王秀田

（忻州市生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合行政執(zhí)法隊(duì)，山西 忻州 034000）

中國鐵礦石大部分屬于雜質(zhì)含量高的復(fù)雜超細(xì)鐵礦石。為了確保鐵精礦品位和鐵回收率，選擇了大量的加工試劑并應(yīng)用于鐵礦石選礦。加工水中含有大量的殘留加工劑，這種顏色深、氣味濃的廢水會(huì)造成污染，嚴(yán)重影響周邊環(huán)境和當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?。在鐵礦石浮選過程中，需要大量的NaOH來調(diào)節(jié)pH值，鐵礦石廢水的pH值大于9，因此進(jìn)行物理化學(xué)方法處理鐵廢水是相當(dāng)困難的[1]。目前常用的處理浮選廢水的方法有酸堿中和法、沉淀法、混凝沉淀法、化學(xué)氧化法、人工濕地法、離子交換法、吸附法和生物法，但這些單一方法不能完全消除廢水污染。此外，該廢水還可能產(chǎn)生二次污染。因此，本文研究了尾礦廢水成分對赤鐵礦浮選的影響，以評估其在浮選實(shí)踐中回收工藝用水實(shí)用性。引入一種新型混凝劑CYH對HIMS尾礦進(jìn)行混凝，并通過FTIR光譜和Zeta電位研究了CYH的混凝沉降機(jī)理。此外，采用次氯酸鈉氧化廢水中的有機(jī)藥物殘留物，并通過回收尾礦廢水來評估廢水處理的效果。

1 實(shí)驗(yàn)過程分析

1.1 材料及試劑

所有試驗(yàn)樣品包括尾礦廢水、高強(qiáng)度磁選尾礦和浮選樣品均采自中國山西省某鐵礦選礦廠。尾礦廢水是從浮選尾礦水和磁選尾礦水混合后收集的，攪拌均勻后儲(chǔ)存在塑料瓶中。廢水質(zhì)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 廢水質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)

試驗(yàn)結(jié)果表明，尾礦廢水呈黃褐色，懸浮固體（SS）含量高于標(biāo)準(zhǔn)，Ca2+、Cl-和COD濃度均超標(biāo)。HIMS尾礦漿濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為11.93%，主要礦物質(zhì)為石英（62.54%）、角閃石（17.44%）、綠泥石（4.16%）、赤鐵礦（4.75%）、蒙脫石（3.82%）、方解石（2.93%）和長石（4.36%）。

浮選樣品取自現(xiàn)場浮選樣品，粉磨至0.045 mm的比例為95%以上，含34.90%的鏡鐵礦和赤鐵礦、8.70%的磁鐵礦、0.20%的褐鐵礦、39.40%的石英、11.40%的綠泥石和角閃石、4.90%的方解石和白云石[2]。本實(shí)驗(yàn)室合成了分子量為8萬顆粒的混凝劑（CYH），該混凝劑為技術(shù)級。分子量為1 200萬的兩性聚丙烯酰胺（PAM）是國家技術(shù)級別的。收集器命名為RA-混凝劑聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDADMAC），來自中國山西省某鐵礦選礦廠，均為標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)等級。CaCl2和NaCl分別作為Ca2+和Cl-離子的來源。其他化學(xué)材料從外部市場購買，其純度高于化學(xué)純度等級。

1.2 混凝沉淀實(shí)驗(yàn)

每次使用300 mL的HIMS尾礦漿進(jìn)行凝固對比試驗(yàn)。首先將所需量的CYH加入試紙漿中，攪拌均勻，然后將PAM加入試紙漿中，再攪拌一段時(shí)間后，保持試樣靜置，記錄上清液的高度，以作為靜置時(shí)間的函數(shù)。

1.3 氧化沉淀實(shí)驗(yàn)

對鐵尾礦廢水進(jìn)行氧化沉淀實(shí)驗(yàn)[3]。當(dāng)廢水被加熱到理想的溫度時(shí)，加入次氯酸鈉（10%的可用氯）。將混合物攪拌一定時(shí)間后，加入FeCl2，用KI淀粉紙檢測反應(yīng)過程，直到反應(yīng)過程不變藍(lán)為止。然后，用NaOH溶液將pH值調(diào)整到9~10。試管豎立數(shù)小時(shí)后，分離上清液，然后測定PAM濃度、COD值和Ca2+含量[4]。

1.4 批次浮選試驗(yàn)

在體積為0.5 L的XFD-63自曝氣浮選機(jī)上進(jìn)行小型浮選試驗(yàn)。脂肪酸（RA-715）被用作捕收劑，以NaOH為pH調(diào)節(jié)劑，淀粉為抑制劑，CaO為活化劑。浮選流程圖如圖1所示。

圖1 鐵礦山廢水浮選流程圖

2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定

2.1 FTIR光譜的應(yīng)用

樣品的紅外光譜由NicoletAVATAR370—FTIR光譜儀（美國）采用KBr圓盤技術(shù)記錄。將用于此目的的石英樣品在瑪瑙研缽和研杵中研磨，使其可通過5 m高度。當(dāng)pH值為9、溫度為25℃時(shí)，在沒有或存在100 mg/L混凝劑的情況下，將50 mg樣品與30 mL蒸餾水混合[5]，攪拌3 min、靜置4 h后，將混合物中的固體產(chǎn)物過濾、漂洗三次，然后在真空烘箱中干燥，記錄波數(shù)在400~4 000 cm-1的紅外吸收光譜。

