尾砂濃縮-脫水及廢水零排放技術研究

張曉波，曹偉 ，姜群，陳秋松

(1.錫礦山閃星銻業有限責任公司， 湖南 冷水江市 417502； 2.中南大學， 湖南 長沙 410000)

0 引言

有色金屬礦山大多存在著尾礦庫庫容受限、廢水外排污染周邊環境及水體的共性問題。隨著采礦、選礦業的發展，每年我國的尾砂產量越來越多，尾砂的粒度也越來越小。據統計，我國的尾砂產量以每年6億t的速率增加，造成國內尾礦庫需求緊張，且尾礦庫建造成本過高給相關企業帶來較大的經濟壓力[1-3]。為了處理數量龐大的尾砂，往往采用充填采礦法將尾砂、膠凝材料和相關添加劑混合回填至地下采空區，減少采空區冒落、垮塌事故，且能高效處理尾砂，有效降低尾礦庫的承載壓 力[4-5]。隨著尾砂顆粒的降低，尾砂漿的底流濃度大大降低，充填體強度無法達到規定強度。為達到規定的充填料漿濃度和充填體強度，需要提高細顆粒尾砂的絮凝沉降濃度和效率[6-7]。

經過濃密機處理后的尾砂充當充填材料充填至空區，尾砂廢水因為含有選礦藥劑且其組分復雜，未經處理的尾砂廢水排放會造成嚴重的環境污染和生態破壞。所以采取有效的尾礦廢水處理，是實現綠色礦山、貫徹“綠水青山就是金山銀山”的環保理念[8-12]。

本文以某銻礦尾礦及尾礦廢水作為研究對象，對其處理方法及工藝進行論述。為達到有效的濃縮濃度和廢水的無害處理，采用絮凝劑和深錐濃密機達到最佳的尾砂濃縮效果，并使用特異性絮凝劑及水質檢測方法，以實現廢水回收處理工藝的簡單化，實現綠色生產、建設綠色礦山。

1 工程現狀

錫礦山銻礦屬低溫熱液充填交代礦床，是我國典型的單一硫化銻礦石。其采選規模為60萬t/a，年產銻精礦3萬t，是國家銻品主要研發和出口基地，世界最大銻礦山。其中，錫礦山南礦每日磨選尾礦約1000 t/d，在尾砂分級后，沉砂用于充填，溢流排至尾礦庫，但尾礦庫已達服務年限，面臨尾礦無處排放的困難。錫礦山選廠每日外排5000 m3的尾礦廢水，其中銻含量44 mg/L，鉛含量50 mg/L，鈣含量2000 mg/L，鎂含量200 mg/L，錳含量50 mg/L，且含有大量的殘余選礦藥劑。廢水直接回用影響浮選，而排至尾礦庫則污染環境。

2 試驗材料及方法

2.1 試驗材料

本試驗使用尾砂漿為銻礦山尾砂漿，濃度約為20%。尾砂粒徑分布呈現粗細兩級分化特征，并且對全尾砂和溢流原漿重量比為 1:1的尾砂進行了粒徑組成測試，測試結果見表1和表2。使用1 kg球磨機、0.25～3 L浮選機、過濾機、烘箱作為試驗設備，采用硝酸鉛、乙硫氮、MA、2#油、聚丙烯酰 胺（型號AX868）作為試驗藥劑。

表1 全尾砂粒度組成

表2 旋流器溢流:全尾（1:1）混合尾砂粒度組成

2.2 試驗方法

2.2.1 尾砂沉降、壓縮試驗

根據尾砂處理流程，進入濃密機的物料為深部、淺部充填站旋流器的溢流和尾礦原漿的混合樣，其溢流原漿重量比約為1:1，進入深錐膏體濃密機的礦漿濃度約13%。并選取8%和5%的礦漿濃度作為試驗砂漿濃度，分別添加20，30，40和50 g/t絮凝劑進行混合樣的沉降試驗。

2.2.2 廢水回用試驗

（1）水質分析。現場尾礦通過添加不同用量絮凝劑聚丙烯酰胺，沉降一定時間后，分析上層澄 清液的離子含量，考查不同絮凝劑用量對應的水質變化。

（2）清水試驗。在磨礦細度-200目含量58.7%條件下，硝酸鉛作為活化劑，MA和乙硫氮作為組合捕收劑，2#油為起泡劑，試驗流程為一粗二精二掃，進行清水條件下閉路試驗。

