某銅礦山尾水綜合利用實驗研究

文_趙麗瓊 玉溪飛亞礦業開發管理有限責任公司

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、硫鐵多金屬復雜硫化礦床。礦山現有三選廠、四選廠、硫鐵浮選廠等三座浮選廠，選礦主體流程為優先浮選銅、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狀

1.1 給水系統情況

礦山給水系統為循環給水，由外部給水系統和礦山內部循環給水系統組成，外部給水系統為小黑江水取水，礦山每天取水量為3370m3；礦山內部循環給水系統由生產回水系統和生活污水系統組成。

礦山生產回水系統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、排土場滲透水、采場滲透水三股水組成。尾礦庫滲透水，pH值約7.5，氨氮含量較高；排土場滲透水，為酸性水（pH值約4），重金屬含量高，該水已進入給水管網，并通過回水系統進行利用；采場滲透水：為酸性水（pH值約4），重金屬含量高，該水未進入給水系統，直接外排到自然水體。

1.2 回水利用情況

礦山現有回水點為：①Φ55m濃密機溢流水（未選硫鐵）；②Φ60m濃密機溢流水（已選硫鐵）；③尾礦庫庫內回水及庫外滲水，可用總回水量：Φ55m濃密機溢流水+Φ60m濃密機溢流水+銅、鋅、硫精礦溢流水+尾礦庫庫外回水+排土場滲水=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，回水全部用于生產后還剩余水量為2384m3/d?，F有回水點水質不同，對選礦指標的影響程度不同。三選廠使用的回水主要有Φ60m濃密機溢流水、尾礦庫庫內回水及庫外滲水；四選廠目前使用的回水主要有Φ55m濃密機溢流水、尾礦庫庫外滲水；硫鐵浮選廠目前使用的回水主要有Φ60m濃密機溢流水、硫精礦濃密機溢流水；開展項目研究前回水利用率約為72%，各回水點使用不能嚴格分開。

2 尾水水質對生產指標影響的分析研究

2.1 尾水對銅鋅分離指標的影響

2.1.1 尾水中銅等重金屬離子對鋅礦物的影響

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。黃銅礦占比達到95%以上，屬于較易分選的原礦，但指標波動較大。其原因主要是尾水中的重金屬離子對閃鋅礦活化作用很強，鋅被活化后難以抑制，導致鋅的抑制劑增大，捕收劑用量增大，使銅鋅分離的條件變得復雜。

2.1.2 尾水中銅等重金屬離子、pH值等對硫鐵礦物的影響

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，在浮選分離中會直接影響精礦的質量，同時黃鐵礦屬于低價礦物，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，它在堿性環境中氧化速度較快，氧化的結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，當礦漿pH值較低時，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了其可浮性，因此生產實踐中常用硫酸調整礦漿呈弱酸性進行浮選黃鐵礦。

四選廠銅鋅分離的生產用水水質波動較大，主要體現在石灰的用量上，尾水中銅等重金屬離子除了對鋅活化外，對硫鐵礦物也有活化作用，且pH值經常在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，引起銅、鋅精礦的互含高，精礦品位差，回收率下降。

2.2 尾水對三選廠單銅指標的影響

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，易產生Cu2+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、SO42-等離子，鐵離子對硫化銅有抑制作用，銅離子對黃鐵礦有活化作用。生產中尾水含銅等重金屬離子，較低的pH值（pH=5～6）進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（有時高達10kg以上），大量的石灰進入選別系統，導致選別操作很難平穩，對選礦指標造成較大影響。

2.3 尾水對尾礦除硫鐵選別指標影響

尾水使用對三選廠單銅選別和四選廠銅鋅選別造成的影響，主要體現在石灰的用量大，不可控，導致尾礦的pH值高（三選廠pH=9～10,四選廠pH值11～12），大量的氫氧根離子、鈣離子隨尾礦進入硫鐵選別流程，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）才能對其有活化作用。選別作業后，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，經常出現溢流水跑渾等現象。特別是三選廠尾礦沒有進行濃縮，濃度波動較大，直接進入硫鐵車間選別，進一步加劇了硫鐵車間的藥劑制度波動，同時溢流水循環使用進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，難以調控。

