铜矿山尾水综合利用实验研究

文_赵丽琼 玉溪飛亚矿业开发管理有限责任公司

某铜矿山属于多金属矿属火山喷流沉积矿床，该矿床属于铜、铅、锌、金、银、硫铁多金属复杂硫化矿床。矿山现有三选厂、四选厂、硫铁浮选厂3 座浮选厂，选矿主体流程为优先浮选铜、选铜尾矿浮选锌、选锌尾矿浮选流铁，原矿通过三选厂和四选厂选别提出铜精矿、锌精矿产品后，尾矿由硫铁浮选厂浮选出硫铁。

1 矿山尾水综合利用现状

1.1 给水系统情况

矿山给水系统为循环给水，由外部给水系统和矿山内部循环给水系统组成，外部给水系统为小黑江水取水，矿山每天取水量为3370m3；矿山内部循环给水系统由生产回水系统和生活污水系统组成。

矿山生产回水系统分为厂前回水和尾矿回水。厂前回水由φ55m 浓密池溢流水、φ60m 浓密池溢流水、精矿脱水三股水组成。φ55m 浓密池溢流水为碱性水（pH=10.5），φ60m 浓密池溢流水为碱性水（pH=8.5）；精矿脱水为碱性水（pH=10）。尾矿回水由尾矿库渗透水、排土场渗透水、采场渗透水三股水组成。尾矿库渗透水，pH 值约7.5，氨氮含量较高；排土场渗透水，为酸性水（pH≈4），重金属含量高，该水已进入给水管网，并通过回水系统进行利用；采场渗透水为酸性水（pH≈4）），重金属含量高，该水未进入给水系统，直接外排到自然水体。

1.2 回水利用情况

矿山现有回水点：①φ55m 浓密机溢流水（未选硫铁）。②φ60m 浓密机溢流水（已选硫铁）。③尾矿库库内回水及库外渗水，可用总回水量：φ55m 浓密机溢流水+φ60m 浓密机溢流水+铜、锌、硫精矿溢流水+尾矿库库外回水+排土场渗水=24543m3/d。如果采坑底部渗水和北部排洪沟水全部回收使用，可用总回水量为25790m3/d，回水全部用于生产后还剩余水量为2384m3/d。现有回水点水质不同，对选矿指标的影响程度不同。三选厂使用的回水主要有φ60m 浓密机溢流水、尾矿库库内回水及库外渗水；四选厂目前使用的回水主要有φ55m 浓密机溢流水、尾矿库库外渗水；硫铁浮选厂目前使用的回水主要有φ60m 浓密机溢流水、硫精矿浓密机溢流水；开展项目研究前回水利用率约为72%，各回水点使用不能严格分开。

2 尾水水质对生产指标影响的分析研究

2.1 尾水对铜锌分离指标的影响

2.1.1 尾水中铜等重金属离子对锌矿物的影响

某铜矿V1 矿体为铜锌硫矿，主要金属矿物黄铜矿、闪锌矿、黄铁矿。黄铜矿占比达到95%以上，属于较易分选的原矿，但指标波动较大，其原因主要是尾水中的重金属离子对闪锌矿活化作用很强，锌被活化后难以抑制，导致锌的抑制剂增大，捕收剂用量增大，使铜锌分离的条件变得复杂。

2.1.2 尾水中铜等重金属离子、pH值等对硫铁矿物的影响

某铜矿矿山的硫化铁主要以黄铁矿的形式存在，由于其可浮性较好，在浮选分离中会直接影响精矿的质量，同时黄铁矿属于低价矿物，浮选分离中必须要抑制。

黄铁矿在磨矿中很容易氧化并生成部分可溶性盐，它在碱性环境中氧化速度较快，氧化的结果是在其表面生成一层氢氧化铁Fe(OH)3薄膜，阻碍捕收剂的吸附而受到抑制，当矿浆pH 值较低时，在黄铁矿的表面生成元素硫。黄铁矿的表面有元素硫存在增强了其可浮性，因此生产实践中常用硫酸调整矿浆呈弱酸性进行浮选黄铁矿。

