CN116586405A - 一种源头治理酸性矿山废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种源头治理酸性矿山废水的方法，属于矿山环境治理领域。所述方法包括对含黄铁矿的废石或者浮选尾矿进行生物淋洗。生物淋洗后废石或尾矿中超过60％的铁和硫可以被去除，同时功能微生物会诱导生成黄钾铁矾，钝化废石或尾矿中残留黄铁矿，从而抑制残留黄铁矿的二次溶解，极大减少后续堆存产生酸性矿山废水的风险。生物淋洗操作简单，成本低廉，环境友好。本发明方法能够从源头治理含黄铁矿废石或尾矿产生的酸性矿山废水污染问题，对于含黄铁矿废石或者浮选尾矿的无害化处置和矿山环境治理具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于矿山环境治理领域，具体涉及一种源头治理酸性矿山废水的方法。
背景技术
黄铁矿是地壳中储量最丰富、分布最为广泛的硫化矿物，高纯度黄铁矿可以用来制备硫酸，因此在黄铁矿开采过程中，低品位的黄铁矿常常会被丢弃，产生大量含黄铁矿的废石。此外，黄铁矿又常常与铜、金、锌、煤矿等伴生，但由于其经济价值相对较低，在这些矿产资源采选过程中，也常被作为脉石丢弃。据不完全统计，截至2020年初，我国采选尾矿堆积量超过200亿吨，并且每年仍以几亿吨的速度在增加。目前关于含黄铁矿固废并没有很好的处置方式，细颗粒尾矿排入尾矿库堆存，而大颗粒废石的往往简单堆砌或填埋。这些数量庞大的含黄铁矿固废不仅会占用大量土地，其中暴露出来的黄铁矿在接触了水、氧气和微生物之后会被氧化，向周边环境释放亚铁和硫酸，在氧气作用下，亚铁离子会被氧化成三价铁离子从而加速黄铁矿的溶解。同时，黄铁矿中铁的溶出又会带动其共/伴生矿物中其他重金属溶出，产生酸性矿山废水(AMD)，对环境造成污染，威胁周边饮用水源安全。因此，控制和治理矿山开采过程中形成的AMD迫在眉睫。
目前，AMD常用的处理方法是在末端建污水处理站，使用碱性物质对AMD进行中和及沉淀以提高环境pH值和减少重金属污染。但是在自然条件下，Fe2+到Fe3+的氧化有限，黄铁矿氧化的整体过程相对缓慢，导致AMD源源不断产生，这一过程可能持续几十甚至上百年。因此，AMD末端治理需要长时间运行，不仅成本昂贵，对地方政府财政带来巨大压力，而且“治标不治本”。要降低治理成本甚至解决AMD问题，就需要从源头对AMD进行治理。常规的源头治理思路是将污染源与氧气、水和微生物隔绝，但其稳定性受环境影响大，容易失效。
因此，本发明另辟蹊径通过强化嗜酸微生物和黄铁矿相互作用，在短时间内将废石内大部分黄铁矿溶解出来并利用生物钝化作用，极大程度减少废石后续堆存产生的酸性矿山废水风险，成本低廉，操作可行，对于含黄铁矿废石的无害化处置和酸性矿山废水源头治理具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了对裸露的含黄铁矿的废石或者浮选尾矿进行脱污，减少其堆存产生酸性矿山废水的风险，开发了一种源头治理含黄铁矿的废石或者浮选尾矿产生酸性矿山废水的方法，此方法能够对酸性矿山废水污染源无害化处置，降低末端治理成本。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
一种源头治理酸性矿山废水的方法，对含黄铁矿的废石或者浮选尾矿进行生物淋洗。
所述的源头治理酸性矿山废水的方法，含黄铁矿的废石或者浮选尾矿中硫含量不低于5％。
所述的源头治理酸性矿山废水的方法，添加嗜酸微生物对含黄铁矿的废石或者浮选尾矿进行淋洗。
所述的源头治理酸性矿山废水的方法，添加的嗜酸微生物包括：嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、喜温嗜酸硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌中的至少一种。
所述的源头治理酸性矿山废水的方法，将嗜酸微生物接种到矿浆浓度为1～5％含黄铁矿的废石或者浮选尾矿淋洗体系中，淋洗体系初始pH1.5～3.5，温度为10～40℃，淋洗体系摇床转速为100～200r/min。淋洗时间不超过50天。
所述的源头治理酸性矿山废水的方法，进一步地按照接种量为1×107～9×107个/mL将嗜酸微生物接入到含黄铁矿的废石或者浮选尾矿淋洗体系中。
所述的源头治理酸性矿山废水的方法，优选将含黄铁矿的废石或者浮选尾矿破碎筛分至粒径大小在74μm以下再淋洗。
一种源头治理含黄铁矿的废石或者浮选尾矿产生酸性矿山废水的方法，优选包括以下步骤：
(1)将含黄铁矿的废石或者浮选尾矿清洗风干后利用振磨机磨至-74μm占80％以上。
