嚴(yán)思明，蘭秋平

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

HDS 底泥是在礦山酸性廢水中回收銅離子之后，采用石灰或電石渣酸堿中和（HDS 工藝）處理產(chǎn)生的底泥，其主要成分為硫酸鈣、氫氧化鐵、氫氧化鋁等，經(jīng)浸出毒性和腐蝕性鑒別，屬于I類工業(yè)固體廢物。德興銅礦采區(qū)酸性水處理廠每年處理酸性水1200 萬t 左右，產(chǎn)泥量約20 萬t/a，其中一部分用作自循環(huán)料漿，其他全部直接排放到廢石場(chǎng)，占用了寶貴的礦山空間。隨著國(guó)家對(duì)資源綜合利用以及環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，德興銅礦對(duì)HDS 底泥進(jìn)行資源綜合利用，即作為調(diào)節(jié)化學(xué)硫化技術(shù)除鐵工藝pH 值（代替電石渣或石灰粉添加），這樣既可以有效緩解底泥的堆存問題，又節(jié)約石灰用量，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，是江銅集團(tuán)循環(huán)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的重要體現(xiàn)，同時(shí)也為HDS 底泥進(jìn)一步綜合利用奠定良好基礎(chǔ)［1-7］。

2 HDS 底泥處理酸性水工藝原理及可行性分析

2.1 工藝原理

經(jīng)烘干分析測(cè)定，HDS 底泥中有效CaO 含量為7.8%，其中CaCO3含量為3.5%。利用HDS 底泥未充分反應(yīng)的堿性物質(zhì)（漿料pH 值為8.0 ～8.7左右），把除鐵工藝pH 值調(diào)節(jié)到3.3 ～3.5，來達(dá)到去除三價(jià)鐵的目的。具體表現(xiàn)為HDS 底泥中殘留的碳酸鈣與酸性水中的氫離子以及酸性水中三價(jià)鐵離子與氫氧根離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即CaCO3+2H+→Ca2++CO2↑+H2O，F(xiàn)e3++3OH-→Fe(OH)3↓。

另外，HDS 底泥堿性弱、顆粒粗，工藝控制更加穩(wěn)定，有助于漿料固液分離效果，減少雜質(zhì)進(jìn)入后端硫化工藝，為提高銅精礦品位和減少硫氫化鈉消耗奠定基礎(chǔ)。

2.2 小試及可行性分析

在小試研究中發(fā)現(xiàn)，鐵區(qū)pH 調(diào)節(jié)到3.3，1L的酸性水只需要添加31.91g 質(zhì)量濃度為15%的底泥（干量4.79g），因此完全可用HDS 底泥來調(diào)節(jié)化學(xué)硫化技術(shù)除鐵工藝pH 值。與石灰相比，具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：除鐵工藝，雖然HDS 底泥比電石渣或石灰堿性弱，但是工藝過程控制更穩(wěn)定，可以減少銅離子損失率和提高三價(jià)鐵離子去除率；銅回收工藝，硫氫化鈉優(yōu)先與三價(jià)鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)，預(yù)處理工藝三價(jià)鐵去除率越高，硫化工藝硫氫化鈉用量越少，大約每升酸性水少用0.4mL硫氫化鈉（質(zhì)量濃度10%）；HDS 工藝，雖然石灰用量偏大，但是從整個(gè)工藝來看，每升酸性水少用石灰乳（質(zhì)量濃度15%）5.48g（干量0.822g）。從小試結(jié)果可知，HDS 底泥完全可用于采區(qū)酸性水預(yù)處理工藝。

3 HDS 底泥在德興銅礦采區(qū)酸性水處理的應(yīng)用

3.1 工藝改造

目前德興銅礦采區(qū)酸性水處理廠利用石灰進(jìn)行除鐵（化學(xué)硫化除鐵工藝），其工藝流程見圖1。

圖1 現(xiàn)有工藝流程

圖2 改造后HDS 底泥回用除鐵工藝流程

為了減少HDS 底泥產(chǎn)生量以及增加其資源化綜合利用，利用HDS 底泥進(jìn)行酸性水預(yù)處理，因此需對(duì)原有的工藝管路進(jìn)行改造，其改造后工藝流程見圖2。

3.2 HDS 底泥在德興銅礦采區(qū)酸性水處理的應(yīng)用

HDS 底泥采用自動(dòng)化添加（pH 控制值3.3），為了保證工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性，另增加了底泥小流量連續(xù)添加點(diǎn)，HDS 工藝pH 值控制在7.6，每天取一次水樣進(jìn)行分析，其運(yùn)行結(jié)果見圖3 和圖4，具體指標(biāo)見表1。

