选矿药剂对生态环境的污染与防治

早在1860年 英国人威廉姆黑奈斯(William haymes)发现用油浮选硫化矿 1901年 波特(Potter) 在浮选闪锌矿时使用硫酸 此后许多人做了大量的研究工作 发现了不少化合物 因其物理化学性质的差异 对不同类型的矿物起着不同的作用 使用这些化合物就可将许多有用矿物进行分选 于是在选矿生产中 由原来使用一种药剂发展到同时使用几种药剂有机合成技术的发展 为合成大量的选矿药剂创造了良好的条件 矿山大规模的开采 特别是低品位难选矿石的综合利用 选矿理论与技术的不断完善 需要品种更多的选矿药剂用于生产 目前 已有数千种无机及有机化合物可作为选矿药剂使用 但是真正用于生产实践的为数不多 使用最普遍的不过数十种 然而 过去在选矿药剂的研究 生产及应用中 只注意其技术与经济的效益 而没有注意对生态环境所起的污染作用 也没有考虑这些药剂的使用给人类带来的危害 当今 由于污染事件的屡屡发生选矿药剂对生态环境的污染引起人们的关注 促使人们采取相应的措施 防治污染 保护生态环境 1 选矿药剂的危害各种不同的选矿药剂是无机和有机的化合物它的使用不仅直接给废水增加了污染物 而又可间接使矿石中的大量污染物进入废水 由此可见 选矿药剂对于选矿废水的性质起着决定性的作用 (1)对人身健康的危害 对人类危害最大的要算是毒性大 难分解的各种重金属和人工合成的许多有机化合物 因为这类化学污染物质在水里的含量一般都很低 用一般的化学方法也难于检验出来 所以它过去不大被人们所重视 可就是这些极微量的污染物质破坏了生物体中正常的生理生化过程 其中有一些污染物质 如镉 铅 铬等重金属通过食物链的逐级富集 会造成人体的慢性中毒 (2)对农业生产的危害 由于选矿药剂的使用选矿废水中含有大量的悬浮物质 长时间不能沉降下来 当其排入自然水体用以农灌时 会恶化土质 土壤结构受到严重破坏 并使土壤中的微生物活动受到影响 造成农作物大幅度减产 当然 大量的酸 碱或其他药剂作为选矿药剂使用 会改变天然水中正常p H值 或增加天然水中的重金属等污染物 也会影响农作物生长 1981年在河北承德磷矿就发生了一起污染事故 这个矿的选厂使用了大量的氧化石腊皂 水玻璃 碳酸钠等浮选药剂 选矿废水含悬浮物在3 000mg/L以上 不经处理排入河流 当地农民用混有这些废水的河水灌溉稻谷的育秧苗地 由于河水的稀释 悬浮物迅速沉淀下来致使表土板结 稻苗不能出土生长 死在表土层中 因而造成几千亩水稻不能适时播秧种植 (3)对渔业的危害 鱼类在水中生存的基本条件是靠水中的溶解氧及饵料 当含有大量选矿药剂的选矿废水排入河流时 要消耗水中的溶解氧 造成水质腐败变臭 鱼类不仅失去饵料 而且由于得不到水中充足的溶解氧 无法生存 当然一些无机毒物如重金属等 有的会使鱼类死亡 有的会在鱼体中富集 造成鱼类的畸形 当人食用了这类鱼时 会危害人体健康 我国已有不少河流因选矿废水的排入使鱼虾绝迹 2 选矿药剂对生态环境的污染作用选矿药剂对生态环境的污染作用十分复杂 有直接产生危害的 也有间接产生危害的 还有交互作用后产生危害的 大致分为四种情况收稿日期 2003-09-25 修回日期 2004-02-01 作者简介 张海英 女 40岁 工程师万方数据 44 (1)选矿药剂本身是有毒有害物质 如黄药类氰化物 硫化物 重铬酸钾(钠) 硅氟酸钠 硫酸铜 硫酸锌等 这些药剂直接产生对人体的危害

