磷矿浮选尾矿水污染物释放的实验

周娜娜,汤亚飞,梁 震

(武汉工程大学环境与城市建设学院,湖北 武汉 430074)

0 引 言

磷矿浮选产生的尾矿存放于尾矿库中,受降雨淋滤的作用,尾矿中的磷及捕收剂会释放进入水环境中,是水体产生富营养化的因素之一.磷矿开采开发所带来的环境问题已引起国内外学者的广泛关注[1-2],但大多研究主要针对磷在环境中的吸附性能[3]或模拟磷矿区磷的动态流失过程[4],对不同磷浮选工艺尾矿水污染物释放的研究鲜有文献报道.

本文利用两种典型的磷矿浮选工艺产生的尾矿,采用静态的批平衡实验,研究磷、有机物(以TOC表示)的释放特性和浸出液pH值的变化趋势,分析几种水污染物对环境造成的潜在影响.

1 样品与实验方法

1.1 实验样品

磷矿石采自宜昌某磷矿,其化学组成分析结果见表1.矿石破碎至1 mm,分样、装袋备用,每袋1 kg.

表1 磷矿样品的化学组成(%)

矿样在棒磨机中磨至-0.074 mm(85%),采用单一反浮选或正反浮选开路实验获得浮选尾矿,工艺条件分别为:

单一反浮选:H2SO415 kg/t+TMG捕收剂1.2 kg/t,尾矿产率20.97%、含P2O59.99%.

正-反浮选:Na2CO36 kg/t+水玻璃2 kg/t+TMG1.2 kg/t、H2SO412 kg/t+TMG捕收剂0.6 kg/t,尾矿产率27.95%、含P2O511.25%.

1.2 释放实验

采用翻转振荡器进行分批浸出实验.取1 L去离子水预先调好初始pH,分别加入100 g矿样,振荡频率为(110±10)次/min.到达预定的浸出时间时,取样用0.45 μm微孔滤膜过滤,收集滤液后立即进行各种分析.

1.3 测试方法

溶液中磷含量的测定采用钼锑抗分光光度法.TOC的测定采用NPOC法,仪器为multiN/C2100/2100s型TOC分析仪.pH值用pH计(pHS-3C型)直接读数.

2 结果与讨论

2.1 磷的释放特征

对比两种工艺尾矿和原矿在不同的初始pH下磷的释放,结果如表2.

液相中磷浓度随时间的延长缓慢增长,当达到一定时间后,磷的溶出浓度趋于稳定,介于0.6～0.65 mg/L,表明磷的释放和吸附已达到动态平衡.根据《污水综合排放标准》(GB8978-1996),磷的平衡释放溶度已对水环境造成潜在污染.而且磷的平衡浓度受初始pH、样品中磷含量和浸出次数的影响较小,说明含磷物料对水环境影响是持久的.

表2 不同条件下磷矿原矿和尾矿中磷的平衡释放浓度

2.2 有机物的释放特征

磷矿的基本组成为无机矿物,尾矿中的有机物来自浮选过程中所加入的捕收剂,尾矿在浸出过程中有机物会发生解吸,不同条件下浸出液中的TOC浓度见图1.

图1 不同pH值条件下尾矿中的TOC释放浓度

对于两种浮选工艺尾矿,初始pH值越低,初次浸出液中TOC浓度越高.这是由于吸附于尾矿上的捕收剂在酸性条件下溶解度较大,溶液酸性增强有利于尾矿中捕收剂的解吸释放,导致有机物溶出浓度增高.单一反浮选尾矿经过三次浸出后,液相中的TOC浓度已与溶液的背景浓度(6.61 mg/L)大体一致,这表明,磷矿单一反浮选工艺产生的尾矿经三次淋滤后,吸附的有机物可以完全释放.正-反浮选工艺尾矿中TOC的初次浸出浓度与单一反浮选相似,只是须经过四次浸出后,液相中的TOC才达到背景值.由于正-反浮选工艺中捕收剂的加入量大于单一反浮选工艺,尾矿中的残余量也较多,因此需要更多的淋滤次数才能将其中的有机物全部溶出.

2.3 淋滤液pH值的变化特征

图2 磷矿浮选尾矿淋滤液pH值随时间的变化

3 结 语

a. 由于尾矿中所含的磷酸盐、碳酸盐对pH具有缓冲作用,淋滤液的pH值能够稳定在中性至弱碱性水平,不会对水环境造成影响.

b. 尾矿中的磷释放后会对水环境产生影响,且这种影响是持久的.

c. 尾矿吸附的捕收剂在浸出过程中会释放,且溶液酸性越强,释放浓度越高;与单一反浮选工艺相比,正-反浮选工艺尾矿需要更多的淋滤次数才能将其中的有机物全部溶出.两种浮选工艺尾矿中的有机物对当地环境产生短期的影响.

参考文献:

[1]施为光,杨菊仙.四川省清平地区磷矿废渣对水体的影响研究农村生态环境,1997,13(2):21-24.

[2]吕黠锋,曹金绪,王占岐.磷矿山环境污染的形成与防治矿产保护与利用,2002,10(60):10-15.

[3]Dimirkou A, Ioannou A, Doula M, Preparation.Characterization and sorption properties for phosphates of hematite, bentonite and bentonite-hematite systems[J].Advances in Colloid and Interface Science,2002,97:37-60.

[4]冯慕华,郑锦,李文朝,等.云南省抚仙湖流域帽天山磷矿区磷流失过程模拟研究[J].环境化学,2007,26(6):801-804.

[5]杨林军,张允湘,钟本和.湖北磷矿的特性研究[J].磷肥与复肥,2001,16(4):9-11.