選礦廢水閉路循環(huán)減少尾礦對(duì)環(huán)境的污染研究

趙 瑾，郭天宇，任 皎，胡 琳

（中國有色集團(tuán)撫順紅透山礦業(yè)有限公司，遼寧 撫順 113321）

紅透山選礦廠是一座處理能力為2000噸/日的復(fù)雜多金屬選礦廠，采用優(yōu)先浮選法選別有用礦物，主產(chǎn)品為銅精礦、鋅精礦和硫精礦。

選礦廠尾礦產(chǎn)量60%，尾礦三分之二用于井下充填，三分之一進(jìn)入尾礦庫，由坑口充填返回的細(xì)粒尾礦漿在選礦廠硫浮選地溝中與選礦廠地溝中的廢水（設(shè)備冷卻水、地面沖洗水等）匯合，并在廠外與脫水工序產(chǎn)生的過濾機(jī)濾液水、鋅精礦溢流水匯合到一起，自流進(jìn)入尾礦輸送泵站，銅精礦濃縮機(jī)溢流水則要通過零號(hào)砂泵站壓力輸送到尾礦泵站，這些廢水都由尾礦泵站輸送到尾礦庫，經(jīng)尾礦庫澄清后直接流入下游河道。由于硫精礦脫水系統(tǒng)能力不足，致使細(xì)顆粒硫精礦在室外露天沉淀池中沉淀，硫精礦溢流水直接進(jìn)入沉淀池旁邊的河道。改造前選廠排出的這些廢水都直接排入下游河道，廢水中的重金屬和剩余藥劑等污染物一旦進(jìn)入水環(huán)境，均不能被生物降解，造成了一定的環(huán)境污染。環(huán)境保護(hù)是我們的責(zé)任和義務(wù)，實(shí)現(xiàn)選礦廢水的零排放，即廢水循環(huán)利用，就是對(duì)環(huán)境的最好保護(hù)。

1 選礦廠排水系統(tǒng)主要存在的問題

為了實(shí)現(xiàn)“選礦廢水零排放”的環(huán)保目標(biāo)，紅透山選礦廠開展了全面的污染物排放調(diào)查，包括對(duì)生產(chǎn)工藝、設(shè)備設(shè)施、能耗、物耗、排污情況等做了細(xì)致的調(diào)研分析，查明選礦廠主要污染物的來源和數(shù)量，并與其他同類型的選礦廠進(jìn)行了對(duì)比，找出生產(chǎn)中存在的主要問題。對(duì)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，并針對(duì)所排出的選礦廢水的具體情況展開研究。

1.1 脫水流程主要存在的問題

選礦廢水主要產(chǎn)自浮選流程和脫水流程。因此，兩者的工藝是否先進(jìn)合理，關(guān)系到所排放廢水中雜質(zhì)的含量和廢水的排放量多少。浮選流程由于經(jīng)過幾十年的不斷優(yōu)化改造，目前采用的是充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，充氣量大，液面平穩(wěn)，節(jié)省藥劑用量，生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)也處于國內(nèi)較高水平，而脫水流程則存在較多問題，主要是排污嚴(yán)重。

1.2 尾礦輸送存在的問題

尾礦漿及其它選礦廢水都是通過尾礦輸送泵站輸送到尾礦庫的。尾礦輸送的原則是盡量采用自流輸送，如果沒有自流條件，也要采取自流壓力輸送相結(jié)合的半自流輸送方式，即能自流的地方要自流，不能自流了才用壓力方式輸送[1]。

2 改造方案的確定及實(shí)施

2.1 脫水流程設(shè)備改造

Φ30m濃縮機(jī)，這一規(guī)格的濃縮機(jī)傳動(dòng)方式一般使用的是周邊傳動(dòng)方式，齒條、輥輪和膠輪傳動(dòng)是其傳動(dòng)的三種方式。在工作時(shí)，由于膠輪傳動(dòng)的扭矩大，而且膠輪打滑還有可避免耙架扭曲導(dǎo)致變形引起的損害過大，這樣可以大大縮短維修所用的時(shí)間。所以膠輪傳動(dòng)成為我們選擇的傳動(dòng)方式。

濃縮機(jī)底流泵由PNJ膠泵改為ZJ系列渣漿泵。泵采用高鉻耐磨合金鑄鐵，這種材料的使用不僅效率高，而且使用壽命長(zhǎng)。該泵增添了除雜箱、溢流圍板和變頻調(diào)節(jié)器，除雜箱是來防止?jié){料中的雜質(zhì)進(jìn)入濃縮機(jī)，除雜箱是來保證出料管道暢通，溢流圍板是以確保濃縮液不會(huì)排出，變頻調(diào)整器的安裝是為了保證均衡給礦。

