谈谈选矿厂给排水设计中几个问题
摘要：对选矿厂给水系统设计中水量的平衡、生产废水的处理方法、污泥处理方法、循环水池的设置原则及循环水泵站的改进等问题进行了探讨, 为合理设计提供了依据。
关键词：选矿厂 水量平衡 生产废水 污泥处理 高位水池 循环水泵站
选矿厂一般为湿式作业，以水为介质分离矿石和尾矿，水的消耗量很大，大约每吨入选原矿的耗水指标达5～ 15 m3，因此，给排水系统的设计对于选矿厂的建设至关重要，它不但直接影响选别效果和经济效益，也与环保密切相关。现结合本人在选矿厂设计过程中的一些经验与体会谈谈选矿厂给排水设计中几个共同关心的问题。
1 关于水量平衡
随着资源的开发和工业的发展, 环境保护问题日益严峻, 水资源的保护和控制更成为世界性的突出问题, 我国的环境保护法和水污染防治法, 对水资源的保护和水污染的控制提出了更加严格的要求。《污水综合排放标准》(GB8978-96)中规定：选矿厂水的循环率≥90% , 排放水的悬浮物含量：一级标准≤70 m g/L，二级标准≤300 m g/L , 且将对污水排放量及污染物总量进行限制。因而, 对选矿厂的给排水设计和管理提出了更高的要求。为此, 在拟定给排水系统和水量平衡时,就应以充分利用循环水(回水)和减少排放为主导思想。
在选矿厂采取厂内浓缩的小循环方式用于选别作业, 一般都可以满足水的循环率和污水排放水质要求; 在厂地较充足的选矿厂可以采取厂外设尾矿库的大循环方式，亦能取得合格回水, 也可以实现较高的水循环率和污水合格排放的目标。现在，我们在大部分选矿厂采取前者。有些厂矿尾矿水澄清性能很差, 采取添加适当助凝剂促使其澄清, 也能满足回水和排放要求。目前, 国内相当数量管理良好的选矿厂已达到上述要求, 大多数选矿厂也具备了完善的条件。本人认为采用小循环时，在雨水较充裕的地区，如能把雨水收集起来用于补充循环水不足并替代生产新水;采用大循环时当尾矿库澄清条件良好且有地面径流补给时, 利用回水补充循环水不足并替代生产新水，可以减少新水的补给，甚至可以实现生产新水的零补给，当管理进一步完善时, 也可以实现生产废水的零排放。
选矿工艺为确保选别指标或担心堵塞设备给水口, 有时要求在选别作业尤其是精选段采用新水, 从而使水量平衡的编制产生困难, 循环水不能充分利用，新水消耗量增加, 水循环率无法达到指标，溢流水大量排放。实际上, 这种问题是可以采取措施排除的。
选矿厂循环水由于存在着溢流排放的可能，故循环水悬浮物的控制不仅要满足选别作业使用标准，还要从环保角度考虑以排放水体的标准进行控制。如以300 m g/L为处理标准，水中悬浮物的数量级为万分之三，而选别指标品位的精度为百分之几或千分之几，加之残留于精矿中的循环水是极少的, 故循环水悬浮物对选别指标产生的影响可以忽略。有资料记载：采用悬浮物为2000 m g/L的循环水进行生产性试验考核, 选别指标与使用新水无明显改变，足见影响甚微。但是，水中的大颗粒悬浮物和漂浮物应当清除，以避免对弱磁选机的多孔卸料给水管和强磁机的筛板造成堵塞。故当采用无过滤处理的生产新水和循环水作为给水水源时，应当在给水主管上增设过滤器以清除大粒径物质。