(2)药剂本身无毒 但有腐蚀性 有的还以溶解状态进入自然环境 易于被生物吸收 如硫酸盐酸及氢氧化钠等 这些酸 碱类的使用及排放可使自然水体中的p H 值过低或过高 不仅危害生物的生长 还腐蚀作物 改变土壤的性质 促使土壤流失 更为严重的是这些酸类可溶解矿石中的重金属 使其以溶解状态进入水体 产生范围更广的危害 同时 当酸性废水进入河流时又可溶解河流底质中的重金属 使其产生二次污染 (3)药剂本身是无毒物 但这些药剂的使用与排放增加了水中的有机化合物 降低了水中的溶解氧 从而使自然水中的生物耗氧量 化学耗氧量大大增加 这类药剂主要是脂肪酸类 如粗制塔尔油 氧化石腊皂 纸浆废液等有机物 当然这些有机物也带进一些氰 酚等有毒化合物 不过这些化合物大都在生产过程中降解了 还有一些选矿药剂随废水排入缓慢流动的湖泊 水库 内海等水域由于这些药剂中含有生物营养元素氮 磷等 藻类等浮游生物就会因得到大量的营养而繁殖 于是会在水面上形成密集的 水花 或 红潮 当藻类死亡和腐败时 会引起水中的氧大量减少 生物化学需氧量增加 使水质恶化 水生生物特别是贵重鱼类大量死亡 造成水体的 富营养化 这样的水体要使其恢复需要相当长的时间 (4)以分散作用为主而产生危害的药剂 在选矿过程中 矿石需要磨的很细 矿浆中含有大量的有机和无机物细小粉末 当分散剂(碳酸钠 水玻璃等)加入后 由于分散作用的结果 这些有机 无机物细小粉末长时间不能沉降 以悬浮状态随废水排入自然水体 不仅破坏水体的外观 当浓度较高时 会阻碍鱼类的呼吸 影响日照 并给藻类的同化作用带来恶劣影响 有机与无机悬浮物不仅影响天然水质 还会沉积于水底 在河流湖泊影响生态系统 在农田则必然降低土壤的透水性 危害农作物 特别是对水稻的生长发育影响最大 同时又有可能在适宜的条件下 悬浮物中的有毒有害物质释放出来 溶于水体 形成二次污染 3 选矿药剂对生态环境的污染随着科学技术与工业生产的发展 人类对矿产资源的利用越来越广泛 仅从我国的情况看 由解放初期少数几个矿山 发展到今天已有数百个大规模的不同类型的矿山 与之相适应的 选矿药剂的使用品种与数量也有很大的增长 相应的 三废 排放量成百倍的增长 仅选矿废水一项 每天可达数万吨乃至更多地排入江河湖海 因为环境容量是有限的 基本上是一个固定值 而污染物的排放量则是无限的 而且有的在环境中又有积累 如果任其随意排放 污染物将通过土壤 水 空气 特别是食物链的污染 对人类产生更广泛和更加严重的危害选矿方法虽然不断地发展 但许多选矿厂仍以浮选为主 或是采用浮选与其他选矿方法的联合选别流程 特别是对一些难选的低品位矿石更是如此 浮选是一个物理化学过程 残余的药剂将随废水排出 特别是可溶性的药剂 表1就是对一个浮选厂排出的选矿废水药剂含量分析实例表1 浮选厂废水中浮选药剂含量分析实例废水名称 pH值 总氰 黄药 松醇油 (mg/L) (mg/L) (mg/L) 浮选选矿废水 7.5 - 5.1 5.36 浮选含氰尾矿水 10.75 9.00 21.6 - 精矿浓缩池溢流水 10.90 15.05 44.10 - 从对各地区的选矿厂废水监测可以得到这样的结论 浮选厂废水污染物含量比重选厂都高 即使同类型的选厂也是如此 显然这是选矿药剂加入造成如某磷矿的选钼车间 以硫化钠作为钼的浮选药剂致使废水中硫化物含量达49.46mg/L 超过国家排放标准的48倍 使该地区的河水遭受严重污染 又如某铅锌矿 长期以来使用重铬酸钾作为调整剂 随废水渗入地下 使矿周围数十眼农用饮水井受到铬的严重污染 有的井水铬的含量超标37倍 4 选矿药剂的环境污染治理矿山多处于江河湖泊上游的山区 选矿过程中所加入的无机和有机药剂等都沿山溪水流排出 给下游的农 林 牧 渔业造成危害 根治环境污染成了当务之急 近年来矿山污染问题受到重视 广泛开展了治理工作 以选矿药剂中剧毒的氰化物为例 采取的具体治理措施如下 (1)采用碱性液氯法处理含氰污水 某金矿建立了具有100m3/d处理能力的含氰废水处理车间 含氰污水得到全部处理 游离氰(CN-)浓度由处理前的 200 500mg/L 降为国家 工业废水 排放标准张海英 选矿药剂对生态环境的污染与防治万方数据 45 2004年第3期 中国非金属矿工业导刊 总第40期 0.5mg/L以下 为使氰化尾矿在澄清过程中不外渗避免污染地下水源 修建了11 200m 3的防渗池和回收澄清水系统 处理后的净化液同尾矿混合 最终尾矿坝中污水含游离氰(CN-)浓度为0.09mg/L以下解决了氰化物的污染 (2)采用碱性氯化法处理含氰污水 