金铜矿山含重金属离子酸性废水处理工艺技术研究

金铜矿山含重金属离子酸性废水处理工艺技术研究

北京有色金属研究总院博士后论文 金、铜矿山含重金属离子酸性废水处理技术研究 姓名：**** 学位层次：博士后 专业：冶金工程 导师：**左；陈景河 摘要 随着矿产资源的大规模开发，采矿过程中产生的含重金属离子酸性废水已成为危害生态环境的重要问题，寻找一种经济合理的处理方法势在必行。本文首先研究了矿山酸性废水的化学溶液，分析了沉淀过程的特点，确定了两个研究方案，一是采用新型反渗透技术处理酸性废水，二是采用中和沉淀-底渣回流-高浓度矿浆处理工艺。反渗透技术处理酸性废水试验表明，该技术对废水中铜离子的截留率达到95%以上，水的回收率达到36.79%，处理后的净化水中铜离子含量小于0.5mg/l，可以达到排放标准。采用硫化物沉淀-底渣回流工艺可从反渗透浓缩液中回收Cu2+，渣中铜品位为24.3%，处理后的溶液也能达到排放标准，说明反渗透技术可以有效处理酸性矿山废水。采用中和沉淀-底渣回流-高浓度矿浆混合工艺可有效去除废水中的重金属离子，实现废水净化。该工艺沉淀剂用量少，沉淀速度快，成本低，沉淀剂可以是石灰或Na2S，使用Na2S时，可以回收Cu2+。此时炉渣铜品位高，水分含量低，具有经济价值。

设计并建立了紫金山金铜矿铜堆浸中试厂废水处理系统，该系统将铜提取工艺与中和沉淀-底渣回流-高浓度矿浆搅拌工艺相结合，对酸性矿山废水进行有效处理，使废水处理后达到排放标准，并显著提高Cu2+的回收率。在开采过程中产生的含有大量重金属离子的酸性矿井废水已成为危害生态环境的重要问题，因此寻找有效的处理酸性矿井废水的方法已刻不容缓。基于此研究，决定采用两种反渗透膜分离技术，一种是中和反渗透膜分离技术，另一种是现场调浆技术。试验结果表明，该技术对废水中铜离子的截留率可达95%以上，同时，水的回收率可达36.79%，净化水中铜离子含量低于0.5mg/l，符合标准。因此，反渗透膜分离技术可以有效处理酸性矿山废水，采用中和沉淀-背渣回流-高浓度调浆工艺，去除废水中的重金属离子，实现水质净化。该工艺具有用量少，沉淀速度快，成本低等优点。沉淀剂为Na2S。利用Na2S可以回收Cu2+，沉淀物可获得较高的铜品位，降低水质。我们为紫金矿铜试验厂设计建造了水处理厂。该系统采用联合萃取技术与中和沉淀—沉渣回流—高浓度调浆技术相结合，有效处理酸性矿井排水，实现废水达标排放，显著提高废水回收率。 ryōfCu２＋ ： ，，，，，nt北京有色金属研究总院博士后流动站、博士后科研工作站博士后出站报告1.引言随着社会经济的快速发展，人类对矿产资源的需求越来越大，矿产资源开采、加工过程中产生的工业废水排放量也越来越大，其中含重金属离子的酸性废水污染范围最广，危害最大。

该废水采用一般工业废水处理方法处理，往往投资大、费用高，且处理效果不理想，适用性受到限制。寻求一种经济有效的酸性矿山废水处理方法势在必行。紫金山金铜矿为特大型金铜矿床，上层为金，下层为铜。金矿采用大型露天开采，选矿方式为堆浸，年产金量已超过10吨，目前正在建设万吨级铜堆浸厂。该铜矿为地下开采，为探索铜堆浸工艺，该矿建立了年产500吨电解铜的中试厂。至于矿山废水，包括采矿厂地下废水、露天菜市场废水、黄金堆浸废水、铜堆浸厂废水等，废水种类多，成分复杂，流量大。虽然该矿在废水处理上投入了大量的资金，但处理效果并不理想，难以完全达到国家废水处理排放标准。本文在广泛参考国内外文献及对各铜矿进行实地调研的基础上，研究了紫金山金铜矿各类废水的水质特征，采用反渗透、中和沉淀、底渣回流-高浓度矿浆搅拌等工艺对紫金山金铜矿酸性废水进行处理。针对紫金山金铜矿铜堆浸试验厂产生的含Cu2+酸性废水，设计建立了中和沉淀-底渣回流-高浓度矿浆搅拌工艺处理矿山酸性废水。该工艺将铜提取工艺与底渣回流工艺结合在一起，有效提高了Cu2+的回收率，使处理后的废水达到排放标准，取得了良好的效果。第1页 北京有色金属研究总院博士后流动站 博士后科研工作站 博士后工作站报告 2、紫金山矿废水样品分析结果 紫金山矿废水量大，且Cu2+含量波动较大，从几毫克/升到几百毫克/升不等。

