关键词：铁矿 酸性 废水 工艺处理 污染整治 回收率
中国铁矿石大部分属于杂质含量高的复杂超细铁矿石。为了确保铁精矿品位和铁回收率，选择了大量的加工试剂并应用于铁矿石选矿。加工水中含有大量的残留加工剂，这种颜色深、气味浓的废水会造成污染，严重影响周边环境和当地人民的生活。在铁矿石浮选过程中，需要大量的 NaOH 来调节 pH 值，铁矿石废水的 pH 值大于 9，因此进行物理化学方法处理铁废水是相当困难的[1]。目前常用的处理浮选废水的方法有酸碱中和法、沉淀法、混凝沉淀法、化学氧化法、人工湿地法、离子交换法、吸附法和生物法，但这些单一方法不能完全消除废水污染。此外，该废水还可能产生二次污染。因此，本文研究了尾矿废水成分对赤铁矿浮选的影响，以评估其在浮选实践中回收工艺用水实用性。引入一种新型混凝剂CYH 对 HIMS 尾矿进行混凝，并通过 FTIR 光谱和Zeta 电位研究了 CYH 的混凝沉降机理。此外，采用次氯酸钠氧化废水中的有机药物残留物，并通过回收尾矿废水来评估废水处理的效果。
1 实验过程分析
1.1 材料及试剂
所有试验样品包括尾矿废水、高强度磁选尾矿和浮选样品均采自中国山西省某铁矿选矿厂。尾矿废水是从浮选尾矿水和磁选尾矿水混合后收集的，搅拌均匀后储存在塑料瓶中。废水质量数据如表 1 所示。
试验结果表明，尾矿废水呈黄褐色，悬浮固体（SS） 含量高于标准，Ca2+、Cl- 和 COD 浓度均超标。HIMS 尾矿浆浓度（质量分数）为 11.93%，主要矿物质为石英（62.54%）、角闪石（17.44%）、绿泥石（4.16%）、赤铁矿（4.75%）、蒙脱石（3.82%）、方解石（2.93%）和长石（4.36%）。浮选样品取自现场浮选样品，粉磨至 0.045 mm的比例为 95%以上，含 34.90%的镜铁矿和赤铁矿、8.70%的磁铁矿、0.20%的褐铁矿、39.40%的石英、11.40%的绿泥石和角闪石、4.90%的方解石和白云石[2]。本实验室合成了分子量为 8 万颗粒的混凝剂 （CYH），该混凝剂为技术级。分子量为 1 200 万的两性聚丙烯酰胺（PAM）是国家技术级别的。收集器命名为 RA- 混凝剂聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDADMAC），来自中国山西省某铁矿选矿厂，均为标准的技术等级。CaCl2 和 NaCl 分别作为 Ca2+ 和 Cl- 离子的来源。其他化学材料从外部市场购买，其纯度高于化学纯度等级。
1.2 混凝沉淀实验
每次使用 300 mL 的 HIMS 尾矿浆进行凝固对比试验。首先将所需量的 CYH 加入试纸浆中，搅拌均匀，然后将 PAM加入试纸浆中，再搅拌一段时间后，保持试样静置，记录上清液的高度，以作为静置时间的函数。
1.3 氧化沉淀实验
对铁尾矿废水进行氧化沉淀实验[3]。当废水被加热到理想的温度时，加入次氯酸钠（10%的可用氯）。将混合物搅拌一定时间后，加入 FeCl2，用 KI 淀粉纸检测反应过程，直到反应过程不变蓝为止。然后，用NaOH 溶液将 pH 值调整到 9~10。试管竖立数小时后，分离上清液，然后测定 PAM浓度、COD 值和 Ca2+含量[4]。
1.4 批次浮选试验
在体积为 0.5 L 的 XFD- 63 自曝气浮选机上进行小型浮选试验。脂肪酸（RA- 715）被用作捕收剂，以 NaOH 为 pH 调节剂，淀粉为抑制剂，CaO 为活化剂。浮选流程图如图 1 所示。
2 实验参数的设定
2.1 FTIR 光谱的应用
样品的红外光谱由 NicoletAVATAR370—FTIR光谱仪（美国）采用 KBr 圆盘技术记录。将用于此目的的石英样品在玛瑙研钵和研杵中研磨，使其可通过5 m 高度。当 pH 值为 9、温度为 25 ℃时，在没有或存在 100 mg/L 混凝剂的情况下，将 50 mg 样品与 30 mL蒸馏水混合[5]，搅拌 3 min、静置 4 h 后，将混合物中的固体产物过滤、漂洗三次，然后在真空烘箱中干燥，记录波数在 400~4 000 cm- 1 的红外吸收光谱。
2.2 Zeta 电位测量
