銅礦山尾水綜合利用實(shí)驗(yàn)研究

文_趙麗瓊 玉溪飛亞礦業(yè)開發(fā)管理有限責(zé)任公司

某銅礦山屬于多金屬礦屬火山噴流沉積礦床，該礦床屬于銅、鉛、鋅、金、銀、硫鐵多金屬復(fù)雜硫化礦床。礦山現(xiàn)有三選廠、四選廠、硫鐵浮選廠3 座浮選廠，選礦主體流程為優(yōu)先浮選銅、選銅尾礦浮選鋅、選鋅尾礦浮選流鐵，原礦通過三選廠和四選廠選別提出銅精礦、鋅精礦產(chǎn)品后，尾礦由硫鐵浮選廠浮選出硫鐵。

1 礦山尾水綜合利用現(xiàn)狀

1.1 給水系統(tǒng)情況

礦山給水系統(tǒng)為循環(huán)給水，由外部給水系統(tǒng)和礦山內(nèi)部循環(huán)給水系統(tǒng)組成，外部給水系統(tǒng)為小黑江水取水，礦山每天取水量為3370m3；礦山內(nèi)部循環(huán)給水系統(tǒng)由生產(chǎn)回水系統(tǒng)和生活污水系統(tǒng)組成。

礦山生產(chǎn)回水系統(tǒng)分為廠前回水和尾礦回水。廠前回水由φ55m 濃密池溢流水、φ60m 濃密池溢流水、精礦脫水三股水組成。φ55m 濃密池溢流水為堿性水（pH=10.5），φ60m 濃密池溢流水為堿性水（pH=8.5）；精礦脫水為堿性水（pH=10）。尾礦回水由尾礦庫滲透水、排土場(chǎng)滲透水、采場(chǎng)滲透水三股水組成。尾礦庫滲透水，pH 值約7.5，氨氮含量較高；排土場(chǎng)滲透水，為酸性水（pH≈4），重金屬含量高，該水已進(jìn)入給水管網(wǎng)，并通過回水系統(tǒng)進(jìn)行利用；采場(chǎng)滲透水為酸性水（pH≈4）），重金屬含量高，該水未進(jìn)入給水系統(tǒng)，直接外排到自然水體。

1.2 回水利用情況

礦山現(xiàn)有回水點(diǎn)：①φ55m 濃密機(jī)溢流水（未選硫鐵）。②φ60m 濃密機(jī)溢流水（已選硫鐵）。③尾礦庫庫內(nèi)回水及庫外滲水，可用總回水量：φ55m 濃密機(jī)溢流水+φ60m 濃密機(jī)溢流水+銅、鋅、硫精礦溢流水+尾礦庫庫外回水+排土場(chǎng)滲水=24543m3/d。如果采坑底部滲水和北部排洪溝水全部回收使用，可用總回水量為25790m3/d，回水全部用于生產(chǎn)后還剩余水量為2384m3/d?，F(xiàn)有回水點(diǎn)水質(zhì)不同，對(duì)選礦指標(biāo)的影響程度不同。三選廠使用的回水主要有φ60m 濃密機(jī)溢流水、尾礦庫庫內(nèi)回水及庫外滲水；四選廠目前使用的回水主要有φ55m 濃密機(jī)溢流水、尾礦庫庫外滲水；硫鐵浮選廠目前使用的回水主要有φ60m 濃密機(jī)溢流水、硫精礦濃密機(jī)溢流水；開展項(xiàng)目研究前回水利用率約為72%，各回水點(diǎn)使用不能嚴(yán)格分開。

2 尾水水質(zhì)對(duì)生產(chǎn)指標(biāo)影響的分析研究

2.1 尾水對(duì)銅鋅分離指標(biāo)的影響

2.1.1 尾水中銅等重金屬離子對(duì)鋅礦物的影響

某銅礦V1 礦體為銅鋅硫礦，主要金屬礦物黃銅礦、閃鋅礦、黃鐵礦。黃銅礦占比達(dá)到95%以上，屬于較易分選的原礦，但指標(biāo)波動(dòng)較大，其原因主要是尾水中的重金屬離子對(duì)閃鋅礦活化作用很強(qiáng)，鋅被活化后難以抑制，導(dǎo)致鋅的抑制劑增大，捕收劑用量增大，使銅鋅分離的條件變得復(fù)雜。