根据废水特点，我们采用清污水分离、分点处理的方案，对高浓度废水实施金属回收，实现废水资源化利用。为此，对全矿废水进行单独采样，采样点分布如图1所示，各采样点废水分析检测结果见表1。其中，下田寮废水已经过处理系统处理，因此该点废水中铜含量达标。表1 水样中部分元素测试结果水样编号Cu（mg/L）pH值其他（mg/L）3# 0.5174.04# 3.144.Of5# 10.052.977# 43.082.# 41.643.9{9# 36.6210.2fPb 1.02，Zn0. 0.0146.7AS0.16l，Cd<O. 00512# 473.9 2.2 # 250 I. 65 ＴＦe323 第2页 北京有色金属研究院博士后流动站及博士后科研工作站 博士后出站报告 图1 废水采样点分布图 第3页 - 文口 Z 伍成 北京有色金属研究院博士后流动站及博士后科研工作站 博士后出站报告 3.酸性矿山废水的形成机理 每年全世界露天开采的金属矿约有21亿吨，非金属矿约有12亿吨，分别占金属矿总产量的57%和非金属矿总产量的80%。而且随着机械化水平的不断提高和完善，富矿资源的枯竭和贫矿开采范围的扩大，露天开采的剥采比不断增大，因而废石、尾矿的排放量也不断增加。

我国黑色金属矿山每年排出废石约3.2亿吨，尾矿约5000万吨；有色金属矿山每年排出废石约4000万吨，尾矿约5000万吨；煤矸石每年1亿吨：历年黑色、有色金属矿山废石累计排放量约100亿吨；煤矸石约8亿吨，这些废料中所含的各种成分通过空气、水和细菌等作用，产生大量含有各种金属离子的酸性矿山废水（Acid Mine 简称AMD），其危害十分严重，不容忽视。酸性矿山废水的危害已成为一个社会问题，各国环保工作者多年来对酸性矿山废水污染的根治做了大量工作，取得了一定的进展。但由于酸性矿山排水量大、成分复杂、水质波动大，至今尚未找到很好的解决办法。目前，解决酸性矿山排水问题仍是世界各国环保工作者的重要课题。福建紫金矿是以产金、铜为主的矿山，开采生产过程还产生大量的含铜酸性废水，特别是铜堆浸厂排出的含铜酸性废水，酸性强，含Cu浓度高，这些酸性废水对周边地区造成危害，长期以来一直没有很好的处理方法，成为困扰紫金矿的一个难题。金属矿物种类繁多，有硫化矿、氧化矿、混合矿等，其中矿山中的硫化物主要以黄铁矿、黄铜矿等形式存在...

氧化亚铁硫杆菌、氧化硫杆菌等铁氧化细菌氧化黄铁矿的主要过程可以用如下化学反应方程式来描述：1）在干燥环境中，黄铁矿被空气中的氧气氧化，生成硫酸亚铁和二氧化硫，经雨水冲刷后，形成含有硫酸盐的酸性矿山废水。FeS2+3SO4+SO2（1）SD2+（2）SO2+（3）SO2+（4）2）在潮湿环境中，黄铁矿被空气中的氧气和水中的溶解氧氧化，生成硫酸亚铁和硫酸，同时生成酸性矿山废水。++（5）酸性矿山废水中的硫酸亚铁进一步氧化为硫酸铁。 ４凡２＋４Ｈ＋＋０２－堑堕－÷４凡３＋２Ｈ２０（６）黄铁矿也能被酸性矿山废水中的三价铁离子氧化，生成硫酸亚铁和硫酸。同时，矿物中单一状态的硫在氧化硫杆菌的催化下也能被氧化成硫酸。根据硫形态分析结果，硫首先被氧化为四价硫，随着酸性矿山废水的迁移和大气氧的作用，四价硫进一步氧化为六价硫b3。 FeS2+14Fe3++8D—++2S042一十16H+ (7)2S+3D2+2H2D—— (8) 第5页 北京有色金属研究总院博士后流动站及博士后科研工作站博士后出站报告 随着酸性矿山废水的形成，水的酸性降低，pH值降低，进而增加了酸性矿山废水所接触的其他金属矿物的溶解度。因此酸性矿山废水中可能含有多种重金属离子，形成含重金属离子的酸性矿山废水。黄铁矿的氧化和随后的迁移只需要极少的水和空气，矿坑或