彭雪根
哈密和鑫矿业有限公司
摘要:有色金属是国民经济发展的基础材料，广泛应用于航空航天、机械制造、电力工程、交通运输、电子信息及国防军工等行业，加速有色金属矿产资源的开发利用对促进国民经济的可持续发展具有重要意义。但有色金属矿普遍有用矿物含量低、嵌布粒度细，在选矿过程中排弃的尾矿成为了矿山主要固体废弃物之一，因其粒度细、残留选矿药剂及含重金属等，大量的尾矿在地面筑坝堆存，对环境造成了严重危害;然而，随着经济的快速发展，矿产品的需求量与日俱增，但矿产资源经历多年的开采，矿石品位下降，甚至部分矿石资源正逐步枯竭，使得尾矿作为二次资源进行综合利用愈发重要。
关键词：有色金属矿山；选矿废水处理技术；生产应用
引言
在人类生存和发展中，矿产资源是重要保障。矿产资源对经济发展和社会进步发挥着极为重要的作用。矿产资源是一种不可再生资源。随着经济社会的发展，矿产资源的使用量不断上升，随之而来的矿山开采规模越来越大，进而致使矿产资源面临着紧缺问题。在矿山开采过程中还会对环境造成破坏，严重影响到了生态稳定。
1选矿废水处理工艺
在选矿厂生产过程中所产生的所有外排水统称为选矿废水，其来源主要包括选矿工艺排水、尾矿池溢流水和矿场排水。具体分为:(1)精矿含的水，精矿产品脱水时所排出的滤液。(2)尾矿含的水，指在尾矿库经澄清和净化后再排放的废水。(3)工业场地的冲洗水，主要由地面的流失矿浆和洗矿水组成。(4)选矿设备用水，主要由清洗水和冷却水组成。(5)选矿厂的卫生废水和雨水，成分较复杂，水量较小，其中含有大量的固体颗粒、悬浮物、无机或有机药剂等。(6)选矿流程中可能会出现的“跑、冒、滴、漏”，这部分水主要由于设备的老化及管道密封性下降所导致的，其会对工艺流程中的参数及后续药剂的添加造成影响，一定程度上会增加废水中药剂的残留量。选矿废水含有矿泥和其他污泥，以及部分选矿药剂等混合污染，废水一般浊度在mg/L，pH为10~12，具有重金属超标等问题，如果完全处理达标排放，建设和成本费用较高，但经过精细处理用于循环使用，可实现高效节约。设计如图１所示的选矿废水的处理工艺流程，采用石灰中和及改进SBR法，先经均质调节池沉淀，除去大量污泥，经pH槽调节pH值后输送到斜板沉淀池环流沉淀，再经IAT-DAT曝气加药处理去除污染物，降低COD指标，从而得到pH为６～７、SS在50mg/L以下的清水。处理后的清水提升到高位水池重新用于选矿作业中，而搜集的尾矿进入尾矿处理库。水处理与选矿生产闭环连接，完成了水循环使用，达到了高效节约的目的。
图１ 工艺流程
2选矿废水对环境的危害
选矿废水对自然环境的危害主要体现在:(1)大量含有酸或碱的废水外排，对环境的危害主要是会降低或升高所接受水体的pH值，使其偏离水中生物能够正常生存的pH值范围，从而导致水中生物的大量死亡，进而加剧水体自净能力的破坏程度，给水体造成难以逆转的损害。(2)废水中含有的大量悬浮物，会对浮游植物的光合作用施加影响，恶化水体环境，使水体富营养化。(3)废水中含有的大量重金属离子，若其被植物吸收进入体内后，会导致植物的生长和发育受到影响，甚至枯萎、死亡;同时重金属还能打乱水生动物的正常机体代谢，影响到它们的发育。另外，人类健康也会因为食物中的重金属富集而遭受损害。(4)废水中残留的药剂，除了会增加水体的COD和BOD外，还会一定程度上影响水生生物的生长。Be-nin研究发现，废水中残留药剂如黄药能够对水生浮游植物的生长造成影响。另外，如果残留药剂中含有氰化物，那么该种废水将具有剧毒。
3选矿废水的处理方法
3.1人工湿地法
