cling Metal Branch， Beijing 100037， China） AbstractLarge amount of water is consumed during bendficiation production.In order to response to the national envi- ronmental policy and realize closed cycle， the characteristics and research status of recycling water in iron ore concentrator， non-ferrous metal concentrator，coal concentrator and non-metal concentrator are introduced，respectively. The utilization of coagulation precipitation ， neutralization ， adsorption and membrane separation in high efficiency clar- ification of recycling water are discussed. It is pointed out that removal of soluble ions， residual agents and reduction of solid content in recycling water are the basic requirements for clarification and reuse of recycling water.Different recycling water should be treated with different ，generally with combined technology. New and efficient clarification technology and process developed to improve the existing recycling water system would be the focus and hot direction in promoting green mine construction. KeywordsConcentrator， Recycling water， Study status， Purifying technology Series No. 521 November2019 选矿生产过程中耗水量大， 产生的选矿废水若 直接排放， 不仅造成资源浪费， 还会污染环境， 不符 合绿色矿山建设要求。实现废水闭路循环既是环保 政策需求， 也是降低选矿用水成本和提高分选效率 的内在需求。循环水作为选矿工艺用水的主要来源 之一， 其高效澄清和循环利用是整个选矿工艺正常 运行的基础。仅靠自然沉降效率较低， 选矿厂通常 添加絮凝剂来促进微小颗粒形成絮团， 而絮凝剂种 类和用量、 搅拌时间和搅拌速度以及温度等会影响 絮凝沉降的效果， 需根据试验确定最佳使用条件。 本文总结梳理了各类选矿厂循环水的性质特点 及处理现状， 讨论了常用的选矿循环水处理方法及 182 ChaoXing 存在问题， 可为从事选矿水处理及相关工作的研究 者和工程技术人员提供参考。 1选矿厂循环水研究现状 1. 1铁矿石选矿厂 铁矿石选矿厂的循环水大多来自于浓缩机溢流 和尾矿库回水。其中浓缩机溢流水在循环水中所占 的比重较大， 但水质相对较差。除了残留的选矿药 剂外， 溢流水中还存在铁离子、 氯离子及硫酸根离子 等影响循环水再利用。此外， 循环水中细泥含量高， 同种电荷的微细粒悬浮物形成布朗运动， 难以通过 自然沉降获得满足要求的生产用水， 絮凝剂的加入 能加快沉降速度， 但同时也可能与选矿药剂相互作 用， 影响选别指标。 张永坤等 ［1］报道了司家营铁矿生产循环水净化 系统的改造， 通过絮凝剂沉降试验和浮选试验， 确定 了最佳的使用条件， 并通过加入适量的石灰消除絮 凝剂残留对浮选指标的不利影响， 改造后净化水悬 浮物浓度降至0.01以下， 综合精矿品位提高0.5个 百分点， 尾矿品位降低5个百分点。宋万强等 ［2］介绍 了水循环系统结构对贾家堡铁矿选矿生产指标、 生 产成本和生产效率的重要影响。