某硫鐵礦有害成分水污染控制措施及其有效性研究

任劍峰，楊孟華，朱曉玉，田 豐，

(1.安徽長之源環境工程有限公司，安徽 合肥 23000；2.合肥工業大學 資源與環境學院，安徽 合肥 23000)

1 引言

我國硫鐵礦的資源儲備居于世界首位[1,2]。我國目前的硫儲量由硫鐵礦硫、伴生硫鐵礦硫和自然硫構成,其中硫鐵礦和伴生硫鐵礦是我國的主要硫源[3]。

長期以來,由于資金、技術投入不足，未能做好硫鐵礦開采過程中的環境保護工作,粗獷的開采方式不僅造成了較為嚴重的硫鐵礦資源的浪費,同時也產生較大的環境污染，給礦區周邊的水、大氣、土壤等造成惡劣影響[3～5],而做好污染防控工作,不僅可以減少末端治理工作量,還可以降低污染對工作人員、周邊居民和環境的影響[6]。

2 某硫鐵礦工程概況

2.1 礦山特征

某礦山是一個以硫鐵礦為主,共(伴)生鐵、銅、金、銀等礦的大型隱伏硫鐵礦床,礦體全部埋藏在第四系覆蓋下的基巖中。礦石的化學成分較簡單、主要組分為硫,共(伴)生有益組分有鐵、金、銀、銅等[1,7]；有害組分為氟。

2.2 開采方式

該礦區大多位于侵蝕基準面以下,深埋地下,若采用露天開采,將存在剝離量很大,同時嚴重損毀地表植被,破壞環境等問題[8～10]。故礦山采用地下開采方式,選擇下盤主副井開拓方案,采用膠結充填采礦法。該方案雖采礦成本比露采高,但征地少,對周邊環境破壞較小,同時可有效控制開采過程中有害元素暴露、淋溶污染環境等風險[11,12]。

2.3 選礦工藝流程

硫鐵礦碎礦系統采用三段一閉路流程,其中粗碎作業設于井下； 硫鐵礦磨礦系統采用兩段閉路磨礦流程； 硫鐵礦選別系統采用混合浮選+分離浮選+尾礦磁選流程； 最終尾礦匯集至尾礦渣漿泵池,經渣漿泵揚送至旋流器組分級后,旋流器底流經自流至尾砂充填砂倉,旋流器溢流和砂倉溢流自流至φ45 m尾礦濃密機,濃密機底流經渣漿泵輸送至尾礦庫堆存。具體工藝流程見圖1。

圖1 某硫鐵礦選礦工藝流程

3 水污染防控措施

3.1 地表水污染防控措施

正常情況下,礦區的主要水污染源包括：礦井涌水、選礦廢水、尾礦庫回水等。針對這幾種水污染采取的控制措施如下。

3.1.1 礦井涌水

本項目礦井水產生量為2.8萬m3/d，設置一套高速固液分離流化床+結晶造粒流化床廢水處理系統,其中供給項目所在區域電廠回用水量0.5萬m3/d，剩余的2.3萬m3/d達到《鐵礦采選工業污染物排放標準》(GB28861-2012)水污染物特別排放限值要求，一部分作為生產新水供生產工藝用水，一部分溢流排放。廢水處理系統廢水處理工藝流程見圖2。

圖2 污染治理工藝

3.1.2 選礦廢水

選礦廢水主要為選礦循環水，還包含精礦過濾廢水、車間沖洗廢水、尾礦濃縮水等,經收集后排入3500 m3的循環水池,回用于選礦,形成閉路循環不外排；礦山的設備冷卻水全部回用不外排。

3.1.3 尾礦回庫水

尾礦庫采用庫后回水方式,在庫后尾水澄清區布設回水泵站抽取庫內澄清尾水輸送至選礦回水系統循環利用,不外排。

3.2 地下水污染防控措施

礦區地下水污染主要來源于車間、廢石臨時堆場、尾礦庫及污水處理設施的污水滲透,所采取的防滲措施如下。

3.2.1 車間防滲措施

精礦脫水車間、選廠回水池及雨水池、主廠房、尾砂堆放車間：按照Ⅱ類場采取污染控制措施,地面采用250 mm厚的C30混凝土硬化,構筑防滲層；水池采用C30抗滲混凝土,滲透系數不大于1.0×10-7cm/s,經實測抗滲等級P=8試件無滲水。

