邱樹敏 趙曉鳳 李國(guó)棟

(西北礦冶研究院,甘肅 白銀 730900)

甘肅某鉛鋅礦選廠廢水凈化與回用試驗(yàn)

邱樹敏 趙曉鳳 李國(guó)棟

(西北礦冶研究院,甘肅 白銀 730900)

為了解決甘肅某鉛鋅礦選礦廢水的循環(huán)利用問題，探索了自然凈化處理的效果，比較了不同絮凝劑的沉淀效果，在研究確定了聚丙烯酰胺(PAM)最佳凈化參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了活性炭再處理的工藝參數(shù)，最后比較了凈化前后廢水和自來(lái)水分別處理礦石時(shí)的產(chǎn)品指標(biāo)。結(jié)果表明：①選礦廢水經(jīng)PAM絮凝+活性炭吸附工藝處理，水質(zhì)明顯改善。其中固體懸浮物減少81.43%；CODCr降幅高達(dá)74.56%；金屬離子中Cu2+去除率達(dá)90.16%，Pb2+、Zn2+、Fe3+去除率高達(dá)93%以上。②采用凈化后的廢水處理礦石，其鉛精礦、鋅精礦指標(biāo)明顯優(yōu)于用未經(jīng)處理的廢水生產(chǎn)的指標(biāo)，與用自來(lái)水生產(chǎn)的指標(biāo)差異很小。因此，用PAM絮凝+活性炭?jī)艋蟮膹U水回用生產(chǎn)完全可行。

混合鉛鋅礦 選礦廢水 PAM絮凝沉淀 活性炭吸附

甘肅某鉛鋅礦石氧化程度較高，屬典型的混合型難選鉛鋅礦石。選礦廠生產(chǎn)規(guī)模為150萬(wàn)t/a，采用高堿浮選工藝，生產(chǎn)流程為粗磨—1粗1掃選鉛—鉛粗精礦再磨后3次精選—選鉛尾礦1粗1掃2精選鋅，產(chǎn)品為鉛精礦和鋅精礦，廢水排放量達(dá)1 200萬(wàn)t/a，pH值超過11、CODCr值較高、起泡性較強(qiáng)，且重金屬離子Cu2+、Pb2+等含量較高，在鉛浮選過程中，被Cu2+、Pb2+活化的鋅礦物在黃藥類捕收劑的作用下極易上浮，從而影響鉛精礦產(chǎn)品的質(zhì)量和鋅的回收。

根據(jù)該礦山所在區(qū)域水資源的特點(diǎn)，若能將處理后的選礦廢水回用于生產(chǎn)，不僅可以解決生產(chǎn)用水緊張問題，為企業(yè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以保護(hù)選礦廠周邊的環(huán)境和水資源安全，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于浮選廢水凈化回用的研究與實(shí)踐近年有所報(bào)道[1-7]，由于各礦山礦石性質(zhì)及所用藥劑千差萬(wàn)別，因此，廢水處理方法和所用藥劑也各不相同，但自然凈化、中和、絮凝、吸附等方法常被采用。

1 廢水水樣

試驗(yàn)水樣為選礦廠的生產(chǎn)廢水，取自距選礦廠約1 km的高位水槽。這些水主要有2個(gè)來(lái)源：其一為鉛精礦和鋅精礦的濃密機(jī)溢流和過濾水，其二為尾礦濃密機(jī)溢流和尾礦庫(kù)回水。水樣與礦區(qū)生活用水水質(zhì)分析結(jié)果見表1。

表1 水樣與自來(lái)水水質(zhì)分析結(jié)果Table 1 The water samples water quality analysis results

從表1可知，廢水具有堿性強(qiáng)，懸浮物、金屬離子及有機(jī)物含量高的特點(diǎn)，其中pH值、固體懸浮物、CODCr、離子濃度是對(duì)廢水回用構(gòu)成重大影響的指標(biāo)。

2 選礦廢水凈化試驗(yàn)與結(jié)果討論

2.1 自然凈化試驗(yàn)

選礦廢水暴露于自然環(huán)境中，其中的微細(xì)懸浮物會(huì)不同程度沉降、浮選藥劑(致COD高的主因)會(huì)不同程度降解[2]，因此首先考慮進(jìn)行廢水自然凈化試驗(yàn)。用燒杯取1 000 mL廢水暴露于常溫常壓環(huán)境中，定期檢測(cè)上清液的水質(zhì)指標(biāo)，結(jié)果見表2。

表2 廢水自然凈化試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Waste water natural purification test results

從表2可知：自然凈化一定程度上可降低廢水的pH值、固體懸浮物含量、CODCr和金屬離子濃度，但降幅和所需時(shí)間均無(wú)法滿足生產(chǎn)需要，因此這些因素是試驗(yàn)研究的重點(diǎn)。

2.2 絮凝沉淀試驗(yàn)