四选厂铜锌分离的生产用水水质波动较大，主要体现在石灰的用量上，尾水中铜等重金属离子除了对锌活化外，对硫铁矿物也有活化作用，且pH 值经常在5 ～6,呈弱酸性，而黄铁矿的表面生成的硫降低了石灰对硫铁矿物的抑制作用，造成石灰的用量增大。在双重或多重作用下，硫铁矿物难被抑制，变成恶性循环，引起铜、锌精矿的互含高，精矿品位差，回收率下降。

2.2 尾水对三选厂单铜指标的影响

某铜矿V2矿体为铜硫矿，硫化铁矿物主要为黄铁矿。黄铁矿在磨矿中很容易氧化并生成部分可溶性盐，尤其是在较低的pH 值下，易产生Cu2+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、SO42-等离子，铁离子对硫化铜有抑制作用，铜离子对黄铁矿有活化作用。生产中尾水含铜等重金属离子，较低的pH 值（pH 为5 ～6）进一步增加了铜硫分离的难度。为了抑制硫铁，提高矿浆的pH 值，石灰的用量较大（有时高达10kg 以上），大量的石灰进入选别系统，导致选别操作很难平稳，对选矿指标造成较大影响。

2.3 尾水对尾矿除硫铁选别指标影响

尾水使用对三选厂单铜选别和四选厂铜锌选别造成的影响，主要体现在石灰的用量大，不可控，导致尾矿的pH 值高（三选厂pH 为9 ～10,四选厂pH 为11～12），大量的氢氧根离子、钙离子随尾矿进入硫铁选别流程，使硫铁矿物受到深度抑制，可浮性变得极差，需要大量的活化剂（碳酸氢胺）才能对其有活化作用。选别作业后，硫铁尾矿中的氨氮离子残余离子浓度高，影响尾矿的沉降速度，经常出现溢流水跑浑等现象。特别是三选厂尾矿没有进行浓缩，浓度波动较大，直接进入硫铁车间选别，进一步加剧了硫铁车间的药剂制度波动，同时溢流水循环使用进入三选厂单铜选别和四选厂铜锌分离的选别，造成恶性循环，难以调控。

2.4 尾水对水平衡的影响

由于尾水成分复杂，影响生产指标，故四选厂铜锌分离使用大量新鲜水，导致小黑江取水量大，造成生产尾水不能完全回用而排放，引起水量利用不平衡的恶性局面。

3 尾水综合利用实验研究

通过对矿山原矿性质、选矿厂生产工艺、矿山水质情况、工艺流程水平衡等情况调研，找出了问题产生的根本原因，提出相应的解决方案。

3.1 三选厂铜尾矿浓缩试验研究

3.1.1 三选厂选铜尾矿自然沉降试验

样品取自三厂选铜尾矿浆样，取样时间为2019 年6月16日中班、6 月17 日夜班，浓度为26.41%，以及硫铁车间尾矿综合样（用于粒度分级）。试验采用2.5m 的斜板单元格进行，沉降曲线和压缩曲线见图1。

图1 沉降曲线和压缩曲线图

3.1.2 脱泥浓缩的试验研究

对三选厂选铜尾矿和选硫后的总尾矿进行了粒度分析，结果见表1。

表1 粒度分析表

从总尾矿和三选厂选铜尾矿各粒级的S 品位来看，S 主要从-74+19μm粒级中回收。从三选厂选铜尾矿的S 分布率来看，-19μm粒级的产率为22.6%，S分布率总共只占10.55%，考虑脱除，这样可以极大地避免微细粒级进入生产系统，消耗大量的选矿药剂，恶化水质，造成恶性循环。