使用美国 BrookhavenZetaPlus- Zeta 电位分析仪测量 HIMS尾矿样品的 Zeta 电位。用于此目的的样品需在玛瑙研钵和研杵中被磨成小于 5 m 的高度。将50mg样品加入 30mL水溶液中，加入 100mg/L的混凝剂，或不加也可，搅拌 10 min 后，用 HNO3 或NaOH 溶液调整pH值并测量。所有测量均在（c KNO）3 =0.1 mol/L的背景电解质溶液中进行。取搅拌悬浮液样品，以记录 Zeta 电位。所呈现的结果是 5 次独立测量的平均值，典型变化为±5 mV[6]。
3 结果和讨论
3.1 尾矿废水成分对浮选过程的影响
对工业废水进行的小型浮选研究表明，尾矿废水降低了浮选铁精矿品位和铁回收率。为了评价尾矿废水在浮选实践中回用的可行性，分别研究了PAM、PDADMAC、Ca2+、Cl- 离子对尾矿废水组成的影响。结果如图 2 所示。
由图 2 可知，PAM或 PDADMAC 浓度的增加降低了铁的浮选回收率。然而，铁品位几乎没有降低。 当 PAM质量浓度从 0 mg/L 提高到 3 mg/L，铁的回收率从 74.66%下降到 66.74%，当 PDADMAC 质量浓度从 0 提高到 30 mg/L 时，铁的回收率从 74.66%下降到64.63%。增加的 Ca2+ 离子浓度降低了铁品位，并显著提高了铁浮选回收率。当 Ca2+ 质量浓度从 0 mg/L增 加到 180 mg/L 时，铁的品位由 66.27%下降到64.42%，加入 360 mg/L 后，铁的品位急剧下降。然而，在存在许多 Ca2+ 离子的情况下，工艺水的回收率略有增加。随着 Cl- 剂量的增加，铁等级没有变化，回收率仅略有下降。
3.2 混凝沉淀实验
单因素试验结果表明，PAM、PDADMAC 和 Ca2+的存在降低了精矿的浮选铁回收率或品位。尾矿废水中 PAM、PDADMAC 等有机物的来源主要是混凝剂、絮凝剂，用于浓缩沉淀和废水处理的 PAM、PDADMAC 等浮选药剂，用于赤铁矿浮选的淀粉，及用于活性硅酸盐矿物浮选的 RA- 715 等。尾矿废水中钙的来源是矿石和浮选药剂，如用于活化 SiO2 和硅酸盐矿物的石灰。采用混凝沉淀法对元家村选矿厂 HIMS 尾矿、浮选精矿、浮选尾矿进行了浓缩，并对尾矿库废水进行了处理。为了降低悬浮固体、PAM和 PDADMAC 的含量，采用新型混凝剂 CYH 进行了混凝沉淀试验。针对目前元家村选矿厂 HIMS 尾矿浓度中混凝剂和絮凝剂用量最大的情况，以 HIMS尾矿浓度的混凝沉淀试验为代表，对 CHY 的性能进行了详细的研究。图 3 显示了 PDADMAC 或 CYH 用量对 PAM絮凝效果的影响。
PAM作絮凝剂的初始浓度为 26.88 g/t。从图 3 的结果表明，当混凝剂用量为 8.96 g/t 时，CYH 的沉降速度快于 PDADMAC，甚至快于 PDADMAC 剂量为17.92g/t 时的沉降速度。初始浓度为 8.96 g/t 的 CYH作为混凝剂，其上清液浊度低于PDADMAC，与初始浓度为17.92g/t的PDADMAC 混凝剂浊度相当。当 CYH的初始浓度从 8.96 g/t 增加到 17.92 g/t 时，沉降速率和浊度变化不大。 与 PDADMAC 相比，CYH 表现出优越的絮凝能力。在 8.96 g/t 初始浓度下，以 CYH 作为混凝剂，PAM的絮凝响应随初始浓度的变化情况如图 4 所示。从 图 4 可知，随着絮凝剂浓度的增加，沉降速率迅速增加。然而，PAM浓度的增加对液体上清液的浊度影响很小。
4 结论
1）对选矿厂尾矿废水进行了单因素试验，结果表明：PAM、PDADMAC 和 Ca2+ 离子降低了精矿的浮选铁回收率或品位。
2）通过 FTIR 光谱和 Zeta 电位分析证实，用CYH对 HIMS 尾矿进行混凝时，电位降低，硅酸盐矿物通过桥联形成絮凝体，悬浮物有效减少。
3）针对尾矿废水达不到回收标准的情况，通过氧化实验表明，在次氯酸钠用量为 1.0 g/L、反应温度为 20 ℃、反应时间为 30 min 的条件下，PAM浓度降低 90.48%，COD 浓度降低 83.97%，Ca2+ 浓度 降 低85.00%。对处理后的废水进行浮选试验表明，尾矿废水的铁回收率和精矿品位接近淡水。
原标题：铁矿中酸性废水的污染及治理研究
原作者：王秀田
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