2.1.2 尾水中銅等重金屬離子、pH值等對(duì)硫鐵礦物的影響

某銅礦礦山的硫化鐵主要以黃鐵礦的形式存在，由于其可浮性較好，在浮選分離中會(huì)直接影響精礦的質(zhì)量，同時(shí)黃鐵礦屬于低價(jià)礦物，浮選分離中必須要抑制。

黃鐵礦在磨礦中很容易氧化并生成部分可溶性鹽，它在堿性環(huán)境中氧化速度較快，氧化的結(jié)果是在其表面生成一層氫氧化鐵Fe(OH)3薄膜，阻礙捕收劑的吸附而受到抑制，當(dāng)?shù)V漿pH 值較低時(shí)，在黃鐵礦的表面生成元素硫。黃鐵礦的表面有元素硫存在增強(qiáng)了其可浮性，因此生產(chǎn)實(shí)踐中常用硫酸調(diào)整礦漿呈弱酸性進(jìn)行浮選黃鐵礦。

四選廠銅鋅分離的生產(chǎn)用水水質(zhì)波動(dòng)較大，主要體現(xiàn)在石灰的用量上，尾水中銅等重金屬離子除了對(duì)鋅活化外，對(duì)硫鐵礦物也有活化作用，且pH 值經(jīng)常在5 ～6,呈弱酸性，而黃鐵礦的表面生成的硫降低了石灰對(duì)硫鐵礦物的抑制作用，造成石灰的用量增大。在雙重或多重作用下，硫鐵礦物難被抑制，變成惡性循環(huán)，引起銅、鋅精礦的互含高，精礦品位差，回收率下降。

2.2 尾水對(duì)三選廠單銅指標(biāo)的影響

某銅礦V2礦體為銅硫礦，硫化鐵礦物主要為黃鐵礦。黃鐵礦在磨礦中很容易氧化并生成部分可溶性鹽，尤其是在較低的pH 值下，易產(chǎn)生Cu2+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、SO42-等離子，鐵離子對(duì)硫化銅有抑制作用，銅離子對(duì)黃鐵礦有活化作用。生產(chǎn)中尾水含銅等重金屬離子，較低的pH 值（pH 為5 ～6）進(jìn)一步增加了銅硫分離的難度。為了抑制硫鐵，提高礦漿的pH 值，石灰的用量較大（有時(shí)高達(dá)10kg 以上），大量的石灰進(jìn)入選別系統(tǒng)，導(dǎo)致選別操作很難平穩(wěn)，對(duì)選礦指標(biāo)造成較大影響。

2.3 尾水對(duì)尾礦除硫鐵選別指標(biāo)影響

尾水使用對(duì)三選廠單銅選別和四選廠銅鋅選別造成的影響，主要體現(xiàn)在石灰的用量大，不可控，導(dǎo)致尾礦的pH 值高（三選廠pH 為9 ～10,四選廠pH 為11～12），大量的氫氧根離子、鈣離子隨尾礦進(jìn)入硫鐵選別流程，使硫鐵礦物受到深度抑制，可浮性變得極差，需要大量的活化劑（碳酸氫胺）才能對(duì)其有活化作用。選別作業(yè)后，硫鐵尾礦中的氨氮離子殘余離子濃度高，影響尾礦的沉降速度，經(jīng)常出現(xiàn)溢流水跑渾等現(xiàn)象。特別是三選廠尾礦沒有進(jìn)行濃縮，濃度波動(dòng)較大，直接進(jìn)入硫鐵車間選別，進(jìn)一步加劇了硫鐵車間的藥劑制度波動(dòng)，同時(shí)溢流水循環(huán)使用進(jìn)入三選廠單銅選別和四選廠銅鋅分離的選別，造成惡性循環(huán)，難以調(diào)控。