尾矿浓缩后的水供 选矿生产使用， 利用率大于90.57， 且不影响精矿粉 品质。王陆新 ［3］报道了齐大山选厂分选工艺改造对 选矿厂循环水的影响， 分析了循环水的来源及特点， 指出有机和无机絮凝剂联合使用的优势， 建议通过 在线检测水质及加药系统自动化， 提高循环水的回 用率。庞建华等 ［4］分析了石人沟铁矿给排水现状， 提 出了采矿疏干水替代选矿新水补充、 提高尾矿输送 浓度等技术措施， 经济效益显著。朱科 ［5］分析了影响 密地选矿厂浓缩机溢流水质的因素， 发现操作不规 范和浓缩机设计缺陷是影响循环水质量的重要因 素， 合格的循环水有利于整个选矿流程和指标的稳 定。于克旭等 ［6］报道了赤铁矿选厂外部来水、 生产给 排水、 生活给排水、 厂区排水、 尾矿浓缩输送和尾矿 库回水等系统的统筹管理思路。综合采用截污泵 站、 选矿废水高效处置、 尾矿高浓度输送等途径， 将 厂内循环水利用率提升至90以上。胡立嵩等 ［7］利 用模拟循环水进行浮选试验， 考察大冶铁矿选矿厂 循环水中离子、 固体含量和残留药剂对浮选流程的 影响。结果表明循环水中较高的黄药和固体含量， 对浮选指标影响较大， 必须除去才能回用。陈建利 等 ［8］归纳了循环水水量控制方法， 计算了循环水处理 过程中药剂适宜的停留时间、 溢流水斜升速度和雷 诺数等参数的合适范围。 以上研究表明， 改善浓缩机溢流水质和降低循 环水中的悬浮物含量是提高厂内循环水利用率和确 保选矿厂回水系统水量平衡的重要途径， 应从铁矿 石选厂的循环水性质特点出发， 研发高效的循环水 澄清技术及工艺流程。 1. 2有色金属选矿厂 有色金属选矿厂药剂用量大， 循环水中的重金 属含量高。开展选矿废水的处理与回用技术研究和 产业化应用， 对保护矿区周边生态环境， 实现水资源 循环利用及矿山的可持续发展有重要价值。 循环水中的金属离子对浮选过程有较大的影 响， 可能会增加药剂消耗， 恶化矿物分选过程， 最终 影响浮选指标。王淀佐等 ［9］发现Cu2、 Fe2、 Fe3和Ca2 等难免离子容易吸附在矿泥表面使矿泥凝聚形成聚 团， 聚团既能向粗粒流体表面粘附， 又能包裹细粒硫 化物使矿泥向气泡粘附， 干扰浮选过程。胡波 ［10］发 现选矿废水成分复杂， 含有大量有色金属离子、 残留 的选矿药剂及固体悬浮物， 属于有机-重金属复合污 染废水， 容易造成环境污染。冯章彪 ［11］研究后也认 为残留浮选药剂、 重金属离子和固体悬浮物是有色 金属选矿厂废水回用率不高、 资源化利用困难的主 要原因。王兵 ［12］研究了铜铅锌选矿废水的处理方 法， 并对处理后的废水进行了选矿回用试验， 为铜铅 锌矿最终实现选矿废水零排放提供参考。研究表 明， 选矿废水经 “碱式铝絮凝沉淀过滤二氧化氯氧 化调节” 处理后， 可回用于选矿系统， 对选矿指标 基本无影响。傅双波 ［13］对瓦斯灰选矿循环水中盐分 进行了提取及成分分析， 其中钾的含量高达到76， 结晶后制得的钾盐符合国家农业部标准 NY1110- 2010。若从瓦斯灰中提取钾盐， 预计可达到盈亏平 衡。王闻单 ［14］研究了选矿回水对铜钼分离的影响， 结果表明， 残留药剂黄药、 Cu2和S2-均能对铜钼分离 产生影响， 其中黄药在黄铜矿表面发生化学吸附产 生还原酸铜， 改变了矿物表面的动电位， 从而导致矿 物的可浮性发生改变， 当废水中黄药浓度为2～10 mg/ L、 Cu2浓度＞2 mg/L、 S2-浓度＞5 mg/L时， 就需要对其处 理。 有色金属选矿废水中所含组分复杂， 这些组分 随着时间不断累积， 在选矿过程中的影响也逐渐显 著。因此， 去除可溶离子、 残余药剂及降低循环水中 的固体含量是有色金属选矿厂处置选矿废水的主要 技术需求。 1. 3选煤厂 由于采煤机械化程度不断提高， 原生煤泥在煤 泥水中不断累积， 加上分选过程中生成次生煤泥， 煤 泥水中的细粒煤颗粒比例不断提高。这些悬浮物在 2019年第11期梁思懿等 选矿厂循环水研究现状及其处理技术 183 ChaoXing 循环水管道输送过程中， 会对管道产生磨损， 严重时 还会堵塞管道， 导致循环水量失去平衡。选煤厂循 环水处理的目的是回收细颗粒的煤泥， 实现煤泥再 生和洗水闭路循环， 同时净化循环水， 提高煤炭分选 效果， 避免循环水中的高灰细颗粒污染精煤。 王爱卿 ［15］发现煤泥水中细粒煤及极细颗粒的含 量越来越高是煤泥水处理难度增加的重要原因。