2.2 尾礦輸送設(shè)備的改造

尾礦輸送泵站內(nèi)設(shè)置3臺(tái)100jzg-i-a50渣漿泵和2臺(tái)變頻系統(tǒng)。系統(tǒng)采用西門子三菱S7-200系列PLC。S7-200plc完成了對(duì)變頻器、電機(jī)等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)以及第二臺(tái)泵的自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了一級(jí)揚(yáng)送，達(dá)到了節(jié)能減排的目的[2]。

2.3 廢水處理系統(tǒng)改造

選礦生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水種類較多，其中有清水，也有渾濁的水，有酸性廢水，也有堿性廢水。因?yàn)槲驳V庫距離選礦廠較遠(yuǎn)，如果將清水和渾濁的水一并排到尾礦庫去，輸送距離遠(yuǎn)，耗能高。所以我們考慮將清水和渾濁的廢水分開處理，渾濁的水進(jìn)入尾礦庫沉淀曝氣，清水自流進(jìn)入2級(jí)水源泵站（以下稱為二號(hào)水源井），兩者一清一濁，且清水主要是陶瓷過濾機(jī)排出的濾液水和三種精礦溢流水，該水呈酸性；渾濁的廢水主要是尾礦水，顯堿性，正好一酸一堿，可以進(jìn)行中和。尾礦漿進(jìn)入尾礦庫后，尾礦水經(jīng)過尾礦庫的凈化，溢流水澄清，返回2級(jí)水源泵站時(shí)與顯酸性的廢水進(jìn)行酸堿中和。由于陶瓷機(jī)清洗時(shí)要求酸度較大，加入了大量的硝酸，中和后的廢水仍顯酸性，這時(shí)我們就利用生產(chǎn)過程來消除過剩的硝酸根離子和廢水中的銅、鋅等重金屬離子。其方法就是在磨礦階段原來的PH值基礎(chǔ)上，多加石灰進(jìn)行消除。

基于以上的試驗(yàn)研究，確定了紅透山選礦廢水可以通過事先的預(yù)處理和在生產(chǎn)過程中的凈化后應(yīng)用于生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)選礦廢水的零排放。經(jīng)過調(diào)研形成以下改造方案：在尾礦庫壩下修建曝氣池，將渾濁的尾礦水集中于尾礦庫經(jīng)曝氣池沉淀曝氣;在原渾河邊取水井(一號(hào)水源井)旁邊修建一座回水泵站，曝氣池排出的廢水通過管道自流進(jìn)入下游回水泵站，利用原供水系統(tǒng)輸送至二號(hào)水源井；擴(kuò)大二號(hào)水源井容積，使選礦廢水中的清水部分直接進(jìn)入二號(hào)水源井，進(jìn)行酸堿中和后輸送到選礦廠山上的水井，供生產(chǎn)使用，改造流程示意圖見圖1。

表1 回水井深井泵的選擇

圖1 選礦廠廢水循環(huán)利用工程改造流程示意圖

2.3.1 修建曝氣池

在尾礦庫下建一座階梯形的污水曝氣池，將尾礦庫排出的廢水收集于此，利用階梯狀的設(shè)計(jì)產(chǎn)生水簾，使廢水與空氣充分接觸，降低廢水中的化學(xué)耗氧物質(zhì)，增加廢水中溶解氧含量，同時(shí)沉淀廢水中的懸浮物，使水質(zhì)更適合選礦生產(chǎn)使用。在原渾河邊原來的取水井旁邊修建一座新的回水井及泵站，曝氣池出口用管路與下游新建的回水井連接，經(jīng)曝氣后的廢水利用自然高差，靠自流進(jìn)入回水井。曝氣池與回水井之間用管路連接。根據(jù)尾礦水可以自流的速度為0.4m/s～0.8m/s，流量按選廠排水量并考慮雨季水量，大約500mm/h。

2.3.2 修建回水泵站

蓄水池一個(gè)：以原點(diǎn)為定位點(diǎn)，向南西45°延長(zhǎng)6m；再以該點(diǎn)為原點(diǎn)，半徑為5m，標(biāo)高池上平面+0m，建直徑l0m，深7.5m的砼結(jié)構(gòu)污水蓄水池（在蓄水池底部建深0.8m×寬1.5m×長(zhǎng)10m的雜物沉淀處理池溝，處理沉淀雜物用），蓄水量約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（具體樣式規(guī)格尺寸待定）。泵站內(nèi)，安裝3臺(tái)深井泵，一臺(tái)3T電動(dòng)葫蘆吊車。電控設(shè)備安裝在2008年建的配電室內(nèi)。多級(jí)泵（一號(hào)水源井系統(tǒng)）與深井泵（新建污水輸送系統(tǒng)），分別用閥門、逆子閥控制，可進(jìn)行切換和同時(shí)供水。