(2)首先将嗜酸微生物按照接种量为5～20％的接种量接种至含0.5％矿浆浓度的黄铁矿的9K培养基中进行驯化培养，初始pH 1.5～3.5、温度10～45℃、摇床转速为100～200r/min，每天用血球计数板法计活细胞数量，当细菌浓度能达到108～109个/mL，完成第一次驯化，收集细菌，重复上述步骤。在含有1％、2％、3％、4％、5％矿浆浓度的黄铁矿矿浆中依次进行驯化，直至嗜酸微生物能够适应0.5％～5％矿浆浓度的黄铁矿，完成驯化培养，除去滤渣，离心收菌。
(3)将驯化培养好的嗜酸微生物按照接种量为1×107～9×107个/mL接种至含0.5～5％矿浆浓度的含黄铁矿废石的9K培养基中进行扩大培养，初始pH 1.5～3.5、温度10～45℃、摇床转速为100～200r/min。每天用血球计数板法计活细胞数量，当细菌浓度能达到108～109个/mL，完成扩大培养，除去滤渣，离心收菌。
(4)将扩大培养好的细菌按照接种量为1×107～9×107个/mL接入到含1～5％矿浆浓度的含黄铁矿废石，pH 1.5-3.0的9k培养基中，在摇床转速为100～200r/min，温度为10～40℃条件下进行生物淋洗。
(5)每5天用酶标仪测定溶液中的三价铁离子和亚铁离子浓度。
(6)生物淋洗结束后，用滤纸过滤收集淋洗渣进行表面形貌分析，物相及元素组成分析。
本发明所述的9K培养基配方：(NH4)2SO4 3.0g/L、KCl 0.1g/L、K2HPO4 0.5g/L、MgSO4·7H2O0.5g/L、Ca(NO3)2 0.01g/L，用0.1mol/L H2SO4调整pH值至1.5～3.5。
本发明能加速黄铁矿的溶解，短时间内将大部分黄铁矿从废石中去除，从源头减少后续黄铁矿废石或尾矿堆存产生酸性矿山废水的风险，减少AMD末端治理系统运维成本，整个过程成本低廉，环境和社会效益显著。该发明主要适用于黄铁矿固废的脱污，特别是含黄铁矿的废石或者尾矿。
附图说明
图1为实施例1的嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋洗含硫量5％黄铁矿废石后黄铁矿脱除情况；
图2为实施例1的嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋洗含硫量5％黄铁矿废石后渣样XRD图；
图3为实施例1的嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋洗含硫量5％黄铁矿废石后渣样SEM图；
图4为实施例1的嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋洗含硫量5％黄铁矿废石后渣样铁二次释放情况；
图5为实施例2的嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋洗含硫量12％黄铁矿废石后黄铁矿脱除情况；
图6为实施例2的嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋洗含硫量12％黄铁矿废石后淋洗渣样XRD图；
图7为实施例2的嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋洗含硫量12％黄铁矿废石后淋洗渣样SEM图；
图8为实施例2的嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋洗含硫量12％黄铁矿废石后渣样铁二次释放情况；
图9为实施例3的嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋洗含硫量23％黄铁矿废石后黄铁矿脱除情况；
图10为实施例3的嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋洗含硫量23％黄铁矿废石后渣样XRD图；
图11为实施例3的嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋洗含硫量23％黄铁矿废石后渣样SEM图；
图12为实施例3的嗜酸氧化亚铁硫杆菌淋洗含硫量23％黄铁矿废石后渣样铁二次释放情况；
图13为实施例4的氧化亚铁钩端螺旋菌淋洗含硫量21％黄铁矿废石生物淋洗后黄铁矿脱除情况。
具体实施方式
以下具体实施例或实施方式目的是为了进一步说明本发明，而不是对本发明的限定。
实施例1
本实施例所述方法主要按以下步骤进行：
(1)先将酸性矿山废水污染现场取到的废石样品清洗去除表面杂质，自然风干后粉碎并干磨，然后通过200目筛进行筛分，获得粒径小于74μm的粉末样品，于真空干燥箱中保存备用，试验前通过粉末X射线衍射分析，发现废石主要物相为石英，白云母，斜绿泥石，石膏，白云石和黄铁矿。XRF分析表明矿物元素组成为Fe:4.68％,S:4.56％,O:45.30％,Si:21.86％,Al:10.21,Ca:6.82,K:4.42,其它元素:2.15％。根据XRD和XRF结果将这部分废石命名为含硫量5％黄铁矿废石。
