HDS底泥在德興銅礦采區酸性水預處理的應用

嚴思明，蘭秋平

（江西銅業集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

HDS 底泥是在礦山酸性廢水中回收銅離子之后，采用石灰或電石渣酸堿中和（HDS 工藝）處理產生的底泥，其主要成分為硫酸鈣、氫氧化鐵、氫氧化鋁等，經浸出毒性和腐蝕性鑒別，屬于I類工業固體廢物。德興銅礦采區酸性水處理廠每年處理酸性水1200 萬t 左右，產泥量約20 萬t/a，其中一部分用作自循環料漿，其他全部直接排放到廢石場，占用了寶貴的礦山空間。隨著國家對資源綜合利用以及環境保護要求的不斷提高，德興銅礦對HDS 底泥進行資源綜合利用，即作為調節化學硫化技術除鐵工藝pH 值（代替電石渣或石灰粉添加），這樣既可以有效緩解底泥的堆存問題，又節約石灰用量，具有較好的經濟效益，是江銅集團循環經濟戰略的重要體現，同時也為HDS 底泥進一步綜合利用奠定良好基礎［1-7］。

2 HDS 底泥處理酸性水工藝原理及可行性分析

2.1 工藝原理

經烘干分析測定，HDS 底泥中有效CaO 含量為7.8%，其中CaCO3含量為3.5%。利用HDS 底泥未充分反應的堿性物質（漿料pH 值為8.0 ～8.7左右），把除鐵工藝pH 值調節到3.3 ～3.5，來達到去除三價鐵的目的。具體表現為HDS 底泥中殘留的碳酸鈣與酸性水中的氫離子以及酸性水中三價鐵離子與氫氧根離子發生化學反應，即CaCO3+2H+→Ca2++CO2↑+H2O，Fe3++3OH-→Fe(OH)3↓。

另外，HDS 底泥堿性弱、顆粒粗，工藝控制更加穩定，有助于漿料固液分離效果，減少雜質進入后端硫化工藝，為提高銅精礦品位和減少硫氫化鈉消耗奠定基礎。

2.2 小試及可行性分析

在小試研究中發現，鐵區pH 調節到3.3，1L的酸性水只需要添加31.91g 質量濃度為15%的底泥（干量4.79g），因此完全可用HDS 底泥來調節化學硫化技術除鐵工藝pH 值。與石灰相比，具有以下幾方面優勢：除鐵工藝，雖然HDS 底泥比電石渣或石灰堿性弱，但是工藝過程控制更穩定，可以減少銅離子損失率和提高三價鐵離子去除率；銅回收工藝，硫氫化鈉優先與三價鐵發生氧化還原反應，預處理工藝三價鐵去除率越高，硫化工藝硫氫化鈉用量越少，大約每升酸性水少用0.4mL硫氫化鈉（質量濃度10%）；HDS 工藝，雖然石灰用量偏大，但是從整個工藝來看，每升酸性水少用石灰乳（質量濃度15%）5.48g（干量0.822g）。從小試結果可知，HDS 底泥完全可用于采區酸性水預處理工藝。

3 HDS 底泥在德興銅礦采區酸性水處理的應用

3.1 工藝改造

目前德興銅礦采區酸性水處理廠利用石灰進行除鐵（化學硫化除鐵工藝），其工藝流程見圖1。

圖1 現有工藝流程

圖2 改造后HDS 底泥回用除鐵工藝流程

為了減少HDS 底泥產生量以及增加其資源化綜合利用，利用HDS 底泥進行酸性水預處理，因此需對原有的工藝管路進行改造，其改造后工藝流程見圖2。

3.2 HDS 底泥在德興銅礦采區酸性水處理的應用

HDS 底泥采用自動化添加（pH 控制值3.3），為了保證工藝系統穩定性，另增加了底泥小流量連續添加點，HDS 工藝pH 值控制在7.6，每天取一次水樣進行分析，其運行結果見圖3 和圖4，具體指標見表1。