某金矿污水处理系统 充分利用尾矿系统 利用地形 两段压力输送尾矿 尾矿浆处理间分别在两座砂泵站设置第一套尾矿处理间 将调制好的石灰乳加到第一砂泵站矿浆中 氯水 即液氯经加氯机制成的1 1的盐酸与次氯酸水溶液加到砂泵入口处 这样带碱性的矿浆被砂泵吸入时 与氯水混合经砂泵充分搅拌 瞬时完成局部氧化反应 生成毒性较小的氰酸盐 此时矿浆中仍有足够量的药剂 被砂泵送至矿浆处理间 在第二砂泵站混合搅拌 使之充分反应 达半小时 停留1h完成完全氧化作用 由砂泵送至尾矿坝 车间排放口游离氰(CN-)浓度为0.01 0.04mg/L 尾矿坝含游离氰(CN-)为0.087mg/L 解决了氰化物的污染

(3)采用臭氧法处理含氰污水 臭氧已用于脱除污水中的氰化物 使外排污水中的游离氰含量达到国家标准要求 实践证明臭氧非常有效 特别适于处理络合氰化物 而且优于碱性氯化法 因用碱性氯化法时 氰化物氧化成氰酸盐 使净化的回水利用发生困难 (4)采用酸化法处理含氰污水 某金矿选厂采用酸化法处理含氰污水 经实践考查 处理稳定外排污水中的游离氰含量达到国家标准要求 均在 0.05mg/L以下 5 选矿药剂的环境污染控制关注选矿药剂对生态环境的污染 并采取相应的治理措施 如果只治理不控制 那将需要大量的基建投资及治理费用 况且有许多污染物还没有成熟的工艺治理技术 如果治理的同时 充分考虑污染物的排放 并加以控制 将收到保持生态环境不受污染的良好效果 (1)选矿废水的回收利用 选矿废水中含有大量的药剂 为此选矿废水应尽量回收利用 这样既节省选矿药剂 也节省了新水的补给 有利于保护环境 这对缺水地区尤为重要 据报导 国外一个铅锌矿石的浮选试验 探讨了回水再用的可能性当回水量增加到50%时 对浮选指标没有影响 回水量增至75% 时 则尾矿里的金属损失稍有增加对未使用回水与使用回水浮选排出的废水化学组成分析列于表2 表2 水质分析对比试验结果组 分 未使用回水时含量(mg/L) 使用回水后含量(mg/L) 异丁基黄药 2.15 未检出氰离子 19.0 1.0 甲酚黑药 21.05 1.72 锌离子 25.0 1.40 铜离子 2.0 未检出由此可看出 充分利用回水是减轻选矿药剂对环境污染的一个好途径 (2)采用易分解的选矿药剂 并尽量减少用量加强尾矿管理 使外排的废水在尾矿池内有充分的停留时间 在进行尾矿池的设计时 除了考虑尾矿的堆放等因素外 还应把尾矿水对环境的影响考虑进去 延长尾矿水在池内的停留时间 不仅使那些悬浮物及其夹杂的重金属等有毒有害物得到充分沉降 另外对于易分解的物质效果更好 如剧毒的氰化物 在尾矿池内平均每天大约分解15% 20% 有一个铅锌矿的试验表明 进入尾矿池的废水含氰化物约为3 19mg/L 四天后流出尾矿池 含氰降至 0.5 0.65mg/L 降解净化效率达83% 97% (3)从选矿方法上解决选矿药剂的污染 近代选矿理论的发展 有用矿物的选别不仅局限于浮选 其发展的趋势是几种选矿方法的联合选别流程 特别是近代化学选矿的发展 将选矿与冶炼结合起来进行 有研究表明 化学选矿对保护环境不受污染是有效的 (4)研制与生产高效低毒或无毒的选矿药剂是防止选矿药剂对环境污染的一个根本性措施 近年来有些选矿厂选金时 用硫脲代替剧毒的氰化物 基本上解决了氰化物的危害 又如钛铁矿的选矿 原来采用硅氟酸钠作为浮选剂 尾矿水中含氟达9 7mg/L 近来有的试验成功地改用异羟肟酸作捕收剂 硫酸 草酸 羧甲基纤维素做调整剂 同样获得较好的选别指标 这样就可消除氟污染 为此建议 在对选矿药剂的研制时 除了衡量其经济与技术效果外 还要做出对环境影响的评价 [参考文献] [1][苏]B.A.萨梅金,等. 浮选理论现状与远景(第一版)[M].北京 冶金工业出版社 1980. [2][英]B.A.威尔斯. 选矿工艺学(第二版)[M]. 北京 冶金工业出版社 1985. [3]长沙冶金矿山设计研究院,等.选矿设计手册(第一版)[M]. 北京 冶金工业出版社 1988. [编辑