3.2.2 廢機油暫存間防滲措施

廢機油采用空油桶儲存集中堆放于廢機油暫存間,占地面積為35 m2,廢機油暫存室選在廠區倉庫內,地面采取的防滲工藝為“250 mm厚的C30混凝土澆筑+環氧樹脂+地面硬化”。廢機油定期由有資質的單位回收利用。

3.2.3 尾礦庫防滲措施

尾礦庫區防滲：尾礦庫采取人工防滲措施,采用土工膜防滲,防滲層的厚度相當于滲透系數1.0×10-7cm/s和厚度1.5 m的粘土層的防滲性能。

尾礦庫壩體防滲：壩體內側設置壩面防滲層(HDPE土工膜+鈉基膨潤土防水毯)進行防滲,壩面設置干砌塊石護坡層,壩基、壩肩設防滲齒槽。

3.2.4 污水處理設施防滲措施

礦區內配套的污水處理站濃縮池、絮凝反應池、污泥池等采用了抗滲等級不低于P10的混凝土進行澆筑,混凝土厚度不低于25 cm,并對混凝土表面進行了防腐處理。

4 污染防控措施有效性分析

4.1 分析方法

目前水體水質評價方法眾多，主要有單因子指數法、綜合污染指數法、模糊綜合評判法和灰色關聯分析法4種方法[13,14]。本文選擇單因子指數法進行評價，該方法簡單易行,結果直觀。

其中一般性的水質因子的指數計算公式：

Si,j=Ci,j/Cs,i

(1)

式(1)中：Si,j為單項水質因子i在第j點的標準指數；Ci,j為評價因子i在j點的實測濃度值;Cs,j為評價因子i的評價標準限值。

pH值的標準指數計算公式：

(2)

(3)

式(2)、(3)中：SpH,j為pH值的標準指數；pHj為pH值的實測值；pHsd為評價標準中pH值的下限值；pHsu為評價標準中pH值的上限值。

若水質參數的標準指數大于1，表明該水質參數超過了規定的水質標準。

4.2 地表水水質指數

在10月11日及12日對該礦排污河流下游水質的pH值、COD、氨氮等14種水質參數進行監測，采用上述評價方法計算后得出結果見圖3。

圖3 地表水水質指標計算結果

4.3 地下水水質指數

在10月13日及14日對該礦地下水水質的pH值、氨氮、氟化物等12種水質參數進行監測，采用上述評價方法計算后得出結果見圖4。

圖4 地下水水質指標計算結果

4.4 有效性分析

根據上述評價結果，該礦納污河流及區域地下水水質各監測因子的單因子指數均小于1，分別滿足《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)中Ⅲ類標準和《地下水質量標準》(GB/T14847-2017)中的Ⅲ類標準，由此可見本項目的水污染控制措施可行有效。

5 結論與討論

文章針對某硫鐵礦在開發利用過程中可能產生的水污染問題提出了相應的防控措施,通過對該礦納污水體和區域地下水水質因子進行檢測并采用單因子指數法進行分析，結果表明其水體水質分別滿足《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)和《地下水質量標準》(GB/T14847-2017)中的Ⅲ類標準，由此可見本項目采取的水污染控制措施可行有效，對類似礦山水污染治理具有較好的借鑒性。

礦產資源是我國寶貴的自然資源之一,建設綠色礦山是保證礦山可持續發展的必要條件,礦山開采應與環境保護、資源保護相協調，最大限度減少對自然環境的破壞，選擇資源節約型、環境友好型開采方式。同時，充分利用礦井涌水、滲流等各類生產廢水、生活污水等污廢水經處置后分質循環利用,可提高回水利用率,節約水資源。