2.4 尾水對水平衡的影響

由于尾水成分復雜，影響生產指標，故四選廠銅鋅分離使用大量新鮮水，導致小黑江取水量大，造成生產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 尾水綜合利用實驗研究

通過對礦山原礦性質、選礦廠生產工藝、礦山水質情況、工藝流程水平衡等情況調研，找出了問題產生的根本原因，提出相應的解決方案。

3.1 三選廠銅尾礦濃縮試驗研究

3.1.1 三選廠選銅尾礦自然沉降試驗

樣品取自三廠選銅尾礦漿樣，取樣時間為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）。試驗采用2.5m的斜板單元格進行，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 脫泥濃縮的試驗研究

對三選廠選銅尾礦和選硫后的總尾礦進行了粒度分析，結果見表1。

表1 粒度分析表

從總尾礦和三選廠選銅尾礦各粒級的硫品位來看，硫主要從-74+19粒級中回收。從三選廠選銅尾礦的硫分布率來看，-19μm粒級的產率為22.6%，硫分布率總共只占10.55%，考慮脫除，這樣可以極大地避免微細粒級進入生產系統，消耗大量的選礦藥劑，惡化水質，造成惡性循環。

為了達到提高三選廠銅尾礦濃度至45%，同時又能脫出小于19μm的微細粒級，生產中采用二段旋流脫水。

3.2 酸水浮選硫鐵試驗研究

本次試驗根據尾礦在不同pH值情況下的結果，在日消耗5494m3酸水的條件下，礦漿濃度調整至45%加入酸水1100mL后，入選礦濃度為30%。試驗結果如表2。

表2 硫鐵選礦試驗加酸水和不加酸水碳酸氫胺消耗對比

從試驗結果看，硫鐵選別過程中pH值是影響硫鐵回收的關鍵因素，不考慮添加活化劑的情況下，礦漿pH值為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，基本實現不添加活化劑，利用酸水及酸水所含的重金屬離子實現對硫鐵的雙重活化作用，對銅鋅尾礦pH值≥12時，酸水和碳酸氫鈉共同添加，強化對硫鐵的活化。

4 工藝設計及配套工程

4.1 工藝設計

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

最后達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。滲透酸水中的銅等重金屬離子是硫鐵礦的優良活化劑，對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的問題。

4.2 工藝建設配套工程

排土場滲透水取水工程：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：由露天采場底部取水至新建800m3高位水池。中途在1249m標高建結合池，由結合池自流到新建800m3高位水池。含泵站建設、泵站集水池、1249m標高結合池，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高壓電到采場底部泵站，設計容量400kVA變壓器1臺。

三選廠尾礦濃縮脫泥工程：為解決水質問題，該部分礦泥的處理工程為：直接排至尾礦庫（新建礦泥輸送系統工程），二段脫水后礦泥不進入系統流程，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間的沉淀來優化用水水質，增加礦泥從硫鐵車間至新建結合池的礦泥輸送工程。

5 項目實施后效果

滲透酸水中的銅等重金屬離子是硫鐵礦的優良活化劑，對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的問題。

硫鐵選別過程中pH值是影響硫鐵回收的關鍵因素，在不考慮添加活化劑的情況下，礦漿pH值從13降至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，基本實現不添加活化劑，利用酸水及所含的重金屬離子實現對硫鐵的雙重活化作用，提高尾水綜合利用率的同時減少碳酸氫胺的用量。

尾水項目實施前，生產、生活取鮮水約3370m3/d，尾水綜合利用項目完成后，生產、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。

尾水項目改造完成后，整個系統最后進入尾礦庫的水量為27054m3/d，總回水27126m3/d，系統水平衡基本處于平衡狀態，可以消耗尾礦庫前期系統積水-72m3/d，實現廢水零排放。