某公司爐渣選礦系統(tǒng)生產(chǎn)水的分質(zhì)處理及回用

汪永紅

(金隆銅業(yè)有限公司， 安徽 銅陵 244000)

0 前言

隨著銅冶煉技術(shù)的快速發(fā)展和現(xiàn)代銅冶煉工藝的應(yīng)用，富氧濃度提高、熔煉強(qiáng)度增大，熔煉渣含銅必然升高[1]。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)外銅精礦等原料日漸匱乏，為提高冶煉企業(yè)銅金屬回收率，將銅冶煉爐渣緩冷后進(jìn)行選礦處理，因其具有金屬回收率高、棄渣品位低、能耗低等特點(diǎn)，已逐漸成為處理銅冶煉爐渣的主流工藝[2]，也是目前最為經(jīng)濟(jì)有效的途徑[3]。然而，眾所周知，選礦過(guò)程需使用大量生產(chǎn)水，這些水與礦漿以及藥劑作用后性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)變化，直接排放不僅造成水資源的浪費(fèi)，還會(huì)污染環(huán)境。因此，如何使這部分水得到充分、合理的利用，不僅是企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益的考量更是環(huán)境保護(hù)的必須。

1 某公司爐渣選礦工藝流程

某公司年處理銅精礦130余萬(wàn)t，產(chǎn)出銅冶煉爐渣80余萬(wàn)t，采用浮選方法回收其中的銅及伴生金銀等貴金屬，并對(duì)鐵元素進(jìn)行綜合利用。爐渣選礦工藝主要包括渣包緩冷、破碎- 篩分、磨礦- 分級(jí)、浮選、精尾礦脫水等工序。熱態(tài)爐渣被放入渣包后由專用渣包車運(yùn)送到爐渣緩冷場(chǎng)，經(jīng)4 h自然冷卻，再加水噴淋至常溫后，由專用渣包車倒至渣堆場(chǎng)，經(jīng)破碎- 篩分、磨礦- 分級(jí)，然后進(jìn)行浮選分離，分選后的銅精礦和尾礦分別經(jīng)過(guò)濃縮- 過(guò)濾兩段脫水，得到銅精礦和含鐵尾礦產(chǎn)品。某公司爐渣選礦工藝流程如圖1所示。

2 某公司爐渣選礦系統(tǒng)生產(chǎn)水的分質(zhì)處理及回用

2.1 工藝生產(chǎn)水水平衡情況

從某公司爐渣選礦工藝流程看，其主要用水點(diǎn)有爐渣冷卻用水、設(shè)備冷卻用水、渣漿泵封水、磨浮工藝用水；主要出水點(diǎn)有濃縮機(jī)溢流水、過(guò)濾機(jī)濾清液；主要損耗水為渣緩冷蒸發(fā)、精尾礦帶出的水分。選礦系統(tǒng)水平衡情況的相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖1 某公司爐渣選礦工藝流程

表1 某公司選礦工藝系統(tǒng)生產(chǎn)水循環(huán)利用前各工序用水情況 單位：m3/d

由表1可知，系統(tǒng)總用水量為19 800 m3/d，其中爐渣冷卻用水10 800 m3/d，設(shè)備冷卻用水(含過(guò)濾機(jī))1 900 m3/d，選礦工藝用水6 400 m3/d，渣漿泵封水700 m3/d。系統(tǒng)總水中循環(huán)利用水16 000 m3/d，需補(bǔ)充新水3 800 m3/d。從水量平衡看，系統(tǒng)新給入水量3 800 m3/d，因緩冷蒸發(fā)及精尾礦帶出水量1 600 m3/d，還剩余水2 200 m3/d需要外排，不能達(dá)到零排放目標(biāo)。

2.2 工藝生產(chǎn)水水質(zhì)情況分析

2.2.1 相關(guān)用水點(diǎn)對(duì)水質(zhì)的要求

1)爐渣冷卻水的性能與要求。爐渣冷卻水是在熱態(tài)爐渣經(jīng)過(guò)自然冷卻到相變溫度后，對(duì)爐渣進(jìn)行噴淋，通過(guò)水的運(yùn)輸滲透帶走熱量，使?fàn)t渣迅速降溫，以縮短冷卻時(shí)間、提高緩冷作業(yè)效率。從生產(chǎn)實(shí)踐看，噴淋水的水質(zhì)和水溫對(duì)冷卻效果影響較大，如果水質(zhì)含雜質(zhì)較多，將覆蓋在渣包的表面和堵塞爐渣空隙，抑制水的滲透和熱傳導(dǎo)，嚴(yán)重影響冷卻效果；如果水溫較高，也會(huì)影響熱傳遞效率，而且高溫水還將起到保溫作用，阻止內(nèi)部熱量的傳遞與散發(fā)，阻礙爐渣的冷卻，惡化冷卻效果[4]。

