硫化鎳礦采選廢水中重金屬排放特征與防治對策

李澤熙

摘要：硫化鎳礦采選企業產生大量含重金屬廢水，外排造成地表水和地下水重金屬污染。選取我國典型硫化鎳礦采選企業，對其生產廢水中的重金屬含量進行檢測分析，關心重金屬包括鎘、鉻、鉛、砷、汞、鎳、鈷、銅，確定每種重金屬的污染負荷率，分析得出采選廢水中排放的重金屬主要來源于尾礦庫排水，重點防控的重金屬依次為銅、鎳、砷、鉻、鉛。針對含重金屬廢水提出可行的防治措施，為鎳采選企業廢水的重金屬污染監管提供依據。

Abstract： Discharges of wastewater from nickel sulfide ore mining and mineral processing cause heavy metal pollutions of surface water and groundwater. China's typical nickel sulfide mining and mining enterprises were investigated， contents of heavy metal including cadmium， chromium， lead， arsenic， mercury， nickel， cobalt， copper in wastewater were detected and analyzed， the pollution load rate of each heavy metal was determined. The heavy metals discharges of wastewater are mainly from the drainage of tailings reservoir. The key heavy metals to be prevented and controlled in proper order are copper， nickel， arsenic， chromium and lead. Control measures against heavy metal wastewater were proposed for nickel mining industry.

關鍵詞：硫化鎳礦;廢水;重金屬

Key words： nickel sulfide ore;wastewater;heavy metals

0? 引言

我國鎳礦已探明總儲量約為760萬t，其中硫化礦約占總儲量87%，其余均為氧化礦[1]。硫化鎳礦品位普遍較高，一般通過簡單機械選礦即可進行富集[2]。硫化銅鎳礦為最常見的礦物類型，在硫化銅鎳礦石中，除含銅、鎳外，還伴生有多種金屬元素，如鉑、鈀、金、銀、鋨、銥、釕、銠、鈷、鉻等[3-4]。我國鎳礦資源儲量主要分布于19個省區，其中約62%的鎳礦資源儲量集中在甘肅，其次主要分布省區包括新疆、云南、吉林、陜西和四川等，其余省區合計儲量占總儲量的6.4%[5-6]。

在生產實踐中，硫化鎳礦采礦工藝包括充填采礦法和崩落采礦法[5]，硫化鎳礦選礦中鎳的回收工藝分為以下幾種：階段磨浮、磁浮聯合、分離浮選以及泥砂分選等，其中階段磨選工藝在我國應用較為廣泛[7-8]。選取我國典型硫化鎳礦采選企業，對其生產廢水中重金屬含量進行分析，并提出可行的防治措施，可為鎳采選企業廢水的重金屬污染監管提供依據。

1? 廢水中重金屬排放特征

選取我國4家典型硫化鎳礦采選企業，分別以A、B、C、D來進行標識，并對其生產活動產生的廢水進行重金屬含量分析。4家企業均為我國集采礦、選礦、冶煉于一體的大型有色企業，其產能之和占全國硫化鎳采選行業總產能的90%以上，均采用膠結充填采礦工藝，多采用分段破碎-多級磨浮選礦工藝，基本代表我國硫化鎳礦企業采選生產活動廢水排放特征。主要關注重金屬元素為硫化鎳礦主要金屬元素鎳、鈷、銅以及毒性較高的鎘、鉻、鉛、砷、汞。

硫化鎳礦企業的主要生產廢水包括礦井涌水、選礦廢水和尾礦庫排水。礦井涌水一般經過簡單的沉淀處理，出水用于礦山充填、井下等生產活動及綠化消耗。由于大部分硫化鎳礦山均處在北方缺水地帶，因此礦井涌水較少，主要回用于礦山生產活動，少量富余出水基本外排。選礦廢水來自洗礦、除塵、精礦脫水和尾礦澄清等作業，主要有生產雜用水（包括洗礦、除塵和清洗地面）、尾礦上清液、精礦上清液[9]。精礦和尾礦上清液返回磨選系統循環利用，不外排，多次循環的尾礦廢水和精礦廢水達不到回用標準后排向尾礦庫;大部分企業生產雜用水用作調節尾礦濃度，隨尾礦排向尾礦庫。尾礦庫排水主要為尾礦庫產生的滲濾液，一般直接排放。