张 双燕等 ［16-17］发现循环水水质受浓缩机处理能力、 矸石 泥化程度、 煤泥粒度组成、 药剂使用、 煤泥水浓度和 水量波动等因素的影响， 众多选煤厂由于煤泥水系 统设计不合理导致生产异常。同时提出了一种通过 改变斜板和循环水管路结构、 增加循环水池深度强 化循环水澄清工艺的方法。马晓敏等 ［18］研究了阴离 子聚丙烯酰胺 （APAM） 吸附与剪切条件对煤泥水絮 凝过程的影响。发现通过控制药剂量和剪切条件可 以调控絮团结构和絮凝沉降效果， 提高煤泥水固液 分离效率。左恒等 ［19］将萃余水用于浸出渣洗涤， 降 低了酸耗以及中和碱耗， 实现了节能减排和降低生 产成本的目的。 综上， 选煤厂循环水处理主要是对高浓度煤泥 细颗粒的处理。但目前， 选煤厂的循环水池没有深 度净化循环水的功能， 也无法控制和排出煤泥， 只能 在循环水池停产时才排空水池清理。浓缩机作为循 环水处理的最后环节， 也难以保证循环水的质量满 足工艺要求。这些问题将是选煤厂循环水处理研究 的重点方向。 1. 4非金属矿选矿厂 复杂离子对于非金属矿选矿厂回水循环利用产 生较大影响。赵辉 ［20］对贵州某低品位的硅钙质磷矿 选矿厂废水回用进行研究。结果表明， 循环过程中， 选矿废水中的Ca2、 Mg2、 SO42-、 TP、 F-及COD均有累 积。Ca2、 Mg2和SO42-的存在会影响精矿P2O5的品位 及回收率， 高浓度SO42-会使P2O5的品位略有上升， 但 回收率大幅度下降。梅明等 ［21］针对湖北某磷矿选矿 尾水排放锰含量超标的问题， 提出将含锰尾水回用 于合成氨造气循环水系统的处理方法。通过中和沉 淀去除锰离子后大部分废水循环利用， 代替新鲜水 补充至含有硫化物、 碳酸根以及氢氧根离子的造气 循环水系统中， 少量强制外排至综合废水处理系统 处理， 达标后排放。锰离子在合成氨造气循环水处 理系统中大部分得以利用， 质量浓度降低到6 mg/L 以下。郭生鹏 ［22］指出石英选矿厂的给排水设施设计 的合理性、 适应性和可靠性是维持选矿厂正常运转 的重要前提， 给排水系统的科学管理和严密监控是 达成上述要求的保证。唐杰等 ［23］分析了新开元厂水 处理系统中存在的问题， 在分析试验数据的基础上， 提出了以高效物理分离技术为支撑的生产用水净化 回收工艺系统， 实现了细砂、 细泥的高效分离和循环 水的充分循环利用。除满足选矿废水循环需求外， 回收细砂也是实现非金属矿选矿厂循环水处理的重 要目标。 综上， 对非金属矿选矿厂而言， 除了降低固体含 量、 消除离子和残余药剂影响之外， 回收循环水中的 药剂和细颗粒悬浮物也是关注方向。 2循环水处理技术 为了保证各类选矿厂废水杂质能够充分去除达 到回用要求， 常采用混凝法、 中和法、 吸附法以及膜 分离法等多种处理技术对其进行处理。下面将对循 环水处理常用方法及适用范围进行介绍。 2. 1混凝沉淀法 混凝沉淀法是常用的选矿废水处理悬浮物的方 法。在选矿厂浮选过程中， 悬浮物的吸附改变了矿 物表面的润湿性， 进而恶化选矿指标。并且悬浮物 与药剂之间可能发生反应， 增加了药剂的消耗。当 高浓度悬浮物的循环水回用于磁选时可诱发磁选机 堵塞， 降低磁选效率。混凝剂的加入， 可破坏悬浮物 形成胶体的多相分散系， 使微小的细粒相互结合为 粗粒聚体 ［24］。在实际处理废水之前通常添加石灰 乳， 可将废水中的悬浮物从稳态中脱离， 破坏胶体。 再加入混凝剂和助凝剂， 通过混凝剂和助凝剂将脱 稳的悬浮物转化为絮团， 从而形成沉淀析出。 在煤炭洗选过程中出现的高浓度的煤泥水， 由 于煤泥含量高、 产生额外的污泥阻力， 导致洗煤废水 的过滤性能较差。煤泥颗粒自身存在着负电荷， 产 生很强的互相排斥的静电， 使其成为胶体分散体系， 保持稳定的悬浮颗粒， 导致循环水浊度大难以澄清。 李亚峰 ［25］采用石灰-PAM联用处理洗煤废水， 当PAM 投药量为40 mg/L， 石灰的投药量为3.2 g/L时， 实际清 水分离率为37， 沉速为0.310 mm/s。上清液中pH 11.03， SS78.7 mg/L， COD68.2 mg/L， 沉淀煤泥的比 阻为 0.087 71013m/kg， 与原洗煤废水相比降低 30 多倍， 满足机械脱水的要求。 采用混凝剂沉淀法处理选矿废水， 常需要对混 凝剂的种类、 用量及pH等进行优化。虽然混凝沉淀 法对于处理固体颗粒悬浮物有着良好的效果， 但是 对于金属离子处理效果一般， 无法将金属离子彻底 去除， 对于复杂循环水体系需要使用联合工艺澄清。 2. 