CN107758819A - 一种尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法，该方法利用尾矿库深层的渗滤水来中和处理尾矿库表层及浅层产生的酸性矿山排水，提高了尾矿库地表酸性矿山排水的pH，使大量的铁化合物沉淀产生，吸附矿区废水中其他离子实现共沉淀，达到净化水体的作用，最终使尾矿库排放到自然水体的水达到环境排放标准。既解决了尾矿库积水负荷过大的问题，又能低能耗的处理尾矿库酸性矿山排水，同时可以实现尾矿库酸性矿山排水的原位或近距离处理。该方法实现了尾矿库酸性矿山排水净化处理的同时能够提高尾矿库的环境安全性，同时可以使尾矿的资源化利用，且实施方法简单节能，具有很高的使用价值和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法，尤其涉及酸性矿山排水中重金属的处理，属于矿山水治理和环境领域污染物物理处理技术领域。
背景技术
随着社会经济发展的需求，矿业的开采方面取得了很大的成就但同时也带来了很大的污染，尾矿库作为堆积选矿尾渣或其他工业废渣的场所，是具有高势能人造泥石流危险源，一旦出现问题，会造成很大的环境事故。酸性矿山排水是尾矿库产生的一种比较典型且严重的污染。酸性矿山排水多是由于煤炭和金属等矿山资源开采过程中硫化物矿物氧化产生的，由于其低pH、含有大量的重金属离子，进而会对周边的生态环境产生很大的危害。常规的酸性矿山废水处理的化学过程首先是通过添加中和剂调节水的pH，进而改变金属的沉淀环境，使重金属沉淀下来，化学处理方法需要消耗大量的中和剂和具有潜在污染的沉淀渣；离子交换和膜分离法需要消耗大量的材料，且处理的量与综合处理效率较低；电解法能够有效的回收有色金属，但是需要消耗大量的电源，且处理的量比较小；膜滤处理酸性矿山排水，去除水中的重金属离子，也会产生一定量的含有重金属的具有潜在二次污染的物质。处理后的酸性矿山排水和沉淀渣在一定程度上可以再用于选矿，但是在运输过程中也需要一定的人力物力。综合上面的方法，均不能实现流动酸性矿山排水的原位处理，需要消耗一定量的人力物力和财力，如何实现酸性矿山排水的原位、经济可行的处理是目前金属矿山、尾矿库、煤矿开采等面临的重要问题。
尾矿库自表层至底层可分为好氧层，缺氧层，厌氧层。厌氧层中还原菌占主导，尤其是硫酸盐还原菌可以大量存在。硫酸盐还原菌通过异化硫酸盐还原作用，能够将硫酸根还原为硫化氢，废水中的重金属离子可以和硫化氢反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀，从而去除废水中的重金属离子。硫酸盐还原菌在降解硫酸盐的过程中，下生成硫化氢的过程中需要消耗大量的氢离子，产生碱度，进而提高了废水的pH，从而提高尾矿库渗滤液的pH。综合硫酸盐还原菌上述的能力，使得尾矿库厌氧层渗滤水为高pH、重金属含量很少的较纯净的水。尾矿库占地面积较大，且普遍为库口比较小，内存量比较大，因此有尾矿库中下层均为厌氧层，由于尾矿库的大体积则导致尾矿库含有大量的渗滤水，且由于降雨等原因渗滤水的负荷会越来越大。部分渗滤水可以通过地层渗入到地下水，但是尾矿库中渗滤水的增加了大于渗入地下水的量，因此尾矿库渗滤水的排出也是需要解决的一大问题。
对于现有的针对矿山酸性矿山排水治理的方法中，没有一种比较节能且可以实现原位或者近距离处理的方法。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法，以解决现有技术中渗滤水负荷过大引发尾矿库负载过大的问题，本发明能够使尾矿库酸性矿山排水得以治理，同时不需要人为添加新鲜水源和其他的化学中和剂等物质，实现低能耗原位处理尾矿库酸性矿山排水的目的。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法，包括步骤如下：