1.1 廢水中重金屬含量

硫化鎳礦企業外排廢水主要為礦井涌水和尾礦庫排水。分別采集4家典型硫化鎳礦企業廢水樣品，對廢水中重金屬含量進行檢測，檢測方法為ICP-AES或ICP-MS。分析結果如表1。

分別對4家典型硫化鎳礦企業采選廢水中重金屬的產生量和排放量進行對比分析，分析結果如表2。

1.2 含重金屬廢水防控重點的確定

對比表2中各企業礦井涌水與尾礦庫排水重金屬排放量可知，排放廢水中的重金屬主要來源于尾礦庫排水，需要重點防控。

其中：i為重金屬元素Ni、Co、Cu、Cd、Cr、Pb、As、Hg;Pi為重金屬i的污染負荷率; 為重金屬元素i的貢獻值;Fi為某排放節點重金屬i的排放量;Fi0為重金屬i的排放標準限值。

對廢水中重金屬元素污染負荷率進行排序，確定硫化鎳礦采選企業生產廢水重金屬防控重點依次為Cu、Ni、As、Cr、Pb。

2? 重金屬防控技術評估

2.1 采礦廢水產生量控制措施

預防和控制礦井涌水是從源頭預防采礦廢水產生的重要措施，通常采用以下技術措施可減少采礦廢水的產生量：①留足水巖柱;②井巷掘進接近含水層、導水斷層時，打超前鉆孔探水;③在井下有突水危險的地區設水閘門或水墻;④礦山邊界設排水溝或引流渠，截斷地表水進入礦區、露天采場、排土場、廢石堆場，防止滲漏進入井下;⑤對廢石堆場進行密封或防范處理;⑥露天開采時，下邊坡應留礦壁，合理布設排水溝，防止地面水流入采場;⑦地下開采時，選擇上部頂板不產生或不易產生裂隙的采礦技術，防止地表水進入礦井;⑧對廢棄凹地、與井下相通的裂隙、廢棄鉆井、溶洞等進行排水、填堵等復地措施[10-13]。

2.2 選礦廢水產生量控制措施

選礦廢水可通過循環利用技術減少其產生量，該技術采用循環供水系統，使選礦廢水在生產過程中能夠多次重復利用，同時將尾礦庫溢流水閉路循環回用于選礦生產。在選礦廠設置廢水沉淀池，生產雜用水、尾礦上清液、精礦上清液均進入沉淀池，經化學沉淀工藝處理后，出水全部循環利用，其底流經管道排入尾礦庫。該技術使選礦廢水全部得到循環利用，在節省水資源的同時能夠減少水環境污染，并可進一步提高選礦指標[14-16]。

2.3 常用重金屬廢水治理技術

①混凝沉淀技術。混凝沉淀技術是利用混凝劑對工業廢水進行凈化處理的一種方法[17]，常用于處理礦井涌水，混凝劑一般為鐵鹽或鋁鹽，處理后出水用于井下采掘、充填等生產活動及礦山綠化消耗?；炷恋砑夹g可有效去除廢水中重金屬離子，但去除率不高。該技術建設投資低、運行成本較低，但混凝沉淀產生大量污泥，造成二次污染。

②石灰中和法。石灰中和法采用石灰作為中和劑，將廢水中的有價金屬離子在不同pH值條件下與氫氧根離子反應生成難溶氫氧化物，從而達到去除的目的。石灰中和法對水質有較強適應性，且工藝流程短，設備簡單，因其治理成本低得到普遍應用;但該法處理后出水濁度較高，產渣量大，設備及管壁結垢嚴重，過濾脫水性能差，組成復雜且含重金屬品位低，綜合回收利用與處置難度大，并易造成二次污染[18]。