2中和法 在有色金属选矿厂循环水处理的时候， 重金属 离子是需要处理的主要对象之一， 这些重金属离子 金属矿山2019年第11期总第521期 184 ChaoXing 是金属矿物氧化、 溶解离子到水中而产生的。中和 法是这类选矿循环水处理的常用方法， 通过加入相 关的化学试剂， 将重金属阳离子逐步转化为一种可 以提取的沉淀物质。在实际应用过程中， 一般采用 石灰作为中和试剂， 可直接将金属阳离子转化为氢 氧化物沉淀， 然后利用过滤等技术手段对氢氧化物 沉淀进行处理。需要注意的是， 采用中和法处理选 矿废水的时候， 只是单纯对重金属能够起到良好的 作用效果， 而对其他污染物无法起到良好的处理作 用 ［26］。 2. 3吸附法 吸附法是利用多孔性的固体吸附剂， 在分子引 力或化学键的作用下将废水中的杂质吸附于固体表 面。循环水中金属离子和有机药剂等的去除， 可采 用吸附法进行处理。常用的吸附剂有活性炭、 沸石、 有机类天然吸附剂和合成有机吸附剂等。 吸附法处理废水时， 吸附过程发生在液固两相 界面上， 吸附质与吸附剂之间通过静电引力和范德 华力发生相互作用 ［27］。在吸附过程中， 不同的吸附 剂的吸附效果会受到 pH 值， 吸附时间等因素的影 响。黄珂 ［28］采用改性膨润土为吸附剂， 对选矿废水 中的Cd2和酚类有机物进行吸附去除， 结果表明改性 膨润土对Cd2的去除率达88， 对酚类有机物的去除 率在99以上。付凯 ［29］对某磷矿选矿厂废水中有机 药剂进行脱除试验研究， 2 g/L的活性炭对废水中脂 肪类药剂SEW和胺类药剂SEA去除率分别为84.7 和67.1， 去除效果显著。赵学中等 ［30］在对西南某铅 锌矿废水净化时发现， 加入适量粉末活性炭后， 出水 的COD值由318 mg/L下降为180 mg/L， 且起泡性也 相应减弱。 吸附法主要的处理对象为有机杂质以及金属离 子， 操作简单、 处理效果好。但由于吸附剂的成本高 且不可再生， 因此， 该方法只适用于污水处理的深度 处理， 使用起来局限性很大 ［31］。 2. 4膜分离法 膜分离法是一种新兴的废水处理方法， 由于膜具 有一定的渗透性， 对于不同的物质来说， 渗透大小不 同， 应用条件也不一样 ［32］， 利用膜的该种特性可将不 同物质分离出来。按照滤膜口孔径大小的不同将其 分为微滤、 超滤、 纳滤和反渗透等。黄进等 ［33］采用隔 油超滤反渗透工艺对国内某磷矿选矿厂废水进 行处理。通过隔油操作可回收废水中近90的浮选 药剂， 超滤可以去除水中绝大部分与水发生乳化作用 的浮选药剂， 反渗透则进一步去除水中的盐分和残 余药剂， 最终处理后的废水满足循环水回用要求。 和传统水处理技术应用相比， 膜分离技术具有 诸多应用优势， 其主要特点是分离效率高， 自动化程 度高， 装置简单， 能耗低， 不会产生二次污染。但单 一的膜分离技术对含油废水处理效果不佳， 需要结 合其他方法使用。 3结论 （1） 铁矿石选矿厂应以循环水性质特点为基础， 研发高效的循环水澄清技术及工艺流程， 可从改善 浓缩机溢流水质和降低循环水中的悬浮物含量入手 提高循环水利用率； 去除可溶离子、 残余药剂， 降低 循环水中的固体含量是有色金属选矿厂处置选矿废 水的主要技术需求； 选煤厂废水处理主要是对高浓 度煤泥细颗粒的处理， 目前选煤厂的循环水池没有 深度净化循环水的功能， 也无法控制和排出煤泥， 清 泥困难， 难以保证水质要求； 对非金属矿选矿厂而 言， 除了降低固体含量、 消除离子和残余药剂影响之 外， 回收循环水中的药剂和细颗粒悬浮物也是研究 方向。 （2） 为了保证各类选矿厂废水杂质能够充分去 除达到回用要求， 常采用混凝法、 中和法、 吸附法以 及膜分离法等多种处理方法对其进行处理。采用混 凝沉淀法对于处理固体颗粒悬浮物有着良好的效 果， 但是对于金属离子处理效果一般， 无法将金属离 子彻底去除， 对于复杂循环水体系需要使用联合工 艺澄清； 中和法处理选矿废水的时候， 只是单纯对重 金属能够起到良好的作用效果， 而对其他污染物无 法起到良好的处理作用； 吸附法则由于吸附剂的成 本高且不可再生， 只适用于污水处理的深度处理； 单 一的膜分离技术对含油废水处理效果不佳， 需要结 合其他方法使用。 参 考 文 献 张永坤， 郑为民， 牛福生.司家营铁矿生产循环水净化系统改造 ［J］ .金属矿山， 2010 （7） 185-185. 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