硫鐵礦酸性廢水治理工藝

　　硫鐵礦是一種豐富的礦產(chǎn)資源，主要是由地幔中的硫與地殼中的鐵及其他雜質(zhì)元素，如Al、Mn、Gu、Zn、Pb等在適宜的地球化學(xué)條件下，經(jīng)過成千上萬年的成礦演化形成的。所以硫鐵礦的主要成分是FeS2(黃鐵礦、白鐵礦)、FeS(磁黃鐵礦)，同時還含有Al、Mn、Gu、Zn、Pb等金屬元素。由于硫鐵礦的主要成分FeS2具有還原性，在空氣、水和細(xì)菌的作用下，會生成硫酸等酸性物質(zhì)，致使工程廢水呈酸性;同時，因礦石內(nèi)含有Gu、Zn、Pb等重金屬雜質(zhì)元素，致使廢水內(nèi)還含有重金屬。因此，酸性礦山廢水具有低pH，高重金屬濃度的特點，存在高環(huán)境污染隱患。

　　酸性礦山廢水若不經(jīng)治理、處置，往往會通過地表徑流和地下滲透等方式，對生態(tài)區(qū)系產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。隨著采礦業(yè)的發(fā)展，我國的酸性礦山廢水問題也日趨嚴(yán)重。本文結(jié)合酸性廢水的危害，形成原因，闡述了現(xiàn)狀酸性廢水處置的集中有效方式。

　　1、酸性廢水的成分及危害

　　酸性礦山廢水主要含有：金屬離子(Fe、Al、Mn、Cu、Pb、Cd、As等)、硫化物、氟化物、SS、COD等。類比相關(guān)礦山檢測資料，硫鐵礦酸性廢水成分如下表所示：

　　同時，根據(jù)統(tǒng)計，每產(chǎn)生1t硫精礦，要生產(chǎn)12t左右的酸性廢水。結(jié)合上表可知，硫鐵礦酸性廢水具有低pH值、高重金屬含量、產(chǎn)生量大的特征，存在高環(huán)境污染隱患。該廢水可通過地表徑流和地下滲透等形式，使得地表水和地下水酸化和鹽化，破壞土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使土地板結(jié)，農(nóng)作物枯黃，對生態(tài)區(qū)系產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。

　　由此可知，對硫鐵礦酸性廢水進(jìn)行有效防治是非常必要的。

　　2、酸性廢水的產(chǎn)生及原因

　　酸性廢水主要包含礦井涌水、廢石場淋溶廢水。它是由礦石中所含的硫化礦物經(jīng)過氧化、分解，最終溶解在水源中形成。其主要成因如下：

　　2.1 FeS2的氧化反應(yīng)

　　(1)在氧氣和水的環(huán)境中，硫鐵礦氧化生成硫酸和亞鐵離子;

　　(2)在酸性條件下，亞鐵離子進(jìn)一步被氧化，生成三價鐵離子;

　　(3)三價鐵離子水解生成氫氧化鐵，進(jìn)一步增強(qiáng)礦井水的酸性，同時使其呈現(xiàn)黃褐色;

　　(4)同時，三價鐵離子具有一定的氧化性，促進(jìn)了FeS2的氧化反應(yīng)。

　　2.2 微生物的催化，促進(jìn)氧化作用

　　硫桿菌、氧化鐵硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌、嗜熱嗜酸硫球菌、氧化鐵的金屬菌及硫磺細(xì)菌等，對硫酸和高價鐵離子的形成有促進(jìn)作用，在一定的pH和溫度范圍內(nèi)有較強(qiáng)的催化氧化活力，在常溫下能使硫鐵礦的氧化速率提高幾十倍。

　　2.3 飽和CO2溶液，增加溶液酸性

　　在采空區(qū)出水和巷道墻壁滲水中存在著飽和或超飽和形式的CO2，這些游離的氣體形成的酸度也不容忽視。但隨著水的流動，CO2將不斷逸出，酸度降低，pH升高，導(dǎo)致一些如A13+、Fe3+等金屬離子發(fā)生水解，如反應(yīng)(3)。據(jù)研究，由這些金屬硫酸鹽水解形成的酸度相當(dāng)大。

