试论选矿厂废水的回用技术

【关键词】选矿废水；回用；处理技术；研究进展；发展方向

引言

矿物资源是人类社会发展的物质基础，矿业是我国经济传统的基础产业之一。其涉及范围包括农业、工业、机械等，并且已经关系到了航天、信息等新兴产业。由此可见，矿业对我国的经济发展起到了关键性的作用。但是，开采矿山、遴选矿石的过程中需要用到大量的生产用水，同时排放废水。废水中的有害物质严重影响水资源的回用并且污染环境。如今我国政府已经对环保问题高度重视，这样的社会背景下，选矿废水的回用处理备受关注。国内外在废水处理技术上已经进行了一些探索，得到的结论是选矿废水的回收处理技术难度大并且成本极高，如何合理的回用选矿废水已经发展成世界性的课题。

1、选矿废水的来源、特点及危害

1.1选矿废水的来源

谈及来源，选矿废水并不是简单的选矿过程中排放的废弃水。一些用来冲洗场地地表、用于冷却的水也属于选矿废水。对其进行划分，可以根据其来源分为两类：一是浓缩精矿石及中型矿石的脱水溢流，该种废水量小，约占废水总量的5%。第二种是选矿过程中各种工艺产生的废弃水，其中也包括一些冲洗用水。

具体谈废水的主要来源如下：

（1）矿石碎裂过程中除尘排水，以及碎石场地、工作车间、转运站地面的冲洗用水。这类废水中的主要杂质为粉末悬浮物，经物理沉淀后即可以回用。沉淀物中的有用矿物也可以再回收。

（2）洗矿废水。杂质组成与上一种来源基本相同，也是主要为悬浮物。处理方法同上。但需要指出的是有时洗矿废水中可能含有一些重金属离子，需要进行进一步的相关处理，其处理方法与矿山酸性废水的处理方法相同。

（3）冷却用水。选矿的某些工艺是在高温条件下进行的，机器设备需要靠水流带走热量。此部分废水可不需处理直接回收多次利用。

（4）选矿废水。主要指选矿工厂排放的尾矿液。这类废水是本文所研究的重點，其杂质种类较多且大部分污染后果严重。

1.2选矿废水的特点及危害

选矿废水流量较大、内含较多悬浮物、掺杂种类多但浓度小的各种有害物质。这些有害物质主要有选矿药剂成分、金属离子以及氟、砷等，不经处理直接排放将对水资源造成严重污染。河流因为选矿废水的排放含有大量尾矿粉而变色。选矿药剂成分大部分有毒，废水不经处理排放，一些水生的动植物会受到危害。毒素还有可能通过食物链向生物圈其他群体蔓延。长期积累，后果严重。除此之外，选矿废水的pH值达不到国家要求的标准也会对环境造成影响。

2、选矿废水回收处理技术的研究

2.1胶体物质的处理

废水中的胶体物质指的是利用物理沉淀法不能除去的细小悬浮状态的无机物和有机物。除去该类物质的关键是破坏其稳定的分散系，可以采用添加某些化学药剂来实现。破坏之后采用传统的重力沉淀法进行分离。但是值得注意的是投入的化学药剂本身也会对水体造成一定程度的污染，所以要适量投放。根据不同的水质选择用量，亦或采用一些后续工艺能够清除的药剂来进行投放。

2.2酸、碱度的处理

选矿废水的pH值一般较国家排放标准有一定的差距，化学工艺中的中和法是解决该问题的有效方法之一，其原理是废水中的H+（或OH-）与外加OH-（或H+）相互作用，从而生成弱解离的水分子（OH-+H+=H2O），使得废水的pH得到改善。考虑到经济因素，我们可以将酸性废水与碱性废水混合发生中和反应，这样就省去专门的化学药剂费用。但是在两种废水混合之前，一定要采样进行实验，确保能达到预期的效果时，再大量进行反应。采用酸碱废水的综合治理方法过程简单、操作方便，具有不错的经济效益以及社会效益。

2.3氰化物的处理

2.3.1碱性氯化法

国内外对碱性氯化法的研究开始于上世纪70年代初期，几年时间里该方法成为当时最为广泛的化学处理方法。该方法的原理是，在水体呈碱性（Ph=10～11）时，使用次氯酸钙或者液态氯产生次氯酸根离子（Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O），使其破坏氰化物，从而除去大部分的络合氰。经过此过程，氰化物浓度可以得到明显下降，达到0.1mg/L以下。虽然效果明显，但是该处理技术的成本还是比较高的，而且反应产生有毒气体，安全性低，部分种类的氢化物也不能消除。