为了达到提高三选厂铜尾矿浓度至45%，同时又能脱出小于19μm 的微细粒级，生产中采用二段旋流脱水。

3.2 酸水浮选硫铁试验研究

3.2.1 试验过程及结果

本次试验根据尾矿在不同pH 值情况下的结果，在日消耗5494m3酸水的条件下，矿浆浓度调整至45%加入酸水1100mL 后，入选矿浓度为30%。试验结果如表2。

表2 硫铁选矿试验加酸水和不加酸水碳酸氢胺消耗对比

从试验结果看，硫铁选别过程中PH 值是影响硫铁回收的关键因素，不考虑添加活化剂的情况下，矿浆pH 值从13 ～10，碳酸氢胺的用量由8kg/t 降至2.5kg/t,下降幅度为68.75%。在添加酸水的情况下，基本实现不添加活化剂，利用酸水及酸水所含的重金属离子实现对硫铁的双重活化作用，对铜锌尾矿pH 值≥12 时，酸水和碳酸氢钠共同添加，强化对硫铁的活化。

3.2.2 不同矿浆pH值下，闭路试验结果对比（见表3）

表3 硫铁矿选矿闭路实验（pH=13）

从试验结果可以看出，酸水完全可以取代碳酸氢胺作为硫铁的活化剂，硫铁选矿指标仅有微小的波动，遇pH 值较高的铜锌尾矿，添加少量碳酸氢钠加强对硫铁的活化。

4 工艺设计及配套工程4.1 工艺设计

为了消除氨氮离子对尾水综合利用的影响，把采场渗透酸水、排土场渗透酸水输送至新建800m3水池后，自流至硫铁车间作调浆选别使用。在硫铁选别工艺中确保进入搅拌桶的矿浆浓度在45%以上，通过酸水添加调节入选浓度到30%。调浆需要酸水量为5494m3，余下的506m3经结合池后自流至尾矿库，对尾矿库的酸碱平衡起到一定的调节作用。

达到不用氨氮类浮选药剂作为硫铁活化剂，消除硫铁尾矿溢流水的氨氮含量，提升工艺用水的水质。渗透酸水中的铜等重金属离子是硫铁矿的优良活化剂，对被石灰深度抑制的黄铁矿有很好的活化作用，酸水在硫铁车间运用，既能消除重金属离子又能消除氨氮离子，从根本上解决了尾水离子超标的问题。

4.2 工艺建设配套工程

排土场渗透水取水工程：渗水泵站至新建800m3高位水池，含新建800m3高位水池、管道、管件。

采坑底部渗透水取水工程：由露天采场底部取水至新建800m3高位水池。中途在1249m 标高建结合池，由结合池自流到新建800m3高位水池。含泵站建设、泵站集水池、1249m 标高结合池，管道、管件等。

10kV 输电线工程：线路长约1400m，由岩心库附近T 接10kV 高压电到采场底部泵站，设计容量400kVA变压器1台。

三选厂尾矿浓缩脱泥工程：为了解决水质问题，该部分矿泥直接排至尾矿库（新建矿泥输送系统工程），二段脱水后矿泥不进入系统流程，通过浓缩脱出后直接排放至尾矿库，利用尾矿库库容和长时间的沉淀来优化用水水质，增加矿泥从硫铁车间至新建结合池的矿泥输送工程。

5 项目实施后效果

渗透酸水中的铜等重金属离子是硫铁矿的优良活化剂，对被石灰深度抑制的黄铁矿有很好的活化作用，酸水在硫铁车间运用，既能消除重金属离子又能消除氨氮离子，从根本上解决尾水离子超标的问题。

硫铁选别过程中pH 值是影响硫铁回收的关键因素，在不考虑添加活化剂的情况下，矿浆pH 值从13 至10，碳酸氢胺的用量由8kg/t 降至2.5kg/t,下降幅度为68.75%。在添加酸水的情况下，基本实现不添加活化剂，利用酸水及所含的重金属离子实现对硫铁的双重活化作用，提高尾水综合利用率的同时减少碳酸氢胺的用量。

尾水项目实施前，生产、生活取鲜水约3370m3/d，尾水综合利用项目完成后，生产、生活取鲜水约2150m3/d，减少取新水量1220m3/d，减少新鲜取水量及取水成本。

尾水项目改造完成后，整个系统最后进入尾矿库的水量为27054m3/d，总回水27126m3/d，系统水平衡基本处于平衡状态，可以消耗尾矿库前期系统积水72m3/d，实现废水零排放。