2.2 Zeta電位測量

使用美國BrookhavenZetaPlus-Zeta電位分析儀測量HIMS尾礦樣品的Zeta電位。用于此目的的樣品需在瑪瑙研缽和研杵中被磨成小于5 m的高度。將50mg樣品加入30mL水溶液中，加入100mg/L的混凝劑，或不加也可，攪拌10 min后，用HNO3或NaOH溶液調(diào)整pH值并測量。所有測量均在c（KNO3）=0.1 mol/L的背景電解質(zhì)溶液中進(jìn)行。取攪拌懸浮液樣品，以記錄Zeta電位。所呈現(xiàn)的結(jié)果是5次獨(dú)立測量的平均值，典型變化為±5 mV[6]。

3 結(jié)果和討論

3.1 尾礦廢水成分對浮選過程的影響

對工業(yè)廢水進(jìn)行的小型浮選研究表明，尾礦廢水降低了浮選鐵精礦品位和鐵回收率。為了評價(jià)尾礦廢水在浮選實(shí)踐中回用的可行性，分別研究了PAM、PDADMAC、Ca2+、Cl-離子對尾礦廢水組成的影響。結(jié)果如圖2所示。

圖2 PAM、PDADMAC、Ca2+和Cl-劑量對浮選過程的影響

由圖2可知，PAM或PDADMAC濃度的增加降低了鐵的浮選回收率。然而，鐵品位幾乎沒有降低。當(dāng)PAM質(zhì)量濃度從0 mg/L提高到3 mg/L，鐵的回收率從74.66%下降到66.74%，當(dāng)PDADMAC質(zhì)量濃度從0提高到30 mg/L時(shí)，鐵的回收率從74.66%下降到64.63%。增加的Ca2+離子濃度降低了鐵品位，并顯著提高了鐵浮選回收率。當(dāng)Ca2+質(zhì)量濃度從0 mg/L增加到180 mg/L時(shí)，鐵的品位由66.27%下降到64.42%，加入360 mg/L后，鐵的品位急劇下降。然而，在存在許多Ca2+離子的情況下，工藝水的回收率略有增加。隨著Cl-劑量的增加，鐵等級沒有變化，回收率僅略有下降。

3.2 混凝沉淀實(shí)驗(yàn)

單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，PAM、PDADMAC和Ca2+的存在降低了精礦的浮選鐵回收率或品位。尾礦廢水中PAM、PDADMAC等有機(jī)物的來源主要是混凝劑、絮凝劑，用于濃縮沉淀和廢水處理的PAM、PDADMAC等浮選藥劑，用于赤鐵礦浮選的淀粉，及用于活性硅酸鹽礦物浮選的RA-715等。尾礦廢水中鈣的來源是礦石和浮選藥劑，如用于活化SiO2和硅酸鹽礦物的石灰。采用混凝沉淀法對元家村選礦廠HIMS尾礦、浮選精礦、浮選尾礦進(jìn)行了濃縮，并對尾礦庫廢水進(jìn)行了處理。為了降低懸浮固體、PAM和PDADMAC的含量，采用新型混凝劑CYH進(jìn)行了混凝沉淀試驗(yàn)。針對目前元家村選礦廠HIMS尾礦濃度中混凝劑和絮凝劑用量最大的情況，以HIMS尾礦濃度的混凝沉淀試驗(yàn)為代表，對CHY的性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。圖3顯示了PDADMAC或CYH用量對PAM絮凝效果的影響。

PAM作絮凝劑的初始濃度為26.88 g/t。從圖3的結(jié)果表明，當(dāng)混凝劑用量為8.96 g/t時(shí)，CYH的沉降速度快于PDADMAC，甚至快于PDADMAC劑量為17.92g/t時(shí)的沉降速度。初始濃度為8.96 g/t的CYH作為混凝劑，其上清液濁度低于PDADMAC，與初始濃度為17.92g/t的PDADMAC混凝劑濁度相當(dāng)。當(dāng)CYH的初始濃度從8.96 g/t增加到17.92 g/t時(shí)，沉降速率和濁度變化不大。

圖3 不同PDADMAC和CYH劑量下絮凝效果曲線示意圖

與PDADMAC相比，CYH表現(xiàn)出優(yōu)越的絮凝能力。在8.96 g/t初始濃度下，以CYH作為混凝劑，PAM的絮凝響應(yīng)隨初始濃度的變化情況如圖4所示。從圖4可知，隨著絮凝劑濃度的增加，沉降速率迅速增加。然而，PAM濃度的增加對液體上清液的濁度影響很小。

圖4 不同PAM劑量下絮凝效果曲線示意圖

4 結(jié)論

1）對選礦廠尾礦廢水進(jìn)行了單因素試驗(yàn)，結(jié)果表明：PAM、PDADMAC和Ca2+離子降低了精礦的浮選鐵回收率或品位。

2）通過FTIR光譜和Zeta電位分析證實(shí)，用CYH對HIMS尾礦進(jìn)行混凝時(shí)，電位降低，硅酸鹽礦物通過橋聯(lián)形成絮凝體，懸浮物有效減少。

3）針對尾礦廢水達(dá)不到回收標(biāo)準(zhǔn)的情況，通過氧化實(shí)驗(yàn)表明，在次氯酸鈉用量為1.0 g/L、反應(yīng)溫度為20℃、反應(yīng)時(shí)間為30 min的條件下，PAM濃度降低90.48%，COD濃度降低83.97%，Ca2+濃度降低85.00%。對處理后的廢水進(jìn)行浮選試驗(yàn)表明，尾礦廢水的鐵回收率和精礦品位接近淡水。