选矿废水闭路循环减少尾矿对环境的污染研究

赵 瑾，郭天宇，任 皎，胡 琳

（中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司，辽宁 抚顺 113321）

红透山选矿厂是一座处理能力为2000吨/日的复杂多金属选矿厂，采用优先浮选法选别有用矿物，主产品为铜精矿、锌精矿和硫精矿。

选矿厂尾矿产量60%，尾矿三分之二用于井下充填，三分之一进入尾矿库，由坑口充填返回的细粒尾矿浆在选矿厂硫浮选地沟中与选矿厂地沟中的废水（设备冷却水、地面冲洗水等）汇合，并在厂外与脱水工序产生的过滤机滤液水、锌精矿溢流水汇合到一起，自流进入尾矿输送泵站，铜精矿浓缩机溢流水则要通过零号砂泵站压力输送到尾矿泵站，这些废水都由尾矿泵站输送到尾矿库，经尾矿库澄清后直接流入下游河道。由于硫精矿脱水系统能力不足，致使细颗粒硫精矿在室外露天沉淀池中沉淀，硫精矿溢流水直接进入沉淀池旁边的河道。改造前选厂排出的这些废水都直接排入下游河道，废水中的重金属和剩余药剂等污染物一旦进入水环境，均不能被生物降解，造成了一定的环境污染。环境保护是我们的责任和义务，实现选矿废水的零排放，即废水循环利用，就是对环境的最好保护。

1 选矿厂排水系统主要存在的问题

为了实现“选矿废水零排放”的环保目标，红透山选矿厂开展了全面的污染物排放调查，包括对生产工艺、设备设施、能耗、物耗、排污情况等做了细致的调研分析，查明选矿厂主要污染物的来源和数量，并与其他同类型的选矿厂进行了对比，找出生产中存在的主要问题。对生产工艺流程进行优化，并针对所排出的选矿废水的具体情况展开研究。

1.1 脱水流程主要存在的问题

选矿废水主要产自浮选流程和脱水流程。因此，两者的工艺是否先进合理，关系到所排放废水中杂质的含量和废水的排放量多少。浮选流程由于经过几十年的不断优化改造，目前采用的是充气机械搅拌式浮选机，充气量大，液面平稳，节省药剂用量，生产技术指标也处于国内较高水平，而脱水流程则存在较多问题，主要是排污严重。

1.2 尾矿输送存在的问题

尾矿浆及其它选矿废水都是通过尾矿输送泵站输送到尾矿库的。尾矿输送的原则是尽量采用自流输送，如果没有自流条件，也要采取自流压力输送相结合的半自流输送方式，即能自流的地方要自流，不能自流了才用压力方式输送[1]。

2 改造方案的确定及实施

2.1 脱水流程设备改造

Φ30m浓缩机，这一规格的浓缩机传动方式一般使用的是周边传动方式，齿条、辊轮和胶轮传动是其传动的三种方式。在工作时，由于胶轮传动的扭矩大，而且胶轮打滑还有可避免耙架扭曲导致变形引起的损害过大，这样可以大大缩短维修所用的时间。所以胶轮传动成为我们选择的传动方式。

浓缩机底流泵由PNJ胶泵改为ZJ系列渣浆泵。泵采用高铬耐磨合金铸铁，这种材料的使用不仅效率高，而且使用寿命长。该泵增添了除杂箱、溢流围板和变频调节器，除杂箱是来防止浆料中的杂质进入浓缩机，除杂箱是来保证出料管道畅通，溢流围板是以确保浓缩液不会排出，变频调整器的安装是为了保证均衡给矿。

2.2 尾矿输送设备的改造

尾矿输送泵站内设置3台100jzg-i-a50渣浆泵和2台变频系统。系统采用西门子三菱S7-200系列PLC。S7-200plc完成了对变频器、电机等设备的数据采集和控制，实现了电机转速的自动控制和调节以及第二台泵的自动联动，从而实现了一级扬送，达到了节能减排的目的[2]。

2.3 废水处理系统改造

选矿生产所产生的废水种类较多，其中有清水，也有浑浊的水，有酸性废水，也有碱性废水。因为尾矿库距离选矿厂较远，如果将清水和浑浊的水一并排到尾矿库去，输送距离远，耗能高。所以我们考虑将清水和浑浊的废水分开处理，浑浊的水进入尾矿库沉淀曝气，清水自流进入2级水源泵站（以下称为二号水源井），两者一清一浊，且清水主要是陶瓷过滤机排出的滤液水和三种精矿溢流水，该水呈酸性；浑浊的废水主要是尾矿水，显碱性，正好一酸一碱，可以进行中和。尾矿浆进入尾矿库后，尾矿水经过尾矿库的净化，溢流水澄清，返回2级水源泵站时与显酸性的废水进行酸碱中和。由于陶瓷机清洗时要求酸度较大，加入了大量的硝酸，中和后的废水仍显酸性，这时我们就利用生产过程来消除过剩的硝酸根离子和废水中的铜、锌等重金属离子。其方法就是在磨矿阶段原来的PH值基础上，多加石灰进行消除。