在选矿厂的实际生产中常常会出现设备实际给、排水量与设计的相差甚远;主要原因在于编制选别矿浆流程和水量平衡的过程时，未仔细考查选别设备的实际受水能力和排水能力，或者是操作上的失误，使水量平衡不能按预定指标实现，尤其在试生产阶段容易发生此类问题。在实际生产中, 可能会出现选别设备给水能力不足，达不到预定的作业浓度或卸料水量不足等情况，原因在于选别设备是按某种定型工况生产的系列产品，在一般给水压力下，给水的水量和排出的浆量可变范围较小，不经调节或不经改造，给排水流量与矿浆流程指标不能吻合，以致出现选别作业要求的给水量大大高于实际可能给入量的矛盾，造成给水管管口卡壳;反之，如控制不当，给水量过大，作业浓度降低，也会影响选别指标和水量的平衡。本人认为，选矿工艺和给排水设计应密切配合，校验工艺设备的给排水能力，同时在生产操作时，应按预定的作业浓度调节给水阀门。给排水设计时在设备给水管上增设流量计，以监控给水量，可以收到较好的效果。
2 选矿厂生产废水的处理
选矿厂生产废水水质以挟带悬浮物或部分药剂为主要特征，其中悬浮物主要为矿粉和脉石废渣等无机固体物，采取重力分离处理方法一般可以满足回用和排放要求, 故在一般选矿厂多利用尾矿浓缩池处理废水, 既解决了尾矿浓缩和节能输送的目的, 又解决了废水(含尾矿水)的回收利用的需要, 普遍选用普通浓缩池, 实践证明这是合理可行的。对于某些选矿厂尾矿水澄清性能很差，还需要采用高效浓缩机、加药浓缩或送尾矿库澄清方法处理，必须慎重决策。本人认为采取加药处理尾矿和废水决非良策，因为选矿厂的尾矿和废水混合液的浓度相对较高，且波动较大，固相物的表比面积大，药剂消耗量大且不易掌握随机变化的用药量，过多或过少的药剂对悬浮物的凝聚和絮凝都不利;还需增设药剂制备、投加和混合反应设施，人力物力消耗增加, 运行成本和基建投资均大幅提高;故条件允许时，不如扩大浓缩池澄清面积采取自然澄清浓缩为宜。当用地无法解决或颗粒集合沉降速度过慢，低于0. 2～ 0. 3 m/h 时，才适宜考虑加药澄清或放弃浓缩处理方案。
当然，选矿生产废水的具体处理方案，应经试验获取可靠资料，通过技术经济比较确定。
采用尾矿浓缩池处理尾矿和生产废水的做法虽已沿用了多年，以前废水的收集一般限于选矿主厂房和脱水库，随着水的循环率和废水排放要求的提高，本人认为可将各车间的除尘废水、冲洗废水以及厂区溢流废水收集一并纳入尾矿浓缩池中处理回用;并将设备冷却的较干净回水收集后送入循环水池加以复用。
3 污泥处理
浓缩池处理尾矿时所产生的污泥，一般是含有大量水分的粒状或絮状物质的疏松结构，体积较大，因此在污泥处理时主要是要降低其含水率。
目前，我们设计污泥处理的方法，一般有自然干化，机械脱水等方法。
利用自然干化场使污泥自然干化是污泥脱水中最经济的方法，他是用于气候比较干燥，占地不紧张，以及环境条件允许的地区。
机械脱水与自然干化相比较，其特点是脱水效果好，效率高，不受气候影响，占地面积小;适合目前选矿一般厂占地比较紧张，环境要求高的使用条件，被广泛采用。
常用的脱水机械有真空过滤脱水机、离心脱水机、带式压滤机和板筐式压滤机。这些机械脱水设备各有其不同的适用条件，选择时应根据处理规模、运行费用、运行经验、污泥出路等方面的实际情况经比较后选择确定。
尾矿污泥经机械脱水后形成的泥饼的处理是选矿厂生产废水处理的继续。常见一些选矿厂泥饼出来后不加处理，堆积如山，经晒干后，一有大风吹来，沙尘飞舞，环境极差。其实尾矿泥饼可用来制砖，做建筑材料的掺合料，做井下充填料得胶结材料等。只是目前实际利用的效果不是很好，所以泥饼的利用可以作为一个课题做一些深入的研究。
4 高位水池(箱、塔)的设置
