加拿大Thompson镍矿矿山废水/尾砂作用环境地球化学模拟研究

【摘要】加拿大镍矿为变质热液镍矿床，矿石矿物主要为镍黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿，伴生黄铁矿、黄铁矿和四方晶系黄铁矿。采矿和冶炼过程中产生大量的废水和尾矿，废水主要包括电解镍过程中产生的电解废水(RW)、矿山排水(MW)和冲洗水(SW)。电解镍过程中产生的电解废水(RW)镍含量高达50.3ppm。矿山废水处理工艺流程为：首先用矿山排水(MW)和冲洗水(SW)稀释电解废水(RW)，降低废水中的总镍含量，然后在稀释后的废水中加入石灰，进一步降低总镍含量(第一阶段)；最后将反应后的溶液(SEW)储存于废水池，加入石灰使废水总镍含量达到排放标准(第二阶段)。本文研究如何利用水文地球化学模拟软件模拟镍电解过程中产生的酸性废水的处理过程。本文分为两部分：第一部分简要阐述了水/岩相互作用的水文地球化学模拟原理和方法，包括用于分析水溶液中组分存在形态和分布的水溶组分平衡分布计算原理、用于确定矿物在水中溶解/沉淀状态的饱和指数计算方法；第二部分是对三种废水源RW、MW、SW的混合比例以及第一阶段反应后溶液（SEW）中C、Ca、S、Ni、As五种元素主要形态分布进行应用研究，计算两阶段适宜的石灰加入量，并计算生成的沉淀矿物量。

模拟最终结果表明，三种废水源混合比例为RW:MW:SW=16%∶10%∶74%，混合液中Ni含量（MS）为14.2ppm；第一级反应后矿物沉淀总量为/L，石灰加入量为0.40g/L，沉淀矿物有9种，分别是：方解石、白云石、氟磷灰石、赤铁矿、菱锶矿、砷酸钡、一水硬铝石以及两种Ni矿物：氢氧化镍和硅酸盐镍，本次反应后溶液中Ni含量为3.7ppm；第二阶段反应后矿物沉淀总量为16.2g/L，石灰加入量为1.80g/L，沉淀矿物有16种，分别是：方解石、辉铜矿、透辉石、方铅矿、赤铁矿、氟磷灰石、云母、浊积岩、镍硅酸盐、葡萄石、羟基锰矿、石英、菱锰矿、硒、透闪石和沥青闪石，本次反应后溶液中Ni含量为0.5ppm。整个研究表明：含镍废水处理过程中废水/尾矿地球化学模拟可以定量分析废水处理过程中元素的迁移转化，为今后其他矿山污染治理提供借鉴。同时，如果要更全面、准确地预测水/岩相互作用过程中物质的迁移转化，还必须考虑反应动力学的问题。