2.3.2生物降解法

上世纪80年代，随着生物工程学的热门。国内外开始了对生物降解法去除氰化物的研究。相关记载，美国于1984年已经投产了一个生物降解系统，主要用于回收尾矿废水库溢流水。经过相关实验证明，微生物的代写能够分解废水中的氰化物。不仅仅是氰化物，经过生物降解法处理的废水其他杂质如重金属离子等含量也有所降低。但该技术目前的局限性很大，成本高。在我国的废水回用中很少采用。

2.3.3硫酸锌法

利用硫酸锌回收水中氰化物的方法称为硫酸锌法（8HCN+6ZnSO4+2H2O=4ZnCN+2Zn（CN）2+6H2SO4+O2）。该方法不仅能够净化废水，还能变废为宝、综合回收。原理是氰化物与硫酸锌中的锌离子产生氰化锌沉淀。沉淀再用硫酸进行酸化，回收氰锌和硫酸锌。为了提高氰化物的去除率，一般采用浓度较高的废水。废水再经过其他工序从而达到标准便可以排放。

2.3.4自然净化法

废水脱氰最常用的方法便是自然净化法。具体操作为将废水排至尾矿库，通过稀释、生物降解、氧化、挥发、沉淀等自然下进行的物理、化学作用分解氰化物，并且能使重金属离子沉淀，从而达到净化废水的目的。该技术的优点是无药剂使用，回收成本相对较低且无二次污染。但是对于尾矿库要求容积大、占地多，受气候影响严重。目前该方法虽然仍被广泛利用，但却一步步被化学法所替代。

2.3.5液膜法

液膜法是最新发展起来的一种除氰方法，它利用的是油包水型乳化膜，乳化液膜由两部分组成：溶剂和载体表面活性剂。作用时，

膜内水相为NaOH溶液，膜外水相为含氰废水。注意要保证先将废水酸化，使使氰化物转化为HCN，滤去沉淀后，加入乳化液膜搅拌，HCN通过液膜进入内水相与NaOH反应生成NaCN（HCN+OH-=CN-+H2O），NaCN不溶于油膜，所以不能返回外水相，净化废水的同时也完成了氰的回收利用。此技术具有高效率、快速的优点，但成本高、电耗大，只适用低浓度含氰废水的回收处理。

2.3.6电解氧化法

电解反应是化学反应的重要组成，利用电解反应，可以让废水当中的氰根离子被氧化生成氰酸根离子，反应在阳极石墨柱上进行。电解法适用于浓度较高的废水。它不仅能够有效去除氰成分，还能够对有毒金属进行处理。电解氧化法的优势明显，其操作简单、设备小而且不需要投放其他试剂，因此受到国内外污水处理行业的青睐。其主要用途就是出去废水中的氰化物。

2.4重金属离子的处理

2.4.1中和沉淀法

利用中和反应生成难溶物处理酸性废水中的重金属离子的方法目前已经相当成熟。通过此过程，选矿废水中的重金属离子以氢氧化物的形式沉淀下来，达到回用的目的。中和剂一般选择石灰石或者石灰，部分企业会采用碱性废液充当中和剂，达到综合治理的目的。中和沉淀法也可以进行再分类，当废水中重金属阳离子含量不是太高时，可以采用一次沉淀法。重金属浓度高时，采用分步沉淀转化成氢氧化物的形式，再分离出来回收利用。

2.4.2硫化物沉淀法

除了中和沉淀法，硫化沉淀法也是将选矿废水中的重金属转化成沉淀分离出来（S2-+Hg2+=HgS↓）。只不过硫化沉淀法转化成的为硫化物沉淀。选矿废水中的许多重金属离子可以形成硫化物沉淀而得以去除。硫化物的溶解度一般小于氢氧化物，所以采用硫化物可使重金属得到较完全的去除。在金属硫化物沉淀的饱和溶液中，有硫化物沉淀法常用的沉淀剂有硫化氢、硫化钠、硫化钾等。重金属离子的浓度和pH有关，随着pH值增加而降低。虽然硫化物法比氢氧化物法可更完全地去除重金属离子，但是由于它的处理费用较高，硫化物沉淀困难，常常需要投加凝聚剂以加强去除效果，因此，采用得并不广泛.有时仅作为氢氧化物沉淀法的补充方法使用。此外，在使用过程中还应注意避免造成硫化物的二次污染问题。硫化物沉淀法具有重金属去除效果好、沉淀残留量少、沉淀中金属再利用率高等优点。而且对于中和沉淀法较难去除的Hg，As，Pb等重金属离子，硫化法都可以轻松解决。