③硫化法。硫化法是向水中投加硫化劑反應生成難溶的金屬硫化物從而去除重金屬離子的過程，硫化劑可采用硫化氫、硫化鈉、硫化亞鐵等[19]。目前，含砷、汞、銅離子較高的廢水普遍采用硫化法處理。硫化法優點是生成的金屬硫化物的溶解度小，沉淀徹底，且沉淀物含水率低，便于回收有價金屬;缺點是建設投資及運行成本高，反應過程中產生劇毒硫化氫氣體，對人體造成危害[20]。

④高濃度泥漿法（HDS工藝）。高濃度泥漿法[18]是在石灰中和法基礎上，通過將底泥不斷循環回流，使其顆粒出現顯著晶體化、粗顆?；F象，改進沉淀物形態和沉淀污泥量，提高底泥含固率。高濃度泥漿法建設投資費用適中，運行成本低。將石灰中和法改造為高濃度泥漿法可提高水處理能力1～3倍，產生污泥量少，含固率可達20%～30%，且易于改造，改造費用低;同時可提高設備使用率，減少藥劑投加量，實現全自動化操作，進一步降低運行費用。缺點是中和渣中含As3+、Cu2+等重金屬離子，會造成二次污染。

2.4 含重金屬廢水深度治理技術

①離子交換技術。離子交換技術是通過將廢水中重金屬離子與離子交換劑進行交換，從而去除重金屬的一種重要的深度處理技術，常用的離子交換劑包括陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂和螯合樹脂等[21]。該法處理容量大，且出水水質好，重金屬資源得到有效回收，對環境無二次污染;缺點是離子交換劑成本高，易發生氧化失效，且再生費用也較高[22]。

②超濾+納濾技術。超濾+納濾技術是介于微濾與反滲透之間的膜分離技術，一種有效的含重金屬廢水的深度處理方法，過濾精度為0.0001-0.1μm。對有價金屬回收率高，能夠滿足生產工藝對水質各項要求，工藝系統全自動控制，維護方便，占地面積小，是傳統處理方法的1/3～1/5。缺點是該技術建設投資費用和運行費用均較高。

③納米吸附技術。納米吸附技術是利用固態吸附劑的多孔特性，吸附水中重金屬離子從而達到去除作用的一種方法。傳統吸附劑活性炭具有吸附能力強、去除效率高的優點，但其價格昂貴，再生效率低，處理后水質難達到回用要求。近年來開發出的新型納米復合環境材料對重金屬污染物具有吸附容量大、選擇性高、吸附速度快、再生性能優良等特性，耦合常規的化學沉淀等預處理技術，成功開發出多種重金屬廢水深度處理技術。

④電凝聚法。電凝聚法是在電流作用下，以鋁、鐵等金屬為陽極，與水電解產生的氫氧根離子反應，形成的氫氧化物吸附絮凝水中重金屬，生成絮狀物，從而凈化水體。該技術優點是占地小、自動化程度高、操作維護方便、且無需藥劑;缺點是其電源性能目前僅適用于對中低濃度重金屬廢水的處理，且二次固體廢物的產生量較大[23]。

3? 結語

硫化鎳礦采選企業產生大量含重金屬礦井涌水和尾礦庫溢流水，這些含重金屬的廢水外排，造成了地表水和地下水的重金屬污染。硫化鎳礦采選廢水中排放的重金屬主要來源于尾礦庫排水，廢水中需要重點控制的重金屬為Cu、Ni、As、Cr、Pb。本文通過對國內鎳金屬采選行業的主要生產技術與污染防治技術的調查，篩選出了符合重金屬污染防控要求、具有先進性、實用性的重金屬防控技術。硫化鎳采選企業應加強重金屬廢水污染治理，從工藝技術、技術裝備、運行管理等多方面進行改造提升，同時可在達標排放的基礎上進行深度處理，進一步降低廢水中重金屬濃度，減少重金屬排放量，從而減小環境風險。

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