将尾矿库酸性矿山排水与尾矿库深层渗滤水混合，提高尾矿库地表酸性矿山排水的pH，产生铁化合物沉淀；铁化合物吸附尾矿库酸性矿山排水中的重金属离子共沉淀，实现尾矿库酸性矿山排水的净化处理。
优选地，所述的尾矿库酸性矿山排水是指尾矿库表层好氧环境和浅层缺氧环境中硫化物的氧化产生的酸性矿山排水，酸性矿山排水的pH为1～5。
优选地，所述的尾矿库深层渗滤水是指尾矿库存水自上而下渗滤，储存在尾矿库厌氧层中的水，渗滤水pH为6.5～10。
优选地，所述的尾矿库酸性矿山排水与尾矿库深层渗滤水混合的方式有两种：第一种是尾矿库坝上有渗滤水排放设施，酸性矿山排水排放与尾矿库排放的渗滤水在排放过程中直接混合；第二种是尾矿库无渗滤水排放设施，利用泵将尾矿库深层渗滤水抽出来与尾矿库酸性矿山排水混合。
优选地，所述的尾矿库酸性矿山排水与尾矿库深层渗滤水混合体积比为1:10到1:100，混合后地表酸性矿山排水pH由1～5提高至6～10。
优选地，所述的铁化合物沉淀包含有施氏矿物、黄钾铁矾、针铁矿、菱铁矿、纤铁矾和水铁矿。
优选地，所述的铁化合物沉淀吸附酸性矿山排水中其他的离子，包含铜、砷、锌、锰、铬、镉、铅、钼、铀、钡、铝、汞、金和锡，铁化合物沉淀对尾矿库酸性矿山排水中其他离子的吸附率达95％以上，并能够使尾矿库排放到自然水体中的水中金属铜、锌和锰含量低于5.0mg/L，铅和铬含量低于2.0mg/L，砷含量低于1mg/L，镉含量低于0.5mg/L，钼、铀、钡、汞、金和锡的含量低于0.1mg/L，达到环境排放标准，实现尾矿库酸性矿山排水的净化处理。
本发明的有益效果：
本发明根据尾矿库自身含水的特性，利用深层厌氧层产生的大量pH渗滤水来中和自身表层和浅层产生酸性矿山排水，实现尾矿库酸性矿山排水的低能耗处理，同时又降低了尾矿库渗滤水负荷，提高尾矿库的稳定性，尾矿库酸性矿山排水产生的沉淀再次用于炼矿冶金工艺中，实现尾矿的资源化利用，本发明能够实现在不需要人为添加其他中和剂、沉淀剂、吸附剂，不需要远程转移酸性矿山排水，尾矿库酸性矿山排水可以达到原位或近距离处理，工艺简单，容易实现，节能能源，大大降低了酸性矿山排水的处理成本。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
本发明的一种尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法，具体如下：
1、尾矿库地表酸性矿山排水的产生：尾矿库黄铁矿的氧化是酸性矿山排水产生的主要原因，尾矿库表层及浅层中的硫化物在尾矿本身含水和雨水渗入的条件下，硫离子溶出，被空气中氧气及微生物作用转变为硫酸根和氢离子，进而使尾矿库排水呈现酸性，pH范围为1～5，酸性矿山排水产生于尾矿库表层和浅层中，低pH的酸性水能够溶解尾矿中大量的尾矿，使矿岩以化合态存在的各种金属元素溶于水中，因而尾矿库酸性矿山排水中含有大量的重金属离子，直接排放会产生很大的环境污染。
2、尾矿库深层渗滤水的产生：尾矿渣的本身含有的水和雨水淋滤水，由于重力的原因会向尾矿库深层渗滤，随着渗滤深度的增加，以及尾矿库表层和浅层水形成的隔氧层，使尾矿库深层为厌氧环境；厌氧环境主要是微生物的还原作用为主，尾矿渣及微生物还原作用产生的沉淀能够很好的过滤净化尾矿库的渗滤水，微生物还原作用产生碱能够提高渗滤水的pH， pH的范围分布在6.5～10。