（3）回水試驗。在磨礦細度-200目含量58.7%條件下，活化劑硝酸鉛用量為90 g/t。組合捕收劑MA+乙硫氮用量為100 g/t+50 g/t，起泡劑2#油用量為50 g/t，試驗流程為一次粗選。分別添加CaCl2、MgCl2、NaCl及不同比例的絮凝劑，分別考查鈣離子、鎂離子、鈉離子和直接添加不同比例絮凝劑對浮選指標的影響。

3 試驗結果及分析討論

3.1 尾砂沉降、壓縮結果及分析

尾砂沉降結果如圖1所示，對5%和8%濃度的尾砂漿添加不同比例的絮凝劑，呈現出不同的沉降曲線。隨著沉降時間的增加，礦漿的沉降速率和壓縮濃度均達到穩定狀態。因為絮凝劑剛加入礦漿中時，絮凝劑上帶有的電荷、絮狀結構具有絮凝顆粒成團的作用，增加尾砂絮凝團的體積和重量，提高了沉降速率和壓縮濃度[13]。隨著沉降試驗的進行，絮凝劑消耗殆盡，礦漿尾砂顆粒懸浮量降低，達到絮凝沉降的穩定狀態。

圖1 尾砂漿靜態沉降試驗關系曲線

圖1（a）和圖1（b）顯示了絮凝沉降結果， 隨著絮凝劑添加量的增加，尾砂沉降速率增加，在超過30 g/t時沉降速率降低。絮凝劑在尾礦漿中的添加量有低濃度、合理濃度、高濃度和超高濃度之分[14]。在合理濃度時沉降效率最高，而添加過量的絮凝劑會導致絮凝劑過飽和，造成“細”顆粒尾砂絮團增大，絮凝體密度更接近水而沉速更慢，“粗”顆粒尾砂的帶動沉降效果變差[15]。在絮凝劑添加30 g/t的時候，可獲得最佳的沉降效果。

3.2 尾砂沉降、壓縮結果及分析

現場尾礦通過添加不同用量絮凝劑聚丙烯酰胺，沉降一定時間后，分析上層澄清液的離子含量，檢測不同絮凝劑用量對應的水質變化，結果見表3。隨著絮凝劑用量的增加，水中離子含量和懸浮物含量均隨之下降。清水試驗、鈣離子條件試驗、鎂離子條件試驗、鈉離子條件試驗及絮凝劑回水條件試驗的結果見表4至表8。

表3 不同絮凝劑用量對應水質分析結果

表4 清水閉路試驗結果

表5 鈣離子對浮選指標影響試驗結果

表6 鎂離子對浮選指標影響試驗結果

表7 鈉離子對浮選指標影響試驗結果

表8 絮凝劑回水和直接添加絮凝劑對浮選指標影響試驗結果

在清水試驗中，可知精礦產率為2.86%，Sb品位為48.79%，Sb回收率為92.34%；尾礦產率為97.14%，Sb品位為0.119%，分布率為7.66%。鈣離子、鎂離子、鈉離子條件試驗的浮選結果與清水試驗相比，發現以上離子對浮選指標均無明顯的影響，這為回用選礦廢水提供了可靠的依據。

在添加絮凝劑的回水條件試驗中，結果表明，在試驗用量范圍內添加絮凝劑的回水對浮選指標無明顯影響。但是直接添加絮凝劑，浮選精礦品位和回收率呈下降趨勢，尾礦品位和分布率呈上升趨勢。當絮凝劑用量為2.5 g/t時，粗精礦產率為5.83%，品位為20.92%，回收率為80.77%。為解決直接添加絮凝劑對浮選指標的影響，采用添加分散劑六偏磷酸鈉和適度提高活化劑用量，降低直接添加絮凝劑對浮選的影響，試驗結果見表9。結果表明，當回水中絮凝劑含量超標時，通過添加分散劑和適度提高活化劑用量，可以消除過量絮凝劑對后續浮選指標的影響。

表9 處理后回水閉路試驗結果

4 結論

（1）在沉降、壓縮試驗中，30 g/t的絮凝劑添加量為獲得高效率沉降和壓縮濃度的最佳添加比例。

（2）鈣離子、鎂離子、鈉離子和添加絮凝劑的回水均對浮選的指標沒有影響。但直接添加絮凝劑會導致浮選指標降低，可添加一定量的分散劑六偏磷酸鈉和適度提高活化劑用量，并可達到廢水回用綠色生產的目的。