(2)将提前驯化好的嗜酸氧化亚铁硫杆菌按3×107个/mL的接种量接种至2％矿浆浓度的黄铁矿的9K培养基中进行扩大培养，培养条件为初始pH 2.0、温度30℃、摇床转速为170r/min。
(3)离心收集步骤(2)中培养到对数期中期的嗜酸氧化亚铁硫杆菌，将其按照3×107个/mL的浓度接入到含2％矿浆浓度含硫量5％黄铁矿废石的9k培养基中，生物淋洗40天。生物淋洗的初始条件为pH 2.0、摇床转速170r/min、温度30℃。
(4)每5天采用酶标仪测定溶液中亚铁浓度和全铁浓度。
(5)生物淋洗结束后，用滤纸过滤收集淋洗渣进行表面形貌分析、物相及元素组成分析，并对浸渣进行二次生物淋洗以验证浸渣稳定性，评价酸性废水释放风险。
结论：如图1所示，经过40天的生物淋洗后，含硫量5％的黄铁矿废石中黄铁矿仅溶解了不到0.2％，而且淋洗前后物相和形貌并没有明显改变(图2和图3)，说明这一含硫量的废石本身酸性矿山废水产生的风险很低，因此本发明方法适用于含硫量大于5％的黄铁矿废石的处理。
实施例2
本实施例所述方法主要按以下步骤进行：
(1)先将酸性矿山废水污染现场取到的废石样品清洗去除表面杂质，自然风干后粉碎并干磨，然后通过200目筛进行筛分，获得粒径小于74μm的粉末样品，于真空干燥箱中保存备用，试验前通过粉末X射线衍射分析，发现废石主要物相为石英，白云母，斜绿泥石，石膏，白云石和黄铁矿。XRF分析表明矿物元素组成为Fe:13.68％,S:12.12％,O:35.10％,Si:23.65％,Al:6.40,Ca:0.26,K:2.23,其它元素:8.79％。根据XRD和XRF结果将这部分污染废石命名为含硫量12％黄铁矿废石。
(2)将提前驯化好的嗜酸氧化亚铁硫杆菌按3×107个/mL的接种量接种至2％矿浆浓度的黄铁矿的9K培养基中进行扩大培养，培养条件为初始pH 2.0、温度30℃、摇床转速为170r/min。
(3)离心收集步骤(2)中培养到对数期中期的嗜酸氧化亚铁硫杆菌，将其按照3×107个/mL的浓度接入到含2％矿浆浓度含硫量12％黄铁矿废石的9k培养基中，生物淋洗40天。生物淋洗的初始条件为pH 2.0、摇床转速170r/min、温度30℃。
(4)每5天采用酶标仪测定溶液中亚铁浓度和全铁浓度。
(5)生物淋洗结束后，用滤纸过滤收集淋洗渣进行表面形貌分析、物相及元素组成分析，并对浸渣进行二次生物淋洗以验证浸渣稳定性，评价酸性废水释放风险。
结论：如图5所示，经过40天的生物淋洗后，含硫量12％的黄铁矿废石中黄铁矿去除率可达65％，XRD结果证实淋洗后黄铁矿物相明显减少，同时检测到黄钾铁矾的生成(图6)，SEM结果表明生成的黄钾铁矾会包裹在黄铁矿表面从而实现其钝化阻碍残留黄铁矿的二次溶解(图7)。如图8所示，含硫量12％黄铁矿废石浸渣二次生物淋洗60天，溶液中全铁浓度不到8mg/L，证明了浸渣的稳定性，酸性矿山废水产生的风险显著减低。
实施例3
本实施例所述方法主要按以下步骤进行：
(1)先将酸性矿山废水污染现场取到的污染样品清洗去除表面杂质，自然风干后粉碎并干磨，然后通过200目筛进行筛分，获得粒径小于74μm的粉末样品，于真空干燥箱中保存备用，试验前通过粉末X射线衍射分析，发现废石主要物相为石英，白云母，斜绿泥石，石膏，白云石和黄铁矿。XRF分析表明矿物元素组成为Fe:25.93％,S:22.88％,O:21.90％,Si:12.06％,Al:7.67,Ca:0.01,K:2.55,其它元素:7.00％。根据XRD和XRF结果将这部分污染废石命名为含硫量23％黄铁矿废石。
(2)将提前驯化好的嗜酸氧化亚铁硫杆菌按5×107个/mL的接种量接种至2％矿浆浓度的黄铁矿的9K培养基中进行扩大培养，培养条件为初始pH 2.0、温度30℃、摇床转速为170r/min。
(3)离心收集步骤(2)中培养到对数期中期的嗜酸氧化亚铁硫杆菌，将其按照5×107个/mL的浓度接入到含3％矿浆浓度含硫量23％黄铁矿废石的9k培养基中，生物淋洗40天。生物淋洗的初始条件为pH 2.0、摇床转速170r/min、温度30℃。
(4)每5天采用酶标仪测定溶液中亚铁浓度和全铁浓度。
(5)生物淋洗结束后，用滤纸过滤收集淋洗渣进行表面形貌分析、物相及元素组成分析，并对浸渣进行二次生物淋洗以验证浸渣稳定性，评价酸性废水释放风险。
结论：如图9所示，经过40天的生物淋洗后，含硫量23％的黄铁矿废石中黄铁矿去除率可达95％，XRD结果证实淋洗后黄铁矿特征峰强度显著降低，同时检测到黄钾铁矾的生成(图10)，SEM结果表明生成的黄钾铁矾会包裹在黄铁矿表面从而实现其钝化阻碍残留黄铁矿的二次溶解(图11)。如图12所示，含硫量23％黄铁矿废石浸渣二次生物淋洗60天，溶液中全铁浓度小于8mg/L，证明了浸渣的稳定性，酸性矿山废水产生的风险显著减低。
实施例4
本实施例所述方法主要按以下步骤进行：