3、尾矿库酸性矿山排水与渗滤水的混合：尾矿库酸性矿山排水与渗滤水混合的方式有两种：一种是自然结合，是针对有渗滤水排放的尾矿库，该种尾矿库坝上具有渗滤水排放的设施，尾矿库深层渗滤水不断排出，将尾矿库酸性水排水渠与渗滤水排放渠合并到一体，地表酸性矿山排水与渗滤水自然结合，使尾矿库酸性矿山排水与渗滤水直接混合，进而在混合迁移的过程中实现酸性矿山排水的净化，该方法可以实现尾矿库酸性矿山排水的原位自净化。另一种方法是针对无渗滤水排放设施的尾矿库，首先将尾矿库表层和浅层产生的酸性矿山排水收集到固定的水池中，再利用泵将尾矿库深层渗滤水抽出，将尾矿库深层渗滤水注入尾矿库酸性矿山排水的收集池中，使渗滤水与酸性矿山排水充分混合后沉淀净化，该方法可以是尾矿库酸性矿山排水实现近距离处理，不要消耗过多的人力物力来迁移尾矿库排水。
4、尾矿库酸性矿山排水的净化：尾矿库表层和浅层的体积远远小于尾矿库本身的体积，因此尾矿库的厌氧区域远远大于好氧和缺氧区，尾矿库深层渗滤水的量大于尾矿库酸性矿山排水的量，尾矿库酸性矿山排水与渗滤水混合体积比1:10到1:100，大量的渗滤水与酸性矿山排水结合后，酸性矿山排水的pH由1～5变为6～10，进而大量的铁化合物沉淀产生，主要的沉淀物包含有施氏矿物，黄钾铁矾，针铁矿，菱铁矿，纤铁矾和水铁矿等，其中施氏矿物是主要的矿物相，施氏矿物由于其特别的大的比较面积和吸附位点，会吸附水中大量的离子，如钙、镁、铜、砷、锌、锰、铬、镉、铅、钼、铀、钡、铝、汞、金和锡等，铁化合物对酸性矿山排水中重金属离子的含量吸附率达到95％以上，进而减少酸性矿山排水中金属离子的含量，能够使尾矿库最终排水中金属铜、锌和锰含量低于2.0mg/L，铅和铬的含量低于1.0mg/L，砷含量低于0.5mg/L，镉含量低于0.1mg/L，钼、铀、钡、汞、金和锡的含量低于0.05mg/L，最终达标排放，进而实现尾矿库酸性矿山排水的自净。
5、铁化合物沉淀的资源化：尾矿库酸性矿山排水与渗滤水混合后产生的大量铁化合物沉淀，铁化合物同时含有大量的其他的金属离子，且沉淀物中矿物相简单，可以回收再次用于炼矿冶金工艺中，实现尾矿资源的资源化利用。
实施例1，选择已经存在的具有渗滤水排放设施小型尾矿库，将尾矿库地表酸性矿山排水与渗滤水排水人为引流到一起。在旱季野外采集尾矿库坝顶酸性矿山排水，经测试水样pH 为2.34左右，溶液中离子浓度如下：Al为71.5mg/L、Fe为180.31mg/L、Zn为11.73mg/L、 Mn为15.33mg/L、Cu为4.60mg/L、Cd为70.52ug/L、Pb为6.97ug/L、Cr为23.87ug/L和 As为9.78ug/L，采集尾矿库坝底渗滤水，经测试pH为7.22，各离子浓度如下：Al为18.21mg/L、 Fe为54.31mg/L、Zn为0.01mg/L、Mn为7.12mg/L、Cu为0.51mg/L、Cd为0.38ug/L、Pb为 1.06ug/L、Cr为0.01ug/L和As为5.34ug/L，其他离子浓度除锰元素外外均低于环境排放标准。将酸性矿山排水与渗滤水混合，经过逐渐混合沉淀，随着渗滤水混合量的增加，水渠中铁氧化物沉淀逐渐产生，经混合池的充分混合沉淀，在出口处测试出水，出水pH为7.18，各离子浓度如下：Al为0.21mg/L、Fe为27.41mg/L、Zn为0.03mg/L、Mn为4.55mg/L、Cu 为0.16mg/L、Cd为0.33ug/L、Pb为0.86ug/L、Cr为0.00ug/L和As为0.67ug/L，其他金属离子浓度也均达到排放标准。