2.2.1 不同絮凝劑、不同初始pH值對(duì)絮凝沉淀效果的影響

試驗(yàn)分別考察了聚丙烯酰胺(PAM)、聚合硫酸鐵(PFS)和聚合氯化鋁(PAC)等3種絮凝劑在不同初始pH值下的沉淀效果。分別取1 000 mL水樣于燒杯中，PAM、PFS和PAC添加量均為20 mg，用濃度為10 mol/L的H2SO4和濃度為8 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)已添加絮凝劑的水樣的初始pH值，在200 r/min下攪拌5 min、再沉淀15 min，上清液的水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見圖1～圖3。

從圖1～圖3可知：隨著pH值的降低，3種混凝劑對(duì)廢水中金屬離子和CODCr的去除率均呈先快后慢的上升趨勢(shì)；在廢水自然pH值(略高于11)情況下，PAM對(duì)水樣中金屬離子和CODCr的去除效果最好。因此，接下來(lái)進(jìn)行PAM的用量試驗(yàn)。

圖1 不同pH值下PAM對(duì)金屬離子和 CODCr去除率的影響Fig.1 Effects of removal rate of PAM for metal ion and CODCr under different pH values■—Cu2+；●—Pb2+；▲—Zn2+；◆—CODCr

圖2 不同pH值下PFS對(duì)金屬離子和 CODCr去除率的影響Fig.2 Effects of removal rate of PFS for metal ion and CODCr under different pH values■—Cu2+；●—Pb2+；▲—Zn2+；◆—CODCr

圖3 不同pH值下PAC對(duì)金屬離子和 CODCr去除率的影響Fig.3 Effects of removal rate of PAC for metal ion and CODCr with different pH values■—Cu2+；●—Pb2+；▲—Zn2+；◆—CODCr

2.2.2 PAM的用量對(duì)絮凝效果的影響

PAM用量對(duì)絮凝效果影響試驗(yàn)分別取1 000 mL水樣于燒杯中，在自然pH條件下分別添加不同量的PAM，在200 r/min下攪拌5 min、再沉淀15 min，上清液的水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見圖4。

圖4 PAM用量對(duì)金屬離子和 CODCr去除率的影響Fig.4 Effects of removal rate of metal ion and CODCr with different dosage of PAM■—Cu2+；●—Pb2+；▲—Zn2+；◆—CODCr

由圖4可知，隨著PAM用量的增大，廢水中金屬離子和CODCr的去除率持續(xù)升高，在用量達(dá)到35 mg/L后，廢水中金屬離子和CODCr的去除率幾乎不再上升。因此，確定PAM的用量為35 mg/L。

2.2.3 絮凝沉降時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響

考察絮凝沉降時(shí)間對(duì)金屬離子和CODCr去除效果影響試驗(yàn)分別取1 000 mL水樣于燒杯中，在自然pH條件下均添加35 mg/L的PAM，在200 r/min下攪拌5 min，不同沉降時(shí)間下的上清液水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見圖5。

圖5 絮凝沉降時(shí)間對(duì)金屬離子和 CODCr去除率的影響Fig.5 Effects of removal rate of metal ion and CODCr With different time of coagulating■—Cu2+；●—Pb2+；▲—Zn2+；◆—CODCr

從圖5可知，隨著絮凝沉降時(shí)間的延長(zhǎng)，金屬離子和CODCr的去除率均呈先快后慢的上升趨勢(shì)，拐點(diǎn)約為15 min。因此，確定PAM的絮凝沉降時(shí)間為15 min，對(duì)應(yīng)的上清液水質(zhì)指標(biāo)見表3。

從表3可知，經(jīng)PAM絮凝沉降，上清液中Cu2+和Zn2+的含量較低，Pb2+含量和CODCr值較高。

表3 上清液的水質(zhì)分析結(jié)果Table 3 The water quality analysis results of the supernatant

CODCr值較高說明廢水中的捕收劑、起泡劑脫除有限，若該上清液直接回用，在較高濃度的Pb2+活化下，鋅礦物在浮鉛時(shí)也隨之上浮，影響鉛精礦品質(zhì)和后續(xù)鋅的回收。因此，需對(duì)經(jīng)PAM絮凝沉降的澄清液重點(diǎn)進(jìn)行降CODCr(也即脫除捕收劑和起泡劑等有機(jī)物)和降Pb2+濃度試驗(yàn)。結(jié)合選礦中脫除浮選藥劑的經(jīng)驗(yàn)及廢水凈化處理實(shí)踐，決定對(duì)PAM絮凝沉降澄清液開展活性炭吸附處理試驗(yàn)。

2.3 活性炭吸附試驗(yàn)

2.3.1 活性炭用量試驗(yàn)

取100 mL上述澄清液置于200 mL的燒杯中，加入不同量的活性炭，在200 r/min下攪拌吸附20 min，再沉淀15 min，上清液水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見圖6。

圖6 活性炭用量對(duì)Pb2+和CODCr去除率的影響Fig.6 Effects of removal rate of metal ion and CODCr with different dosage of activated carbon ●—Pb2+；◆—CODCr

從圖6可知，隨著活性炭用量的增大，Pb2+和CODCr的去除率上升，當(dāng)活性炭用量達(dá)到100 mg/L后，Pb2+和CODCr的去除率上升幅度非常有限。因此，確定活性炭用量為100 mg/L。