深井泵的選擇依據(jù)二號(hào)水源井泵房海拔高度（191.55m）及一號(hào)水源井有關(guān)數(shù)據(jù)選擇見表1。

2.3.3 管路選擇

根據(jù)選礦廢水的特點(diǎn)，其具有酸性和堿性的特性要求所選用的管材要耐腐蝕，不能用鐵管，白鋼管雖耐腐蝕，但價(jià)格太高，重量又大，給安裝帶來不便。考慮到PVC管耐腐蝕性能較好，重量又輕，安裝方便，因此選用PVC管。

PVC-C管材公稱壓力和規(guī)格尺（GB/T18998.2-2003）。

公稱外徑dn/mm：500；公稱壓力/MPa：1.6；標(biāo)準(zhǔn)尺寸比：SDR11。

2.3.4 二號(hào)水源擴(kuò)容

由于二號(hào)水源井窖只有400m3，要想讓選礦廢水中的清水部分做短距離的循環(huán)進(jìn)入二號(hào)水源井，避免全部廢水進(jìn)入尾礦庫，增加能耗，需對(duì)二號(hào)水源井系統(tǒng)進(jìn)行改造，更換輸水管路、新建泵站及蓄水池，蓄水池容積擴(kuò)大至730m3。

NJY-30m濃縮機(jī)、TNZ-6m濃縮機(jī)、Φ16m濃縮機(jī)溢流水，選礦車間脫水工序陶瓷過渡機(jī)濾液水，都是通過零號(hào)砂泵站輸送到尾礦輸送泵站，再由尾礦輸送泵站輸送到尾礦庫中，尾礦輸送泵站是所有選礦廢水進(jìn)入尾礦庫的一次揚(yáng)送泵站。我們的目的是建一套裝置將上太空清水約143m3/h匯集后，自流到二號(hào)水源井蓄水池，與一號(hào)水源井輸送來的選礦廢水混合后，再通過二號(hào)水源井泵站輸送到選礦廠山上蓄水池。

該方案實(shí)施后，可以減少進(jìn)入尾礦庫的廢水排放量，減少尾礦庫下曝氣池、纖維過濾機(jī)、一號(hào)水源井運(yùn)行的壓力及運(yùn)行成本，減少廢水循環(huán)量在143m3/h左右，確保尾礦庫排尾系統(tǒng)安全運(yùn)行。同時(shí)，取消了零號(hào)泵站的運(yùn)行，尾礦輸送泵站減少一臺(tái)100ZJ-50渣漿泵的運(yùn)行時(shí)間，一號(hào)水源井減少一臺(tái)300JC210-10.5x7深井泵的運(yùn)行時(shí)間。

設(shè)計(jì)方案中有兩個(gè)廢水匯集點(diǎn)，第一個(gè)廢水匯集是將TNZ-6m濃縮機(jī)溢流水、Φ16m濃縮機(jī)溢流水和脫水工序陶瓷過濾機(jī)濾液水匯集到一起，流經(jīng)到零號(hào)泵站集水池附近匯集箱，與第二個(gè)廢水匯集點(diǎn)，即NJY-30m濃縮機(jī)溢流水和原硫化鐵沉淀池地面滲水匯集一起，自流到零號(hào)泵站集水池附近匯集箱。之后與第一個(gè)廢水匯集點(diǎn)的廢水匯集在一起，水量合計(jì)約143m3/h左右。再通過外徑225mm的PVC管路，管路沿尾礦管路架子鋪設(shè)，經(jīng)零號(hào)砂泵站輸送到二號(hào)水源井蓄水池。管路全長(zhǎng)約1220m，管路采用管路架子鋪設(shè)、碎石鋪底埋設(shè)等方案。

選用給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材。

管材參數(shù)：外徑：225mm；壁厚：5.5mm；密度1.35～1.40/g.cm3（t/m2）。

3 結(jié)論

通過對(duì)脫水設(shè)備、排水設(shè)備和回水設(shè)備等設(shè)備的改造，實(shí)現(xiàn)了選礦廢水零排放。廢水循環(huán)利用工程完成后，實(shí)現(xiàn)選礦廢水的全部回用，既減排廢水328萬噸/年，減少硫化鐵損失500噸/年，取消了兩個(gè)精礦露天沉淀池和兩個(gè)泵站，節(jié)約電能413.32萬度/年，并節(jié)省了大量的備件和人工費(fèi)，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)避免了原有兩個(gè)泵站跑尾污染環(huán)境情況的發(fā)生。系統(tǒng)的改造有效的降低了環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，減少了跑冒漏滴的污染事故，有效的提高選礦廢水利用率，帶來環(huán)境效益的同時(shí)，也為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益。