实施例2，选择已经存在的具有渗滤水排放设施小型尾矿库，将尾矿库地表酸性矿山排水与渗滤水排水人为引流到一起。雨季野外采集尾矿库坝顶酸性矿山排水，经测试水样平均pH为2.65，溶液中铁离子浓度分布如下：Al为73.5mg/L、Fe为200.41mg/L、Zn为10.15mg/L、 Mn为16.37mg/L、Cu为5.60mg/L、Cd为72.46ug/L、Pb为7.89ug/L、Cr为25.41ug/L和As 为9.11ug/L，采集尾矿库坝底渗滤水，经测试pH为7.24，各离子浓度如下：Al为17.42mg/L、 Fe为62.34mg/L、Zn为0.04mg/L、Mn为8.12mg/L、Cu为0.45mg/L、Cd为0.29ug/L、Pb为 1.12ug/L、Cr为0.00ug/L和As为7.89ug/L。多次采集当地雨水测试，雨水平均pH为6.10，雨水中各离子浓度均低于环境排放标准。将酸性矿山排水与渗滤水经过逐渐混合沉淀，随着渗滤水混合量的增加铁氧化物沉淀逐渐产生，充分混合沉淀，在出口处测试出水，出水pH为 7.26，离子浓度如下：Al为0.41mg/L、Fe为16.31mg/L、Zn为0.01mg/L、Mn为3.41mg/L、 Cu为0.18mg/L、Cd为0.12ug/L、Pb为0.91ug/L、Cr为0.00ug/L和As为0.42ug/L，其他各离子浓度均达到排放标准。
本发明的方法即能够实现尾矿库酸性矿山排水净化处理，沉积物可以回收使用于选矿工艺中，实现资源的再次利用，酸性矿山排水经净化后已经完全达到排放标准。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法，其特征在于，包括步骤如下：
将尾矿库酸性矿山排水与尾矿库深层渗滤水混合，提高尾矿库地表酸性矿山排水的pH，产生铁化合物沉淀；铁化合物吸附尾矿库酸性矿山排水中的重金属离子共沉淀，实现尾矿库酸性矿山排水的净化处理。
2.根据权利要求1所述的尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法，其特征在于，所述的尾矿库酸性矿山排水是指尾矿库表层好氧环境和浅层缺氧环境中硫化物的氧化产生的酸性矿山排水，酸性矿山排水的pH为1～5。
3.根据权利要求1所述的尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法，其特征在于，所述的尾矿库深层渗滤水是指尾矿库存水自上而下渗滤，储存在尾矿库厌氧层中的水，渗滤水pH为6.5～10。
4.根据权利要求1所述的尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法，其特征在于，所述的尾矿库酸性矿山排水与尾矿库深层渗滤水混合的方式有两种：第一种是尾矿库坝上有渗滤水排放设施，酸性矿山排水排放与尾矿库排放的渗滤水在排放过程中直接混合；第二种是尾矿库无渗滤水排放设施，利用泵将尾矿库深层渗滤水抽出来与尾矿库酸性矿山排水混合。
5.根据权利要求1所述的尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法，其特征在于，所述的尾矿库酸性矿山排水与尾矿库深层渗滤水混合体积比为1:10到1:100，混合后地表酸性矿山排水pH由1～5提高至6～10。
6.根据权利要求1所述的尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法，其特征在于，所述的铁化合物沉淀包含有施氏矿物、黄钾铁矾、针铁矿、菱铁矿、纤铁矾和水铁矿。
7.根据权利要求1所述的尾矿库酸性矿山排水净化处理的方法，其特征在于，所述的铁化合物沉淀吸附酸性矿山排水中其他的离子，包含铜、砷、锌、锰、铬、镉、铅、钼、铀、钡、铝、汞、金和锡。
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