2)設(shè)備冷卻水的性能與要求。設(shè)備冷卻水主要是通過(guò)流經(jīng)冷卻器進(jìn)行熱交換對(duì)球磨機(jī)液壓站油溫進(jìn)行冷卻，其對(duì)水質(zhì)的要求主要是懸浮物、鈣鎂離子濃度及水溫不宜太高。懸浮物較多時(shí)，易堵塞冷卻器通道、過(guò)濾網(wǎng)及閥門等；鈣、鎂等重金屬離子在水溫升高時(shí)易生成CaCO3、MgCO3等沉淀物[5]，形成水垢附著在冷卻器的管壁、過(guò)濾網(wǎng)等處，不僅影響冷卻效果，而且有礙冷卻水的流通，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備故障。一般要求懸浮物含量不大于50 mg/L,水溫不高于28 ℃。

3)泵的封水的性能與要求。選礦過(guò)程中采用渣漿泵進(jìn)行礦漿的輸送，為提高渣漿泵的軸密封性能，延長(zhǎng)使用壽命，在密封填料中間加有水封環(huán)。將高壓水從水封環(huán)四周的小孔內(nèi)引入，泵旋轉(zhuǎn)時(shí)帶的高壓水在水環(huán)處形成高壓水環(huán)，阻止泵殼內(nèi)液體泄露[6]。這樣既加強(qiáng)了填料的密封性能，又對(duì)填料起冷卻和潤(rùn)滑作用。由此可見(jiàn)，如果封水中懸浮物及鈣鎂離子含量高，不僅易對(duì)封水環(huán)造成堵塞，也易造成泵軸的磨損；如果水溫過(guò)高就起不到對(duì)填料的冷卻作用，降低其使用壽命。

綜上所述，根據(jù)用水性能，爐渣冷卻水、設(shè)備冷卻水主要起降溫作用，要求水溫不高于28 ℃，同時(shí)要求水中Ca2+、Mg2+等雜質(zhì)含量不宜太高，其中設(shè)備冷卻水及泵的封水要求水質(zhì)較為澄清不得有固體顆粒物等。由于爐渣選礦為單一銅礦選別，浮選藥劑種類單一，經(jīng)過(guò)選礦回水利用試驗(yàn)，選礦過(guò)程精尾礦回水經(jīng)澄清后，可以作為選礦工藝用水返回使用，不會(huì)對(duì)選別指標(biāo)造成較大影響。通過(guò)各用水點(diǎn)用水性能情況的分析可以看出，各用水點(diǎn)對(duì)水質(zhì)要求高低程度依次為：設(shè)備冷卻水、渣漿泵封水、爐渣冷卻水、選礦工藝用水。

2.2.2 工藝排水水質(zhì)分析

工藝過(guò)程生產(chǎn)排水主要有爐渣冷卻用水和選礦工藝過(guò)程排水。

1)爐渣冷卻用水。冷卻需要和高溫蒸發(fā)用量較大，約需10 800 m3/d,其中蒸發(fā)用量為1 200 m3/d，其余循環(huán)回用。對(duì)回流部分的水進(jìn)行測(cè)試，雜質(zhì)含量不高，但水溫為40～44 ℃，影響緩冷效果。

2)選礦廢水分三部分：一是濃縮溢流水，其含懸浮顆粒及殘留藥劑較多，不能作為冷卻水使用，僅可作為選礦工藝用水循環(huán)使用；二是精尾礦經(jīng)陶瓷過(guò)濾機(jī)過(guò)濾的濾清液，其水質(zhì)較清，固體懸浮物含量約130 mg/L，水溫約38 ℃，由于懸浮物含量及水溫較高不宜直接作為冷卻水回用；三是設(shè)備冷卻水的出水，這部分水基本未經(jīng)污染，但出水溫度為36～38 ℃，溫度較高，也不能直接循環(huán)使用。

2.3 生產(chǎn)水的分質(zhì)處理及回用

根據(jù)水量平衡及水質(zhì)情況分析，對(duì)不同水質(zhì)采取分類處理- 分類利用，其循環(huán)利用情況如圖2所示，具體措施如下：

1)針對(duì)爐渣冷卻回水水溫較高問(wèn)題，為保證緩冷效果，在緩冷區(qū)循環(huán)水池設(shè)置冷卻塔，對(duì)回水進(jìn)行降溫處理后循環(huán)使用；