表1 硫化銅工藝及HDS 工藝水質分析結果

圖3 進水流量、運行時間對銅綜合回收率的影響

從上圖可以看出，為了驗證HDS 底泥添加效果，進行了不同進水流量試驗，整個工藝能夠良好穩定運行，銅離子損失少，銅回收率94%～96%之間，且進水量變化對銅回收率影響不大，主要是添加HDS 底泥比直接添加石灰乳或電石渣反應緩慢，且底泥中含有較大粗顆粒，更容易形成晶種，加速漿料固液分離效果，因此工藝更容易控制，除鐵工藝pH 變化趨勢更加穩定，保證了銅綜合回收率。

圖4 運行時間對HDS 底泥濃度和添加量的影響

從上圖可以看出，雖然HDS 底泥添加量在不斷變化，但是HDS 底泥穩定在12%～15%，確保預處理除鐵工藝運行穩定。主要是因為有兩套HDS工藝系統，一套系統專門控制底泥添加量調節鐵區pH 值，隨時根據底泥濃度變化，調節兩個系統進水量以及控制HDS 排泥量來滿足工廠不同進水量，從根本上保證了工藝的穩定性。

從HDS 底泥工業化應用結果來看，整個工藝能夠正常穩定運行。另外，從德興銅礦檢化中心化驗結果來看，銅精礦品位基本保持在35%左右（以前平均品位只有30%左右），出水水質達到《銅、鎳、鈷工業排放標準》（GB25467-2010）。究其主要原因是除鐵工藝穩定，減少雜質進入后端銅回收工藝，在降低硫氫化鈉單耗的同時，又提高銅精礦品位。

4 技術應用成果

4.1 經濟效益

只需在原有工藝上新鋪設一路HDS 底泥添加管，原材料成本及人工費8 萬元左右，而工藝改造后產生顯著的經濟效益，主要表現在以下幾個方面。

（1）石灰用量。采用HDS 底泥預處理，每噸酸性水石灰用量4.75kg，改造前每噸酸性水石灰用量5.55kg，每噸酸性水少用石灰0.8kg，這與小試試驗結果基本吻合，按處理酸性水1200 萬t/a，石灰200 元/t，每年可節約石灰成本192 萬元。

（2）銅金屬量。采用HDS 底泥預處理，從現場運行情況來看，銅回收率可達94%左右，比采用石灰進行預處理（銅回收率約92%）提高了2 個百分點，按處理酸性水1200 萬t/a，銅離子100mg/L，每年可在原有基礎上多回收24t 銅，直接經濟效益約96 萬元。

（3）硫氫化鈉用量。采用HDS 底泥預處理，平均每噸銅金屬消耗硫氫化鈉1.78t，而采用石灰進行預處理，平均每噸銅金屬消耗硫氫化鈉1.97t，硫氫化鈉3600 元/t，如果按回收銅金屬量1000t/a，每年可節約硫氫化鈉藥劑成本68.4 萬元。

4.2 環保效益

采用HDS 底泥作為酸性水預處理，石灰單耗降低，說明底渣產生量降低。據統計分析，每年可減少10%左右的產泥量，因此可以減緩底泥庫庫存壓力，同時可減少其對周邊環境的影響。

4.3 技術進步

添加HDS 底泥，除鐵工藝更加穩定，這樣就保證了銅回收率和鐵去除率。從現場濃密機運行情況來看，其上清液要更清澈，即SS（懸浮物）相對要低，說明添加HDS 底泥后漿料固液分離效果好，加速顆粒沉降。另外，銅精礦品位也得到一定提高。

5 結語

HDS 底泥用于酸性水前期處理，實踐證明技術上是可行的、經濟上是合理的，不僅可以提高銅綜合回收率和銅精礦品位，還可以減少石灰、硫氫化鈉藥劑消耗，在產生經濟效益的同時發揮出資源綜合利用的環保效益，同時對后端HDS 工藝幾乎不造成影響，出水水質達到《銅、鎳、鈷工業排放標準》（GB25467-2010）［8-9］。此項技術可在其他有色金屬行業中酸性水處理得到推廣應用，具有很強的產業化價值。