表1 硫化銅工藝及HDS 工藝水質(zhì)分析結(jié)果

圖3 進(jìn)水流量、運(yùn)行時(shí)間對(duì)銅綜合回收率的影響

從上圖可以看出，為了驗(yàn)證HDS 底泥添加效果，進(jìn)行了不同進(jìn)水流量試驗(yàn)，整個(gè)工藝能夠良好穩(wěn)定運(yùn)行，銅離子損失少，銅回收率94%～96%之間，且進(jìn)水量變化對(duì)銅回收率影響不大，主要是添加HDS 底泥比直接添加石灰乳或電石渣反應(yīng)緩慢，且底泥中含有較大粗顆粒，更容易形成晶種，加速漿料固液分離效果，因此工藝更容易控制，除鐵工藝pH 變化趨勢(shì)更加穩(wěn)定，保證了銅綜合回收率。

圖4 運(yùn)行時(shí)間對(duì)HDS 底泥濃度和添加量的影響

從上圖可以看出，雖然HDS 底泥添加量在不斷變化，但是HDS 底泥穩(wěn)定在12%～15%，確保預(yù)處理除鐵工藝運(yùn)行穩(wěn)定。主要是因?yàn)橛袃商譎DS工藝系統(tǒng)，一套系統(tǒng)專門控制底泥添加量調(diào)節(jié)鐵區(qū)pH 值，隨時(shí)根據(jù)底泥濃度變化，調(diào)節(jié)兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)水量以及控制HDS 排泥量來滿足工廠不同進(jìn)水量，從根本上保證了工藝的穩(wěn)定性。

從HDS 底泥工業(yè)化應(yīng)用結(jié)果來看，整個(gè)工藝能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行。另外，從德興銅礦檢化中心化驗(yàn)結(jié)果來看，銅精礦品位基本保持在35%左右（以前平均品位只有30%左右），出水水質(zhì)達(dá)到《銅、鎳、鈷工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25467-2010）。究其主要原因是除鐵工藝穩(wěn)定，減少雜質(zhì)進(jìn)入后端銅回收工藝，在降低硫氫化鈉單耗的同時(shí)，又提高銅精礦品位。

4 技術(shù)應(yīng)用成果

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

只需在原有工藝上新鋪設(shè)一路HDS 底泥添加管，原材料成本及人工費(fèi)8 萬元左右，而工藝改造后產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）石灰用量。采用HDS 底泥預(yù)處理，每噸酸性水石灰用量4.75kg，改造前每噸酸性水石灰用量5.55kg，每噸酸性水少用石灰0.8kg，這與小試試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，按處理酸性水1200 萬t/a，石灰200 元/t，每年可節(jié)約石灰成本192 萬元。

（2）銅金屬量。采用HDS 底泥預(yù)處理，從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來看，銅回收率可達(dá)94%左右，比采用石灰進(jìn)行預(yù)處理（銅回收率約92%）提高了2 個(gè)百分點(diǎn)，按處理酸性水1200 萬t/a，銅離子100mg/L，每年可在原有基礎(chǔ)上多回收24t 銅，直接經(jīng)濟(jì)效益約96 萬元。

（3）硫氫化鈉用量。采用HDS 底泥預(yù)處理，平均每噸銅金屬消耗硫氫化鈉1.78t，而采用石灰進(jìn)行預(yù)處理，平均每噸銅金屬消耗硫氫化鈉1.97t，硫氫化鈉3600 元/t，如果按回收銅金屬量1000t/a，每年可節(jié)約硫氫化鈉藥劑成本68.4 萬元。

4.2 環(huán)保效益

采用HDS 底泥作為酸性水預(yù)處理，石灰單耗降低，說明底渣產(chǎn)生量降低。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，每年可減少10%左右的產(chǎn)泥量，因此可以減緩底泥庫庫存壓力，同時(shí)可減少其對(duì)周邊環(huán)境的影響。

4.3 技術(shù)進(jìn)步

添加HDS 底泥，除鐵工藝更加穩(wěn)定，這樣就保證了銅回收率和鐵去除率。從現(xiàn)場(chǎng)濃密機(jī)運(yùn)行情況來看，其上清液要更清澈，即SS（懸浮物）相對(duì)要低，說明添加HDS 底泥后漿料固液分離效果好，加速顆粒沉降。另外，銅精礦品位也得到一定提高。

5 結(jié)語

HDS 底泥用于酸性水前期處理，實(shí)踐證明技術(shù)上是可行的、經(jīng)濟(jì)上是合理的，不僅可以提高銅綜合回收率和銅精礦品位，還可以減少石灰、硫氫化鈉藥劑消耗，在產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)發(fā)揮出資源綜合利用的環(huán)保效益，同時(shí)對(duì)后端HDS 工藝幾乎不造成影響，出水水質(zhì)達(dá)到《銅、鎳、鈷工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25467-2010）［8-9］。此項(xiàng)技術(shù)可在其他有色金屬行業(yè)中酸性水處理得到推廣應(yīng)用，具有很強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)化價(jià)值。