德兴铜矿酸性废水处理技术及效果研究

德兴铜矿酸性废水处理技术及效果研究

德兴铜矿酸性废水处理实践 任万固（江西省德兴市） 露天开采过程中，随着矿坑暴露，大量含铜废石排入废石场，在自然条件下，经空气、雨水、微生物作用，产生大量含有铜、锌等金属离子的酸性废水。这些废水若不加以处理，将严重危害区域地理环境，造成可携资源的流失。德兴铜矿广泛采用国内外先进的废水处理技术，利用尾矿溢流液处理矿山酸性废水、酸碱废水综合处理及细菌堆浸/萃取/聚集提铜工艺处理含铜酸性废水，效果显著。 关键词：含铜废石；酸性废水；细菌堆浸。德兴铜矿开采历史悠久，留下大量旧洞、废石场。 产生的酸性废水严重污染了矿区广大区域，目前德兴铜矿铜厂矿区露天采矿坑裸露面积达6km，年均降雨量约4‰，矿区内主要产生酸性废水，两座废石堆场均建有酸性水库及水坝，一座废石堆场与尾矿库相连，尾矿堆放在三个尾矿库内，每年产生约1.1万方碱水。矿山酸性废水是水、氧、细菌、矿物质等综合作用的结果，酸度随时间推移不断增大。据相关设计院测算，矿区酸性废水产生量较大。 露天采矿区年酸性水产生量约540.2123吨，酸性水中Cu、Tfe、Fe离子含量分别为33.24、165.8、68.17；废石场年酸性水产生量约900.78万吨，pH值为53，水中Cu、Tfe、Fe离子含量分别为185.14、1636、1006.5。

矿山开采酸性废水水质与降雨、排放时间有关，而根据多年观测数据，废石场酸性废水铜、铁浓度与月平均气温、月流量、月降雨量和累计废石量四个主要因素有关。通过数理统计，其水质模型用四元回归方程表示：20.73646.94)611.05540..85)式中：Y—金属离子浓度，mg酸性废水综合处理酸性废水综合处理是一项庞大的系统工程，从矿区排水到达标排放，经过一个非常复杂的处理过程，水量、水质都在不断变化，在酸性水库的调控下，处理废水量保持总体动态平衡。 这一过程可以用下图表示：图酸性废水综合处理工艺示意图多年来，德兴铜矿工程技术人员积极与国内外专家、科研院所合作，针对矿山酸性废水的特点，在综合处理方面进行了不懈的探索和实践，取得了很大的成功。建设工业水处理站处理酸性水1988年，建设工业水处理站，设计规模为处理矿山酸性废水。 其工艺流程及参数：第一级（除铁）：pH=0.5（三级除铁率97%、铜回收率90%，第一级出水Fe（第二级铜回收率99%，铜渣铜品位30%）第三级（中和）：pH=该站自建站至1999年底，共处理酸性水1600I，碱性水6300万I，提供选矿回水7800万I，回收铜金属304I，处理水达标率为87.5%。

利用尾矿溢流处理酸性水，根据酸碱平衡原理，探究其中和特性、混合中和方法、比例、pH值、水质及混合反应沉淀指标，达到用碱性废水处理酸性废水的目的。矿山碱性废水主要包括尾矿溢流水、精矿溢流水和含硫废水。尾矿溢流水量为8887.75，均为11.97，碱度为5642.8，尾矿浓度为18%，；精矿溢流水量为1576.41a，其pH值为12.14，碱度为1489.1；含硫废水量为535.84，均为12.14，ppm。 在尾矿溢流与酸性水混合比为4的情况下，中和上清液pH值即可达到上清液清水水质，各项指标均符合排放标准。酸碱废水中和反应后，初期为分层沉淀，沉降速度约为0.3mm/s，前3个小时内中和液沉降速度较慢，随后大于尾矿溢流液沉降速度，中和渣最终体积小于尾矿渣体积，因此不会影响尾矿库固液分离及堆积能力。经过工艺处理后，废水成为可使用的清水。 多次采样全分析结果见下表（单位mg样品来源矿山酸性废水尾矿库溢流沉淀池出水..413.Mg882.0047.尾矿库水质模型2000年，矿区第八十六水库建成，酸性水经废石场过滤、缓蚀后，与第四水库的碱水中和。

