广西某些花岗岩型铅锌矿采矿废水石灰-混凝法处理研究

莫 斌，余 谦

(1.广西宇宏环保咨询有限公司，广西 崇左 532299；2.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西 桂林 541004)

0 引言

随着社会的不断发展，人们对矿产资源的要求日益增高，而在选矿开采、尾矿堆放、废石场中会排出含有多种重金属的酸性废水，我国每年酸性矿山废水的排出量占全国工业废水总排放量的1/10，但仅有不到5%得到处理[1]。重金属离子具有难降解、随食物链富集的特性，若用被污染水体对农作物进行灌溉，水中的重金属便会进入土壤、被植物富集并在食物链层层积累，人类位于顶端会深受其害。目前酸性矿山废水治理方法主要有源头控制技术和末端治理技术。

1)源头控制技术

氧气与水是酸性矿山废水的重要形成因素，隔绝硫化物矿物与其接触是有效的源头阻控技术，国外常在硫化物表面添加粉煤灰、石灰泥等碱性工业废弃物，形成屏障减少酸性矿山废水产生[4-8]，虽然覆盖材料种类繁多，操作方便，但易受矿区天气限制，很难大规模应用。

除了氧气与水之外，微生物也是酸性矿山废水形成的原因之一，向矿物中添加有效的杀菌药物能抑制微生物活性，减少酸性矿山废水形成[9-10]。

2)末端治理技术

物理化学法：最常用的是化学沉淀法，向水加入足够的碱度使pH值升到6～9之间，水中重金属会形成难溶的氢氧化物并沉淀[11-13]。

物理法：常采用吸附、离子交换及膜处理，通常与化学法联合使用[14-17]，由于成本高，目前仍停留在试验室阶段。

生物法：生物法分为植物和微生物两种手段，大多数重金属能够被植物体吸收积累，植物也能够和湿地系统中存在的微生物联合固定重金属[18-19]，由于自然界耐酸植物难以寻找，植物修复技术仍在探索之中。

能去除重金属且同时升高水中pH值的微生物十分有限，目前研究者聚焦于硫酸盐还原菌，多项证明可以处理酸性重金属废水[20-22]，是最具前景的酸性矿山废水处理技术之一。

本文采用化学沉淀和化学絮凝来处理酸性矿山废水[23-24]，并进行大规模的工程应用。

1 花岗岩型铅锌矿地质概况

广西花岗岩型铅锌矿一般产于花岗岩与围岩接触带、花岗岩或斑岩体内(如梧州佛子冲铅锌矿床[25]、南丹拉么铅锌矿床[26]、广西贺县张公岭铅锌金矿床[27]、广西浦北新华铅锌矿床[28]、梧州宝山铜铅锌矿床[29])(表1)。金属矿石矿物组合主要为方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿等。脉石矿物常见为石英、长石、绢云母和重晶石等。均为地下开采，大多数矿都有较长的采矿历史，有完整的排水措施。

表1 广西某些花岗岩型铅锌矿床主要地质特征 Table 1 Main geological characteristics of granite-type lead-zinc deposits in Guangxi

2 采矿废水水质特征

采自广西某些花岗岩型铅锌矿矿井涌水水质，pH值在3.8～7.9之间，多数呈中性稍偏碱；SS(悬浮物)在19～158 mg/L；镉、汞、砷、铅、铜多数含量较低，仅有张公岭铅锌矿床铜含量为1.5 mg/L；浦北新华铅锌矿铅含量为0.95 mg/L，锌含量为0.144～68.2 mg/L，仅有梧州佛子冲铅锌矿和藤县象棋锌含量较低，为0.144～0.78 mg/L(表2)。

表2 广西某些花岗岩型铅锌矿采矿矿井涌水水质特征 Table 2 The water quality characteristics of some mining wells in granite-type lead-zinc deposits in Guangxi