　　2.4 形成銅、鉛等硫酸鹽

　　另外，氧化形成的硫酸和硫酸高鐵溶液可將銅、鉛等金屬轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，從礦物中析出，如：

　　生成的單質(zhì)s在細(xì)菌的作用下發(fā)生反應(yīng)：

　　礦井水的酸性進(jìn)一步增強(qiáng)。

　　3、酸性廢水控制對策

　　目前，酸性廢水的處理方法主要有3種，包括：中和沉淀法、硫化沉淀法、高濃度泥漿法。分述如下：

　　3.1 中和沉淀法

　　中和沉淀法(LDS法)是目前國內(nèi)酸性礦井水處理最常用的方法。其原理是利用酸堿的中和反應(yīng)達(dá)到降低酸度、升高pH值的目的。同時，利用中和劑的某些組分與重金屬離子形成溶度積較小的氫氧化物或碳酸鹽沉淀。目前，礦山常用的中和劑主要為石灰石、石灰、石灰石-石灰聯(lián)用，常見的處理工藝有中和滾筒法、升流式膨脹過濾中和法、曝氣硫化床處理法等。此類方法可于一定pH條件下去除多種金屬離子，具有工藝簡單、可靠，處理成本低等特點。

　　3.2 硫化沉淀法

　　硫化沉淀法是利用硫化劑將廢水中的重金屬離子轉(zhuǎn)化為不溶或者難溶的硫化物。該方法較中和沉淀法而言，具有沉淀物溶度積小、沉渣含水率低，不易因反溶而造成二次污染的優(yōu)點。但硫化沉淀法產(chǎn)渣量少，硫化劑具有毒性，且易生成H2S氣體污染空氣;處理成本高。

　　3.3 高濃度泥漿法

　　高濃度泥漿法(HDS法)是將傳統(tǒng)中和沉淀法中稀疏底泥(一般固含量為1%~4%)回流，先與石灰乳液混合后再與廢水進(jìn)行反應(yīng)，沉淀后返回。通過底泥的多次循環(huán)往復(fù)，充分利用了底泥中堿性，有效降低石灰消耗量;循環(huán)往復(fù)過程，底泥中生成的硫酸鈣和氫氧化物等沉淀物出現(xiàn)晶體化、粗顆?；F(xiàn)象，易于底泥降解;同時，反應(yīng)器中保持較高的底泥濃度，底泥中的晶中物、顆粒物可為反應(yīng)物、結(jié)構(gòu)物提供附著、沉積的場所，可大大減少、延緩設(shè)備和管路的結(jié)垢，延長使用壽命，利于操作維護(hù)和實現(xiàn)自動化控制。

　　總體而言，礦山酸性廢水處理采用的工藝主要為石灰中和法、硫化物沉淀法等。石灰中和法對水質(zhì)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，工藝簡單、處理費用低而被廣泛應(yīng)用，但處理后出水濁度較高，污泥濃度低，僅有1%~2%，污泥量大，儲存處置難，易造成二次污染。硫化物沉淀法對重金屬處理更徹底，但藥劑成本高昂，僅適用于有價金屬回收，且出水中硫離子易超標(biāo)。高濃度泥漿法(HDS)是常規(guī)石灰法的發(fā)展，可有效克服常規(guī)石灰中和法結(jié)垢嚴(yán)重、污泥濃度低、出水水質(zhì)不穩(wěn)定的缺點。因此，高濃度泥漿法在諸多酸性廢水處理方式中，具有更好的環(huán)保性、適用性及經(jīng)濟(jì)性，有利于礦山工程生態(tài)污染的防控。

　　4、總結(jié)

　　硫鐵礦在開采、加工和消費過程中所產(chǎn)生的酸性廢水，存在生態(tài)環(huán)境污染隱患。為了利用好我國的礦產(chǎn)資源，走經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境同步的可持續(xù)發(fā)展之路，加強(qiáng)礦山的清潔生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)。采取有效的配套酸性廢水處置設(shè)施十分必要。(來源：四川省工業(yè)環(huán)境監(jiān)測研究院，四川省川工環(huán)院環(huán)?？萍加邢挢?zé)任公司)