2.4.3吸附法

选矿废水的吸附法，指的是利用固态的吸附剂去除选矿废水的杂质。具体划分以吸附剂的种类为依据，有材料吸附和生物吸附两种。材料吸附主要利用的是活性炭吸附重金属物质，生物吸附利用的是微生物去除重金属离子。吸附法的优点很多，成本低、效果好。国内外通过实验室培育出的啤酒酵母作为吸附剂处理选矿废水的重金属离子效果很好。专家根据实验得出结论：非固定化啤酒酵母对重金属的吸附是一个快速的、不依赖于生物代谢的过程。微生物吸附与材料吸附相比效果更为明显，吸附容量大、速度快、选择性好，我国如今开始重视生物工程的发展，使得微生物吸附技术拥有较好的发展环境。

2.4.4铁氧体法

上世纪70年代初期，日本电气工司率先提出了铁氧体共沉淀处理废水技术。该项技术是在废水中外加三价铁离子，废水中的重金属离子与其共同形成铁氧化晶体以沉淀形式析出，从而去除废水中的多种重金属离子。经过大量的实验证明，该种方法可以同时把废水中的Cr、Fe、Zn、Cd、Hg、Cu、Mn等重金属离子形成沉淀分离出去。利用铁氧体法可以有效解决水质的二次污染，且处理后的废水净化程度较高。当然此方法也有不足之处，反应进行需要在加热环境下进行，无疑增加了对设备的要求。而且反应的速度并不是很快，使得成本较高。

2.4.5膜分离技术

根据某种环境中混合物各组成成分性质的差异而进行膜分离的技术具有明显的优势，其环保、高效等优点已经引起了废水回用处理领域的高度重视。膜分离的原理是：采用具有选择性透过性质的膜结构，在其两侧通过一定手段增加外在推力，使得废水组分选择性透过，从而实现废水的杂质分离。废水中的重金属离子经过膜分离技术成功的被集中在膜的一侧，因此多用于重金属离子的处理。目前该项技术處于实验阶段，后期将用于工程性的废水回用。

2.4.6人工湿地法

人工湿地是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。人工湿地的植物还能够为水体输送氧气，增加水体的活性。湿地植物在控制水质污染，降解有害物质上也起到了重要的作用。湿地系统中的微生物是降解水体中污染物的主力军。好氧微生物通过呼吸作用，将废水中的大部分有机物分解成为二氧化碳和水，厌氧细菌将有机物质分解成二氧化碳和甲烷，硝化细菌将铵盐硝化，反硝化细菌将硝态氮还原成氮气，等等。通过这一系列的作用，废水中的主要有机污染物都能得到降解同化，成为微生物细胞的一部分，其余的变成对环境无害的无机物质回归到自然界中。利用人工湿地法回收选矿废水已经成为了人类重点研究的对象。

3、选矿废水处理的发展方向

金属选矿废水的研究已经成为一个世界性的命题。如今虽然存在较多的技术方法，但是大多数的都是针对一些低浓度选矿废水的回收利用，并且存在工艺复杂、管理不便、成本较高等诸多问题。当前的方法研究氰化物和重金属离子处理的偏多，废水中的其他杂质涉及甚少。继续研究新的方法用来解决大浓度废水中各种杂质的回用处理已经刻不容缓。只有彻底的对选矿废水进行回收处理，才能实现资源的真正循环利用，对环境及社会的发展造成更深远的影响。因此，未来选矿废水回收技术的发展集中在以下方面：

（1）在现有工艺的基础之上，采用无毒、无污染的选矿药剂，减少选矿过程当中出现二次污染现象。为后续处理打下良好的基础。处理方法应该有重点对象，并且处理过程做到有序进行。

（2）对每次进行处理后的废水进行再研究，积极主动的开展新方法的探索。采取有效的治理措施，做好废水回收的收尾工作。过程中要时刻关注杂质含量的变化，并做到各项工艺相互联系，从而提高回收效率。

（3）将循环利用的思想贯穿到整个过程当中。选矿废水中含有的杂质大部分可以再利用，工艺中的各种药剂投放通过循环可以实现多次使用。理想的目标是通过资源的有效利用达成选矿废水的全回收、零排放。

（4）目前的生物回收方法技术还不太成熟，但是其发展速度快。生物治理有着良好的效果，完善该技术，降低成本是选矿废水回收的一个良好的发现方向。

4、结语

随着我国综合实力的提高，我国的选矿废水回用技术也得到了一定的发展。通过本文我们可以看出当前在选矿废水治理领域仍然存在一些尚未解决的问题。但是我国的相关技术人员并没有停下探索的脚步。我相信，在大家的共同努力之下，一定会做好选矿废水回用工作，造福全人类。

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