3 试验方法及水质执行标准

3.1 试验水质

配置pH值等于7，Zn浓度为70 mg/L，Pb浓度为2 mg/L的原水进行试验。

3.2 分析方法

水质监测分析按国家《水和废水监测分析方法》(第四版)进行分析，项目有Pb、Zn、Fe等。

3.3 试验仪器和设备

多功能六联搅拌装置(可以控制搅拌速度、显示时间和温度)：型号J1-3，上海汗诺仪器有限公司；

原子吸收分光光度计测金属：日立Z2010，笔式酸度计，型号pH-033，杭州陆恒生物科技有限公司；

分析天平：型号BSA224S，德国赛多利斯公司；

玻璃器皿：外购；

各种分析试剂：外购。

3.4 水质执行标准

处理水质达到《铅、锌工业污染物排放标准》(GB 25466-2010)中水污染物排放浓度限值要求。

3.5 试验过程与结果

步骤1：对试样进行石灰溶液滴定实验，连续搅拌30 min，每隔10 min取1个样品进行分析，获得石灰用量与铅锌去除关系(表3)。

表3 石灰投加量与铅锌含量关系Table 3 Relationship between lime dosage and lead-zinc contents

由表3可见，加16 g/L石灰，铅去除率为85%，但锌尚有8mg/L；在20 g/L时，铅的去除率为82.5%，锌为2 mg/L，去除率为97.2%；在石灰添加到24 g/L时，铅的去除率为99.0%，锌的去除率为98.6%。

步骤2：取配置的废水，投加石灰20 g/L，反应时间30 min，搅拌30 min，300 r/min再投聚合氯化铝(PAC)，获得PAC的投加量(表4)。

表4 投加聚合氯化铝与铅锌含量关系Table 4 The relationship between polyaluminum chloride dosage and lead-zinc contents

由表4可见，投加PAC为0.6 mg/L，铅的去除率约为89.0%，继续投加PAC，铅的去除率没有增加，去除率恒定在约88.0%；投加PAC为0.6 mg/L时，锌的去除率最高，增加投加PAC时，去除率稍有降低，为99.3%～98.7%。

4 工程应用

根据实验结果，可以把治理采矿废水工艺流程概况为图1形式。矿井涌水与石灰加聚合铝进行反应后沉淀外排，污泥经浓缩后进入选矿工程。多次对花岗岩铅锌矿某个矿井涌水进水和出水进行检测(表5)。结果表明：外排水达到《铅、锌工业污染物排放标准》(GB 25466-2010)中水污染物排放浓度限值要求，污泥掺入原矿一起并入铅锌选矿工程处理后，尾砂进入尾矿库堆存。

表5 花岗岩型铅锌矿A矿污水处理站进水/出水水质分析结果Table 5 Analysis data of influent/effluent water quality in the sewage treatment station of A lead-zinc deposit

图1 矿山酸性废水石灰-混凝反应工艺流程示意图Fig.1 Schematic diagram of the lime-coagulationreaction process of mining acid waste water

对另一个花岗岩型铅锌矿矿井涌水和矿井涌水废水处理站出水口监测表明(表6)，外排水达到《铅、锌工业污染物排放标准》(GB 25466-2010)中水污染物排放浓度限值要求，污泥掺入原矿一起并入铅锌选矿加工处理后，尾砂进入尾矿库堆存。

表6 花岗岩型铅锌矿B矿污水处理站进水/出水水质分析结果Table 6 Analysis data of influent/effluent water quality in the sewage treatment station of B lead-zinc deposit

5 结论

本文是应用化学沉淀法和化学絮凝法处理酸性矿山废水中的重金属离子，向酸性废水中投加适量的碱性中和剂调节pH值，并提供大量的OH-离子，使重金属离子和OH-离子生成难溶于水的氢氧化物沉淀，再投加一定量的高效絮凝剂到废水中，使絮凝剂迅速均匀的扩散到水中，絮凝剂充分溶解后，所产生的胶体与水中原有的胶体及悬浮物接触后，形成许多微小的絮凝。

采用石灰-聚合铝二段处理工艺处理花岗岩型铅锌矿采矿废水，废水中pH值在酸性或中性、锌质量浓度为6.30～89.0 mg/L条件下，出水水质可以达到《铅、锌工业污染物排放标准》(GB 25466-2010)中水污染物排放浓度限值要求，表明该处理工艺可运用于花岗岩型铅锌矿采矿废水pH值和铅锌浓度变化大的治理工程。