2.4 尾水對(duì)水平衡的影響

由于尾水成分復(fù)雜，影響生產(chǎn)指標(biāo)，故四選廠銅鋅分離使用大量新鮮水，導(dǎo)致小黑江取水量大，造成生產(chǎn)尾水不能完全回用而排放，引起水量利用不平衡的惡性局面。

3 尾水綜合利用實(shí)驗(yàn)研究

通過對(duì)礦山原礦性質(zhì)、選礦廠生產(chǎn)工藝、礦山水質(zhì)情況、工藝流程水平衡等情況調(diào)研，找出了問題產(chǎn)生的根本原因，提出相應(yīng)的解決方案。

3.1 三選廠銅尾礦濃縮試驗(yàn)研究

3.1.1 三選廠選銅尾礦自然沉降試驗(yàn)

樣品取自三廠選銅尾礦漿樣，取樣時(shí)間為2019 年6月16日中班、6 月17 日夜班，濃度為26.41%，以及硫鐵車間尾礦綜合樣（用于粒度分級(jí)）。試驗(yàn)采用2.5m 的斜板單元格進(jìn)行，沉降曲線和壓縮曲線見圖1。

圖1 沉降曲線和壓縮曲線圖

3.1.2 脫泥濃縮的試驗(yàn)研究

對(duì)三選廠選銅尾礦和選硫后的總尾礦進(jìn)行了粒度分析，結(jié)果見表1。

表1 粒度分析表

從總尾礦和三選廠選銅尾礦各粒級(jí)的S 品位來看，S 主要從-74+19μm粒級(jí)中回收。從三選廠選銅尾礦的S 分布率來看，-19μm粒級(jí)的產(chǎn)率為22.6%，S分布率總共只占10.55%，考慮脫除，這樣可以極大地避免微細(xì)粒級(jí)進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，消耗大量的選礦藥劑，惡化水質(zhì)，造成惡性循環(huán)。

為了達(dá)到提高三選廠銅尾礦濃度至45%，同時(shí)又能脫出小于19μm 的微細(xì)粒級(jí)，生產(chǎn)中采用二段旋流脫水。

3.2 酸水浮選硫鐵試驗(yàn)研究

3.2.1 試驗(yàn)過程及結(jié)果

本次試驗(yàn)根據(jù)尾礦在不同pH 值情況下的結(jié)果，在日消耗5494m3酸水的條件下，礦漿濃度調(diào)整至45%加入酸水1100mL 后，入選礦濃度為30%。試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 硫鐵選礦試驗(yàn)加酸水和不加酸水碳酸氫胺消耗對(duì)比

從試驗(yàn)結(jié)果看，硫鐵選別過程中PH 值是影響硫鐵回收的關(guān)鍵因素，不考慮添加活化劑的情況下，礦漿pH 值從13 ～10，碳酸氫胺的用量由8kg/t 降至2.5kg/t,下降幅度為68.75%。在添加酸水的情況下，基本實(shí)現(xiàn)不添加活化劑，利用酸水及酸水所含的重金屬離子實(shí)現(xiàn)對(duì)硫鐵的雙重活化作用，對(duì)銅鋅尾礦pH 值≥12 時(shí)，酸水和碳酸氫鈉共同添加，強(qiáng)化對(duì)硫鐵的活化。

3.2.2 不同礦漿pH值下，閉路試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比（見表3）

表3 硫鐵礦選礦閉路實(shí)驗(yàn)（pH=13）

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，酸水完全可以取代碳酸氫胺作為硫鐵的活化劑，硫鐵選礦指標(biāo)僅有微小的波動(dòng)，遇pH 值較高的銅鋅尾礦，添加少量碳酸氫鈉加強(qiáng)對(duì)硫鐵的活化。