循环水系统是否要设高位水池(或水塔)，应当通过对循环水系统用水户情况及循环水加压设施配置情况的具体分析，才可能有个正确的决策。循环水系统供给对象一般为选别作业用水，给水量比较稳定，当选矿厂供电安全可靠，循环水泵的工作台数与选矿系列一致时，且可不设循环水高位水池，设备用水由水泵直供;选别系列多于循环水泵工作台数、循环水泵采取按流量调速运行操作时，也可以不设高位水池;高位水池的设置不但增加投资，且因循环水水质系非净水类，在高位水池中产生沉积，清理工作将非常麻烦，尽可能省去这个环节是有益的。当选矿系列较多，而循环水泵无调速装置，设立高位水池有利于节省电耗，但高位水池容积宜小不宜大。在某些选矿厂，选别作业中某些设备对水压水量要求比较严格，设立专用高位水池稳压也是必要的;例如我们通常在设屋顶水箱为水力分机提供稳压水;设水塔为受阻沉降机提供稳压水。此外，某些厂矿循环水系统担负冲洗水任务，设高位水池存一次冲洗水量也是一种选择，不过更合理的方式是在循环水泵房设置专用冲洗加压泵，冲洗用水存于循环水池而不是高位水池中。
5 改善循环水泵站工况的建议
5. 1 安装调速装置
循环水系统担负着选矿厂主要设备用水的供给，输送水流量较大，电耗较高，如何减少循环水系统不必消耗的电力，是应引以重视的一个问题。特别当选别系列较多，而循环水泵工作台数较少时，一但系列变化循环水泵往往不是在高效率区间工作。为此，建议循环水泵配置调速装置，根据生产系列的变化，调节环水泵的转速，使送出流量满足循环水量要求，并使水泵在高效区间工作，尽量避免采取调节闸阀消耗能量，同时不致因选别系列的变化，而引起工作系列水量水压的波动。调速设备可采用变频调速、液力偶合器调速和可控硅串级调速等，调速控制可依循环水泵压出管上的流量计读数为控制参数。应尽可能设计成在正常运行时，不论安装了几台循环水工作泵，只需其中一台泵调速运行，以节省调速设施投资。
5. 2 循环水池的设计
选矿厂循环水池的容积如何确定，有关规范和手册均未做出明确规定和给出计算方法。如参照一般给排水泵站吸水井确定的方法，其有效容积仅为最大一台水泵5 m in 流量，则吸水池容积往往偏小，在投产时或停泵再启动后出现循环水池抽空断水情况，依靠新水来补水远不能满足要求，从而使生产运行无法维持。选矿厂循环水系统的特点是流量大，流程远，在一般无高位贮水池时，系统调节能力全依赖于循环水池。本人认为，正确的确定吸水池容积，应掌握循环水加压进入选别作业再返回环水池所经历的流程和设施，测算流程系统的总容量，估计系统中各种设备容器从空到充水溢流可能经历的时间和流量，依此确定吸水池容积。循环水送入系统后水池接近低水位时返回的循环水已进入吸水池补水，不致造成抽空断水，且当选别系列减少时，系统中多余循环水可存于吸水池中，而不致造成过多溢流排放。可见系统容量的不同循环水池的容积亦不相同。现在，我院的常规做法是参照玻璃厂的经验，循环水池的容积一般取30分钟～2小时的系统循环水量，具体大小根据场地情况确定，实际使用效果不错。此外，考虑到环水挟带少量悬浮物的特征，循环水池应定期清理，为了使清理期循环水系统正常供水，建议循环水池至少分为两格，底部加连通阀门，正常生产时连通阀门打开，清理期间关闭连通阀门，分格进行清理，并维持环水系统正常运行。
5 结 语
给排水设施设计的合理性、操作性、适应性和可靠性是选矿厂维持正常和高效生产的重要前提，也是环境保护和水污染防治的基本要求;所以，设计人员在设计时应综合考虑技术、工程投资等各方面的因素，通过经济技术比较，确定安全可靠的方案，选用质优、价廉的给排水设备，为厂方提优质的设计。当然，给排水系统的科学管理和严密监控是实施上述要求的根本保证。设计和生产管理的协调配合才是促进生产技术不断完善、不断发展的有力保证。
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