2.3.2 吸附時(shí)間試驗(yàn)

取100 mL上述澄清液置于200 mL的燒杯中，加入活性炭100 mg/L，在200 r/min下攪拌吸附一定時(shí)間，再沉淀15 min，上清液水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見圖7。

由圖7可知，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，Pb2+和CODCr的去除率上升，當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到20 min后，Pb2+和CODCr的去除率上升幅度非常有限。因此，確定吸附時(shí)間為20 min。對(duì)應(yīng)的上清液水質(zhì)分析結(jié)果見表4。

表4 處理后廢水水質(zhì)分析結(jié)果Table 4 The water quality analysis results on treated wastewater

圖7 吸附時(shí)間對(duì)金屬離子和 CODCr去除率的影響Fig.7 Effects of removal rate of metal ion and CODCr with different adsorption time ●—Pb2+；◆—CODCr

由表4可知，處理后廢水水質(zhì)較處理前明顯改善，其中固體懸浮物降幅為81.43%；CODCr降幅高達(dá)74.56%；金屬離子中除Cu2+去除率達(dá)90.16%，其余金屬離子去除率高達(dá)93%以上。

3 處理后廢水回用效果比較試驗(yàn)

為檢驗(yàn)經(jīng)PAM+活性炭處理后廢水回用生產(chǎn)的可能性，在實(shí)驗(yàn)室用處理后的廢水按現(xiàn)場(chǎng)流程和藥劑制度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)礦石選礦試驗(yàn)，并與自來(lái)水、未處理廢水試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，試驗(yàn)流程見圖8，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖8 閉路試驗(yàn)流程Fig.8 Closed circuit test process表5 不同用水條件下浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Flotation test results withdifferent feeding water

%

從表5可知，未經(jīng)處理的廢水直接回用，不僅鉛精礦鉛品位明顯較低、鋅含量非常高，而且鋅精礦鋅回收率也明顯較低；采用凈化后的廢水處理礦石，其鉛精礦、鋅精礦指標(biāo)與用自來(lái)水相比差異很小。說明用PAM絮凝+活性炭?jī)艋蟮膹U水回用生產(chǎn)是完全可行的。

4 結(jié) 論

(1)甘肅某鉛鋅礦選廠所處理的為典型的混合型難選鉛鋅礦石，選礦廢水不僅pH值較高，而且Cu2+、Pb2+等重金屬離子含量非常高，藥劑殘余嚴(yán)重，既不適合直接回用生產(chǎn)，更不適合直接外排。在水資源緊張、生態(tài)脆弱的礦區(qū)，將處理后的選礦廢水回用生產(chǎn)，不僅可以解決生產(chǎn)用水緊張問題，為企業(yè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以保護(hù)礦區(qū)周邊的環(huán)境和水資源安全，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。

(2)試驗(yàn)研究表明，PAM絮凝可以顯著降低廢水中Cu2+和Zn2+離子的濃度，活性炭吸附可進(jìn)一步降低Pb2+離子濃度和CODCr值。PAM絮凝+活性炭吸附工藝處理后的選礦廢水水質(zhì)明顯改善。其中固體懸浮物降幅為81.43%；CODCr降幅達(dá)74.56%；Cu2+去除率達(dá)90.16%，Pb2+、Zn2+、Fe3+等金屬離子去除率高達(dá)93%以上。

(3)采用凈化后的廢水處理礦石，其鉛精礦、鋅精礦指標(biāo)明顯優(yōu)于用未經(jīng)處理的廢水生產(chǎn)的指標(biāo)，與用自來(lái)水生產(chǎn)的指標(biāo)差異很小。說明用PAM絮凝+活性炭?jī)艋蟮膹U水回用生產(chǎn)完全可行。

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(責(zé)任編輯 羅主平)

Study on Purification and Recycling of Dressing Wastewater from a Lead-zinc Plant of Gansu

Qiu Shumin Zhao Xiaofeng Li Guodong

(NorthwestResearchInstituteofMiningandMetallurgy，Baiyin730900，China)

In order to solve the cyclic utilization problems on waste water in a lead zinc plant in Gansu，effect of natural purification treatment was explored，and the influences of different flocculants on the treatment efficiency of waste water are contrasted.Further study on the process parameters of activated carbon reprocessing was conducted based on the optimum process parameters using PAM，finally，the product index of treatment using wastewater both before and after purification and the tap water was compared.The results show that ①water quality improvement significantly by using PAM flocculation + activated carbon adsorption to treat wastewater，the reduction of solid suspended solids was 81.43%;the CODCrreducing rate is 74.56%；the Cu2+reducing rate is 90.16% and Pb2+，Zn2+，F(xiàn)e3+removal rate was up to 93%；②treatment of ore by using purified wastewater，the indexes of lead concentrate and zinc concentrate were better than those of untreated wastewater，with the use of tap water production indicators have small differences.So，the purified wastewater return to production is completely feasible.

Bulk Lead-zinc ore，Dressing waste water，PAM Coagulating sedimentation，Activated carbon adsorb

2015-07-27

邱樹敏(1985—)，女，工程師。

X751.03

A

1001-1250(2015)-11-169-05