人工湿地法是一种近几年发展成熟的水处理方法，它由基质、水体、水生植物、好氧和厌氧微生物种群、水生动物五部分组成，结合了物理、化学、生物多种方法。酸性矿山废水流经湿地时，湿地中的植物、基质和微生物群落可以过滤、拦截废水中的悬浮物，并先后发生沉积、吸附、离子交换、氧化还原等作用，将重金属离子从水体中分离出来。人工湿地具有系统稳定性强、二次投入少、不产生污泥、没有二次污染、基建费用较低、耗能低、运行费用低、抗冲击能力强等特点。它在净化污水的同时还可以保护生态环境，是应用前景非常广泛的污水处理新工艺。但其缺点也很明显：为了保证水力停留时间，需要足够大的土地面积；为了湿地生态系统的稳定，进水pH需要大于4。因此，使用湿地法处理特定地域的特定水质时，要进行认真分析和研究，因为系统的长期运营和管理非常重要。
3.2絮凝法
絮凝法是一种常用的选矿废水治理方法，其原理即为絮凝剂的作用机理。常用的絮凝剂有聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和三氯化铁等。絮凝剂在水中的作用过程分为凝结、架桥和沉降三个阶段。在凝结过程中，药剂中和微粒表面上的电荷，其作用力为范德华力。在该力的作用下，粒子间相互吸引，相互靠近，最终凝结在一起;在絮凝过程中，絮凝剂通过架桥作用将微细粒聚集成大颗粒的絮凝体;在沉降阶段，絮凝体由于尺寸大，在重力作用下沉降下来。采用田菁胶和聚丙烯酰胺对铜录山选矿厂废水进行了处理。结果表明:沉降速度因加入了絮凝剂而加快。研究发现，向pH11～12的选矿废水中加入稀硫酸，将废水的pH值调节到10左右，然后再加入硫酸亚铁溶液作为混凝剂，以及聚丙烯酰胺溶液作为絮凝剂，反应30～60min后，其处理的废水可以返回到原工艺流程中回用。在处理某钨矿高砷选矿废水时发现，三氯化铁为最佳的除砷混凝剂。尽管用絮凝法处理废水比较简单，但是其处理效果却很难保证，而且该法所用到的絮凝剂用量较大，容易造成二次污染，后续的沉渣往往也很难处理。故该法一般只用来作为选矿废水的预处理。
3.3进一步强化法律法规的建设与实施
强化相关矿山环境法治与制度方面的建设，积极构建完善的法律法规相关体系，以便更好地促进矿山环境保护和治理工作更加科学规范化。如可充分结合各地区矿山环境的具体情况及发展现状，制订相关政策、规范，且需全面落实和执行到矿山资源开发利用全过程中的各个不同的阶段中去，以为矿山环境保护和治理给予强而有力的制度保证，使矿山环境保护和治理工作面向法制化方向发展。与此同时，还需进一步强化环境保护的监督管理工作，加大其执法工作力度，尤其是对于一些正在实施中的工程项目，更应当加强管理制度及责任的落实，全面保障工程项目的整体实施质量，尽可能避免发生地质灾害事故，切实制订和落实矿山环境保护和治理有关责任，严格按照相关法律法规落实好环境保护监督及检查工作。另外，还需强化矿山周围环境的实时监测，如发现有严重破坏矿山环境的企业，应当及时现今其限期内完成治理，同时加以依法处理。
3.4吸附-生物工艺
吸附剂用于酸性矿山废水对于水体中重金属的去除具有很好的效果，但是去除SO42-的效果不是很明显。为此，采用吸附生物联用技术，向废水中加入SRB，在吸附重金属的前提下，弥补SO42-去除率低的不足。同时，固体吸附材料可以为SRB提供载体，使其附着在材料表面，为SRB生长提供更加适宜的环境。DONG等[14]利用煤矸石作为吸附剂，与SRB联用处理含有铁、锰元素的酸性矿山废水。研究表明，煤矸石-SRB体系处理酸性矿山废水具有非常好的效果，且没有出现二次污染现象。煤矸石既能沉淀酸性矿山废水中的金属离子，又能降低酸性矿山废水对SRB的毒性，保证SRB的正常生长。SRB附着在煤矸石表面，酸性矿山废水中的SO42-通过异化作用转化为S2-，最终形成固体硫化物颗粒。刘新星等[15]采用碳纳米颗粒（CNPs），建立SRB/CNPs体系对含铜废水进行处理，研究发现，CNPs和SRB反应具有明显的相互促进作用。SRB/CNPs兼具吸附和生物处理特性，CNPs还降低了废水对SRB的毒性。SRB/CNPs体系对铜离子的处理效果明显，具有很好的应用前景。