基于以上的试验研究，确定了红透山选矿废水可以通过事先的预处理和在生产过程中的净化后应用于生产中，实现选矿废水的零排放。经过调研形成以下改造方案：在尾矿库坝下修建曝气池，将浑浊的尾矿水集中于尾矿库经曝气池沉淀曝气;在原浑河边取水井(一号水源井)旁边修建一座回水泵站，曝气池排出的废水通过管道自流进入下游回水泵站，利用原供水系统输送至二号水源井；扩大二号水源井容积，使选矿废水中的清水部分直接进入二号水源井，进行酸碱中和后输送到选矿厂山上的水井，供生产使用，改造流程示意图见图1。

表1 回水井深井泵的选择

图1 选矿厂废水循环利用工程改造流程示意图

2.3.1 修建曝气池

在尾矿库下建一座阶梯形的污水曝气池，将尾矿库排出的废水收集于此，利用阶梯状的设计产生水帘，使废水与空气充分接触，降低废水中的化学耗氧物质，增加废水中溶解氧含量，同时沉淀废水中的悬浮物，使水质更适合选矿生产使用。在原浑河边原来的取水井旁边修建一座新的回水井及泵站，曝气池出口用管路与下游新建的回水井连接，经曝气后的废水利用自然高差，靠自流进入回水井。曝气池与回水井之间用管路连接。根据尾矿水可以自流的速度为0.4m/s～0.8m/s，流量按选厂排水量并考虑雨季水量，大约500mm/h。

2.3.2 修建回水泵站

蓄水池一个：以原点为定位点，向南西45°延长6m；再以该点为原点，半径为5m，标高池上平面+0m，建直径l0m，深7.5m的砼结构污水蓄水池（在蓄水池底部建深0.8m×宽1.5m×长10m的杂物沉淀处理池沟，处理沉淀杂物用），蓄水量约360m3（水深4.7m），可供泵正常使用30min。

泵房一座：在蓄水池上建一座10m×5m，高7.2m的泵房（具体样式规格尺寸待定）。泵站内，安装3台深井泵，一台3T电动葫芦吊车。电控设备安装在2008年建的配电室内。多级泵（一号水源井系统）与深井泵（新建污水输送系统），分别用阀门、逆子阀控制，可进行切换和同时供水。

深井泵的选择依据二号水源井泵房海拔高度（191.55m）及一号水源井有关数据选择见表1。

2.3.3 管路选择

根据选矿废水的特点，其具有酸性和碱性的特性要求所选用的管材要耐腐蚀，不能用铁管，白钢管虽耐腐蚀，但价格太高，重量又大，给安装带来不便。考虑到PVC管耐腐蚀性能较好，重量又轻，安装方便，因此选用PVC管。

PVC-C管材公称压力和规格尺（GB/T18998.2-2003）。

公称外径dn/mm：500；公称压力/MPa：1.6；标准尺寸比：SDR11。

2.3.4 二号水源扩容

由于二号水源井窖只有400m3，要想让选矿废水中的清水部分做短距离的循环进入二号水源井，避免全部废水进入尾矿库，增加能耗，需对二号水源井系统进行改造，更换输水管路、新建泵站及蓄水池，蓄水池容积扩大至730m3。

NJY-30m浓缩机、TNZ-6m浓缩机、Φ16m浓缩机溢流水，选矿车间脱水工序陶瓷过渡机滤液水，都是通过零号砂泵站输送到尾矿输送泵站，再由尾矿输送泵站输送到尾矿库中，尾矿输送泵站是所有选矿废水进入尾矿库的一次扬送泵站。我们的目的是建一套装置将上太空清水约143m3/h汇集后，自流到二号水源井蓄水池，与一号水源井输送来的选矿废水混合后，再通过二号水源井泵站输送到选矿厂山上蓄水池。

该方案实施后，可以减少进入尾矿库的废水排放量，减少尾矿库下曝气池、纤维过滤机、一号水源井运行的压力及运行成本，减少废水循环量在143m3/h左右，确保尾矿库排尾系统安全运行。同时，取消了零号泵站的运行，尾矿输送泵站减少一台100ZJ-50渣浆泵的运行时间，一号水源井减少一台300JC210-10.5x7深井泵的运行时间。

设计方案中有两个废水汇集点，第一个废水汇集是将TNZ-6m浓缩机溢流水、Φ16m浓缩机溢流水和脱水工序陶瓷过滤机滤液水汇集到一起，流经到零号泵站集水池附近汇集箱，与第二个废水汇集点，即NJY-30m浓缩机溢流水和原硫化铁沉淀池地面渗水汇集一起，自流到零号泵站集水池附近汇集箱。之后与第一个废水汇集点的废水汇集在一起，水量合计约143m3/h左右。再通过外径225mm的PVC管路，管路沿尾矿管路架子铺设，经零号砂泵站输送到二号水源井蓄水池。管路全长约1220m，管路采用管路架子铺设、碎石铺底埋设等方案。

选用给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材。

管材参数：外径：225mm；壁厚：5.5mm；密度1.35～1.40/g.cm3（t/m2）。

3 结论

通过对脱水设备、排水设备和回水设备等设备的改造，实现了选矿废水零排放。废水循环利用工程完成后，实现选矿废水的全部回用，既减排废水328万吨/年，减少硫化铁损失500吨/年，取消了两个精矿露天沉淀池和两个泵站，节约电能413.32万度/年，并节省了大量的备件和人工费，减轻了工人的劳动强度，同时避免了原有两个泵站跑尾污染环境情况的发生。系统的改造有效的降低了环境污染风险，减少了跑冒漏滴的污染事故，有效的提高选矿废水利用率，带来环境效益的同时，也为企业增加了经济效益。