2)對(duì)于濃縮溢流水，因懸浮顆粒及殘留藥劑較多，在該區(qū)域設(shè)置沉淀池，經(jīng)沉淀池澄清后泵送至建于粉礦倉(cāng)頂部的高位水池作為磨浮生產(chǎn)用水；

3)對(duì)于精尾礦經(jīng)陶瓷過(guò)濾機(jī)過(guò)濾的濾清液，該部分水質(zhì)相對(duì)較清，為進(jìn)一步降低懸浮物含量和水溫，設(shè)置大容積澄清池，用于自然降溫和對(duì)懸浮物進(jìn)行沉降，并經(jīng)高效纖維球過(guò)濾器過(guò)濾后作為緩冷作業(yè)的補(bǔ)加水；

4)對(duì)于設(shè)備冷卻水，單獨(dú)設(shè)置冷卻塔，冷卻后作為設(shè)備冷卻水循環(huán)使用，同時(shí)為避免鈣、鎂離子富集造成的影響，按8%左右進(jìn)行新水置換；

5)對(duì)于渣漿泵的封水，由于其使用量不大，考慮對(duì)填料密封及其性能的要求，為延長(zhǎng)渣漿泵使用壽命，結(jié)合系統(tǒng)水平衡情況，暫可采用新水補(bǔ)加。

圖2 某公司改進(jìn)后的生產(chǎn)水的分質(zhì)處理及回用流程

3 實(shí)施效果

在緩冷區(qū)循環(huán)水池設(shè)置冷卻塔，使緩冷循環(huán)水溫度由44 ℃降至36 ℃左右；過(guò)濾機(jī)濾清液通過(guò)大容積澄清池自然降溫后，水溫由38 ℃降至33 ℃左右，再經(jīng)高效纖維球過(guò)濾器過(guò)濾后，固體懸浮物含量降至80 mg/L左右，同時(shí)鈣、鎂離子濃度分別由363.2 mg/L、371.4 mg/L降至125 mg/L、138 mg/L，基本滿足噴淋水質(zhì)的需要。由于緩冷噴淋水總體水溫的降低，渣緩冷總時(shí)間由原來(lái)的48 h降至44～46 h，效果較為明顯。設(shè)備冷卻水單獨(dú)設(shè)置冷卻塔冷卻后水溫降低了8 ℃左右，再按8%補(bǔ)充新水后水溫、水質(zhì)滿足工藝要求。改進(jìn)措施實(shí)施后的生產(chǎn)水循環(huán)利用平衡如圖3所示。

圖3 改進(jìn)措施實(shí)施后的生產(chǎn)水循環(huán)利用平衡圖(單位：m3/d)

由圖3可知，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)廢水分類處理- 分類利用，將脫水系統(tǒng)過(guò)濾機(jī)濾清液經(jīng)過(guò)沉淀池澄清與降溫及高效纖維球過(guò)濾后作為緩冷系統(tǒng)補(bǔ)加水，減少新水用量800 m3/d，設(shè)備冷卻水經(jīng)冷卻塔降溫后循環(huán)使用減少新水用量1 200 m3/d，脫水過(guò)濾設(shè)備冷卻水由原600 m3/d減少為400 m3/d。系統(tǒng)總新水補(bǔ)充量由原來(lái)的3 800 m3/d降至1 600 m3/d，過(guò)程僅補(bǔ)充因蒸發(fā)及物理?yè)p失部分的水，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)水量出入平衡，無(wú)需多余新水補(bǔ)充，生產(chǎn)廢水內(nèi)部循環(huán)利用率達(dá)到100%，達(dá)到了零排放目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述一系列措施，某公司對(duì)爐渣選礦系統(tǒng)生產(chǎn)水做到了循環(huán)使用，不僅避免了環(huán)境污染，也減少了污水處理的費(fèi)用和新水的用量，節(jié)約了生產(chǎn)成本，達(dá)到了節(jié)能、降耗、減排的目的。但是，由于緩冷蒸發(fā)及精尾礦水分的帶出，為滿足水量平衡需要，系統(tǒng)仍需補(bǔ)充新水1 600 m3/d，為進(jìn)一步挖掘系統(tǒng)潛力，下一步將對(duì)全廠初期雨水及冶煉系統(tǒng)的廢水進(jìn)行綜合考慮、合理利用，以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。