3.5化学沉淀法
化学沉淀法的基本原理是向废水中加入一些化学物质，与废水中待去除的目标物反应，形成不溶性沉淀物，从而去除目标物。化学沉淀通常用于处理含有汞、铅、铜、锌、铬、氟和砷等有毒化合物的废水。在该方法中，将氢氧化物、硫化物或碳酸盐添加到废水中，废水将与上述有毒化合物反应形成沉淀并被去除。例如利用钡盐能与六价铬反应生成铬酸盐沉淀的机理，可用它来处理含六价铬的工业废水;利用石灰能与氟化物反应生成氟化钙的性质，可将石灰投入废水中，用以去除水中的氟化物;同样地，向含氰废水中投加硫酸亚铁，能够将废水中的氰化物转化为亚铁氰络合物，降低水中氰根离子的浓度。另外，该方法生成的亚铁氰络合物还能与废水中含有的重金属离子发生反应生成(Me2Fe(CN)6·6H2O)沉淀，可以起到一定的重金属离子去除效果。
3.6改性煤矸石处理废水
煤矸石是煤炭开采和洗选过程中排放的固体废弃物。随着煤炭工业的不断发展，煤矸石的数量也日益增多。多年来，新增煤矸石面积超过hm2，堆积量以1.5~2.0t/a的速度递增。大量煤矸石的堆积会产生氧化和放热，导致内部温度不断升高，在一定温度和压力下容易发生自燃，造成严重的自然灾害。另外，在煤矸石氧化过程中，SO2等有毒气体的排放会对环境造成污染。目前，煤矸石的利用方式主要集中在广泛直接利用烧砖、混凝土砌块制造和水泥制造。这些应用方法未能充分发挥煤矸石的潜在价值。根据煤矸石的特性，国内外学者探索了一系列煤矸石改性方法，使其在水环境问题处理中大放异彩。绝大多数吸附时间的影响同投加量的规律相似。研究发现针对处理不同来源的废水，改性煤矸石吸附时间有较大的差异。利用改性煤矸石处理水中氨氮离子时，实验最佳时间大约为min，吸附剂在最佳粒径、投加量以及吸附时间反应条件下，对废水中氨氮去除率在40%以上，为水中氨氮去除提供了参考价值。在降解印染废水中的COD和色度的过程中，吴俊峰等发现通过粉碎焙烧-酸化回流制备的改性煤矸石仅吸附5min即可对目标降解物达到最佳吸附效果。目前，当改性煤矸石作为吸附剂时，吸附时间大约为90~min时，去除效果较为出色。
3.7微生物处理法
作为一种具有良好发展前景的微生物处理法近年发展很快，尤其是在治理酸性选矿废水方面，更具有其独特的优势。其原理是利用微生物体内的生化反应来消耗掉水体中的有机污染物，同时微生物因其具有的一些构造和生物特性，能够吸附和分解部分重金属离子，最终使废水得到净化。但是由于不同矿山所产生的选矿废水的性质差异，若想采用微生物处理法来处理这些废水，就必须找到相应的、能够对这些废水中的污染物有很好处理效果的微生物。从某铅锌矿区的排水沟土壤中分离出来的耐铅锌微生物菌株T1，对酸性选矿废水中的Zn2+和Pb2+具有很好的吸附效果。在利用生物制剂对云南某铅锌矿废水处理工艺进行改进时，可以使得改造后废水中的铅离子去除率大于99．7%，锌离子的去除率大于99．2%，砷离子的去除率大于96%以及铊离子的去除率达到90%;同时出水中的COD的去除率也能达到80%。
结束语
综上所述，尽管当前选矿废水的处理有多种方法，但是，大多数企业采用的仍然是化学沉淀法和化学氧化法等容易造成二次污染的老方法。像人工湿地法、微生物处理法和光催化氧化这类处理效率高且生态友好的新方法却很少被企业采用，这主要是因为这些新方法有的还只是处于实验室阶段，无法实际运用;有的受外界影响较大，运行不稳定。只有解决好这些问题，废水的处理方法才能做到更新换代，向着更加环保、更加生态的方向进步。
参考文献
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