(1)先将酸性矿山废水污染现场取到的污染样品清洗去除表面杂质，自然风干后粉碎并干磨，然后通过200目筛进行筛分，获得粒径小于74μm的粉末样品，于真空干燥箱中保存备用，试验前通过粉末X射线衍射分析，发现废石主要物相为石英，白云母，斜绿泥石，石膏，白云石和黄铁矿。XRF分析表明矿物元素组成为Fe:22.53％,S:20.58％,O:23.58％,Si:17.66％,Al:5.67,Ca:0.03,K:2.75,其它元素:7.20％。根据XRD和XRF结果将这部分污染废石命名为含硫量21％黄铁矿废石。
(2)将提前驯化好的氧化亚铁钩端螺旋菌按5×107个/mL的接种量接种至2％矿浆浓度的黄铁矿的9K培养基中进行扩大培养，培养条件为初始pH 1.8、温度45℃、摇床转速为180r/min。
(3)离心收集步骤(2)中培养到对数期中期的氧化亚铁钩端螺旋菌，将其按照2×107个/mL的浓度接入到含2％矿浆浓度含硫量21％黄铁矿废石的9k培养基中生物淋洗40天。生物淋洗的初始条件为pH 2.0、摇床转速180r/min、温度45℃。(4)每5天采用酶标仪测定溶液中亚铁浓度和全铁浓度。
(5)生物淋洗结束后，用滤纸过滤收集淋洗渣进行表面形貌分析，物相及元素组成分析。
结论：如图13所示，经过40天的生物淋洗后，含硫量21％的黄铁矿废石中黄铁矿去除率可达98％，酸性矿山废水产生的风险显著减低。
Claims (7)
1.一种源头治理酸性矿山废水的方法，其特征在于：对含黄铁矿的废石或者浮选尾矿进行生物淋洗。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的含黄铁矿的废石或者浮选尾矿中硫含量不低于5％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的生物淋洗是添加嗜酸微生物对含黄铁矿的废石或者浮选尾矿进行淋洗。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的嗜酸微生物包括：嗜酸氧化亚铁硫杆菌、嗜酸氧化硫硫杆菌、喜温嗜酸硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌中的至少一种。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：按照接种量为1×107～9×107个/mL将嗜酸微生物接入到含黄铁矿的废石或者或者浮选尾矿淋洗体系中。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于：将嗜酸微生物接种到矿浆浓度为1～5％含黄铁矿的废石或者或者浮选尾矿淋洗体系中，淋洗体系初始pH1.5～3.5、温度为10～40℃、淋洗体系摇床转速为100～200r/min；淋洗时间不超过50天。
7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于：将含黄铁矿的废石或者或者浮选尾矿破碎筛分至粒径大小在74μm以下再淋洗。
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|---|---|---|---|
| CN202310412642.1A CN116586405A (zh) | 2023-04-18 | 2023-04-18 | 一种源头治理酸性矿山废水的方法 |
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|---|---|---|---|
| CN202310412642.1A CN116586405A (zh) | 2023-04-18 | 2023-04-18 | 一种源头治理酸性矿山废水的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116586405A true CN116586405A (zh) | 2023-08-15 |
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Family Applications (1)
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| CN202310412642.1A Pending CN116586405A (zh) | 2023-04-18 | 2023-04-18 | 一种源头治理酸性矿山废水的方法 |
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2023
- 2023-04-18 CN CN202310412642.1A patent/CN116586405A/zh active Pending
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