4 工藝設(shè)計(jì)及配套工程4.1 工藝設(shè)計(jì)

為了消除氨氮離子對(duì)尾水綜合利用的影響，把采場(chǎng)滲透酸水、排土場(chǎng)滲透酸水輸送至新建800m3水池后，自流至硫鐵車間作調(diào)漿選別使用。在硫鐵選別工藝中確保進(jìn)入攪拌桶的礦漿濃度在45%以上，通過酸水添加調(diào)節(jié)入選濃度到30%。調(diào)漿需要酸水量為5494m3，余下的506m3經(jīng)結(jié)合池后自流至尾礦庫，對(duì)尾礦庫的酸堿平衡起到一定的調(diào)節(jié)作用。

達(dá)到不用氨氮類浮選藥劑作為硫鐵活化劑，消除硫鐵尾礦溢流水的氨氮含量，提升工藝用水的水質(zhì)。滲透酸水中的銅等重金屬離子是硫鐵礦的優(yōu)良活化劑，對(duì)被石灰深度抑制的黃鐵礦有很好的活化作用，酸水在硫鐵車間運(yùn)用，既能消除重金屬離子又能消除氨氮離子，從根本上解決了尾水離子超標(biāo)的問題。

4.2 工藝建設(shè)配套工程

排土場(chǎng)滲透水取水工程：滲水泵站至新建800m3高位水池，含新建800m3高位水池、管道、管件。

采坑底部滲透水取水工程：由露天采場(chǎng)底部取水至新建800m3高位水池。中途在1249m 標(biāo)高建結(jié)合池，由結(jié)合池自流到新建800m3高位水池。含泵站建設(shè)、泵站集水池、1249m 標(biāo)高結(jié)合池，管道、管件等。

10kV 輸電線工程：線路長約1400m，由巖心庫附近T 接10kV 高壓電到采場(chǎng)底部泵站，設(shè)計(jì)容量400kVA變壓器1臺(tái)。

三選廠尾礦濃縮脫泥工程：為了解決水質(zhì)問題，該部分礦泥直接排至尾礦庫（新建礦泥輸送系統(tǒng)工程），二段脫水后礦泥不進(jìn)入系統(tǒng)流程，通過濃縮脫出后直接排放至尾礦庫，利用尾礦庫庫容和長時(shí)間的沉淀來優(yōu)化用水水質(zhì)，增加礦泥從硫鐵車間至新建結(jié)合池的礦泥輸送工程。

5 項(xiàng)目實(shí)施后效果

滲透酸水中的銅等重金屬離子是硫鐵礦的優(yōu)良活化劑，對(duì)被石灰深度抑制的黃鐵礦有很好的活化作用，酸水在硫鐵車間運(yùn)用，既能消除重金屬離子又能消除氨氮離子，從根本上解決尾水離子超標(biāo)的問題。

硫鐵選別過程中pH 值是影響硫鐵回收的關(guān)鍵因素，在不考慮添加活化劑的情況下，礦漿pH 值從13 至10，碳酸氫胺的用量由8kg/t 降至2.5kg/t,下降幅度為68.75%。在添加酸水的情況下，基本實(shí)現(xiàn)不添加活化劑，利用酸水及所含的重金屬離子實(shí)現(xiàn)對(duì)硫鐵的雙重活化作用，提高尾水綜合利用率的同時(shí)減少碳酸氫胺的用量。

尾水項(xiàng)目實(shí)施前，生產(chǎn)、生活取鮮水約3370m3/d，尾水綜合利用項(xiàng)目完成后，生產(chǎn)、生活取鮮水約2150m3/d，減少取新水量1220m3/d，減少新鮮取水量及取水成本。

尾水項(xiàng)目改造完成后，整個(gè)系統(tǒng)最后進(jìn)入尾礦庫的水量為27054m3/d，總回水27126m3/d，系統(tǒng)水平衡基本處于平衡狀態(tài)，可以消耗尾礦庫前期系統(tǒng)積水72m3/d，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。