通过数学模拟得到库区废水的流场和浓度场计量方程。为保证水库pH值为0，允许从水库排出的酸性水的最大量不能超过1026.43。水库容量大，进入水库的水量相对较少，整个库区水流要达到充分混合需要数千小时的时间，因此采用酸碱废水混合后再进入水库更为合适。西园沟废石堆产生的酸性水直接排入水库，入口附近部分水域pH值下降，并不影响整个水库pH值变化，但会影响附近浮船回水泵站回水pH值。酸碱废水混合后进入水库后沉淀出来的澄清水可泵回高位水箱，供大山厂选矿作业使用。 在80%返水率条件下，选矿回收率和铜选别效率保持基本稳定，硫选别指标呈上升趋势，药剂用量基本稳定。细菌堆浸从酸性废水中回收铜。废石场受各种自然因素的影响，产生大量的酸性废水，不仅含有多种金属离子，还含有相当多的氧化亚铁硫杆菌，细菌含量在10%左右。氧化亚铁硫杆菌浸出铜的机理主要表现在直接和间接两个作用上，一是细菌细胞特有的氧化酶将黄铜矿氧化，破坏矿物的晶格结构，使矿物中的铜被酸化，以硫酸铜的形式进入浸出液。 二是细菌将矿物中的硫和铁氧化生成硫酸和硫酸铁溶液，从而进一步促进矿物中硫化铜的氧化和铜的浸出。新建废石堆分层堆放，层高30m，采用循环喷淋布液方式，流量控制在7目，细菌数可维持在10目左右，其活性足以维持良好的浸出效果。利用废石堆内自然生成的酸性水作为浸出剂，由上而下深入矿堆，借助细菌的氧化作用，经过三次循环，铜离子浓度可达/L左右，pH值保持良好。萃取剂选择萃取反萃，分为二次萃取和一次反萃。 液相在室温下逆流循环，倍数为1，混合时间3分钟，澄清率为3.6ml。

整个萃取流程采用低速搅拌、双混合室串联、澄清槽分离方式，Sn合金为阳极板。电解液经吸附塔与残留有机物分离后，送至电解液储槽经热交换器加热至45℃后进入电解槽，流速控制为60m。电解贫液再次返回反萃取工序，在阴极板上产出99.99%的阴极铜。当电解液中Fe离子浓度积累到一定限度时，输送至酸处理车间，采用NSH阴离子膜交换透析器回收部分硫酸（硫酸回收率达72.5%，除铁率95.6%），余液返回堆场喷淋，整个流程实现闭环循环。 堆浸厂于1997年开始生产，至200年底已从酸性废水和废石中回收2476吨，闭环循环消耗，减少酸性水处理量近600吨，经济效益和环境效益明显。实践表明，德兴铜矿将酸性矿山废水、尾矿溢流、含硫废水等碱性废水进行综合处理，不投加药剂，不另建处理沉淀设施，利用尾矿库进行中和沉淀，不影响尾矿库固液分离和堆积能力，外排水即可达标排放，澄清水可回用于选矿。另外，废石场采用细菌堆浸回收铜，剩余萃取液再进行循环浸出，减少或杜绝酸性废水的排放，从而达到从源头上解决矿山含铜废石污染的目的，经济效益十分显著。 在德兴铜矿废水处理试验研究中，采用的两级中和技术、尾矿分级溢流空气搅拌技术处理酸性矿山废水，填补了我国废水处理技术的空白，达到了国际领先水平。

虽然酸性水治理规划取得了不少成果，但酸性水治理工作是一项特别庞大、复杂、繁琐、技术性和操作性强的工作。前几年，矿区污水分流工作没有做好，当地硫矿排出的废水也混入大武河；酸性水处理站还存在以下问题：（1）石灰含有大量杂质，质量差，经常堵塞系统管道；（2）设备设施严重结钙，使设备结钙堵塞，无法运行；（3）固液分离困难，很多固体和悬浮物粘在一起流入上清液，使处理效果不佳。近年来，江西省政府十分关注德兴铜矿的环保问题，责成当地环保局督促、协助治理。 德兴铜矿也提出了五年把大武河搞干净的目标，基本明确了酸性水处理主要采用以下三种方法：一是酸碱自然中和（泵入四号水库）；二是堆浸消耗、液面蒸发；三是进入处理站处理。酸性水处理系统经过两年的改造，现在运行正常，但成本很高（约7吨水）。已在网上进行了国内、国际招标，拟采用国内外先进的技术、方法和设备处理我矿酸性水，降低废水处理成本。但在实际生产中，随着采剥工程的推进，不同阶段集水面积、水量、水质、流向等都会发生变化，各地酸性水的数量、质量也是一年四季都在不断变化。 因此笔者认为下一步可以采取如下措施，达到有效处理酸性水的目的。

（）在分区治理、清污分流、排水结合、充分利用现有设施的条件下，优先采用堆浸、适度中和、控制处理，达到经济、安全、有效处理酸性水、保护生态环境的目的。可修建明渠（或管道），将大坞头地方硫矿老洞水经隧道引至黄牛前，排入四号水库进行中和；可修建隧道，将杨桃坞酸性水库与集液库、朱家酸性水库连通，使杨桃坞废石场的含铜酸性水可用于堆浸。（2）修建截水沟等工程，将清水与酸性水分离，减少清水混入，减轻处理系统生产压力。（3）“加强排水，优化开采剥离，消除酸化。” 加强排水：矿区出露的矿岩为原生硫化矿物，降雨后短暂的聚集过程中不易酸化，需及时启动水泵排水，最低工作面集水槽地下水因无氧气，也全部为清水。密切注意清水与污水的时空差异，加强现场排放系统（清水或酸性水）的切换。优化采剥：控制松散矿岩料堆量。消除酸化：完善酸性水处理、排放日常工作操作制度，做到各级机构、人员到位；监测水质、水量，各类设施设备运行情况必须每月记录、分析、上报并台账，为科学决策奠定基础。