铁矿选矿废水回用：絮凝沉淀与膜分离协同技术体系

一、行业背景与废水特性

全球铁矿石年产量超25亿吨，我国贡献占比超50%。铁矿选矿过程产生大量高浓度废水：

高悬浮物：SS 2000 - 10000mg/L（含铁矿物、脉石颗粒）

高浊度：500 - 5000NTU（铁矿物胶体导致）

重金属：含Fe³⁺（100 - 500mg/L）、Mn²⁺（10 - 50mg/L）

pH波动：7.5 - 11.5（石灰中和导致）

水质复杂性：含浮选药剂（5 - 50mg/L）、油类（1 - 10mg/L）

传统处理技术瓶颈：

悬浮物去除不彻底（SS残留>100mg/L）

浊度降低有限（处理后>20NTU）

重金属去除率低（Fe³⁺残留>5mg/L）

膜污染严重（清洗周期<15天）

回用水质不稳定（波动影响选矿指标）

二、絮凝沉淀与膜分离协同技术

（一）高效絮凝沉淀系统

构建"多元絮凝剂复配 - 梯级沉淀 - 深度处理"工艺链：

复配絮凝剂：

无机 - 有机复合絮凝剂（聚合硫酸铁 + 改性聚丙烯酰胺）

最佳配比Fe³⁺:PAM = 100:0.5（质量比）

絮体形成速度提升3倍（沉降时间<10分钟）

梯级沉淀：

一级沉淀池（去除>50% SS，停留时间2小时）

二级斜管沉淀（去除80%剩余SS，表面负荷1.5m³/(m²·h)）

三级澄清池（深度去除微细颗粒，出水SS<50mg/L）

深度处理：

磁分离技术（回收磁性铁矿物，SS<10mg/L）

电絮凝辅助（降低COD至<50mg/L）

在鞍钢集团某选矿厂应用：

絮凝剂单耗从3kg/kt降至1.2kg/kt

沉淀池出水SS<30mg/L（传统工艺100 - 200mg/L）

年减少污泥产量15万吨（含水率80%）

（二）膜分离与回用系统

开发"超滤 - 纳滤 - 反渗透"分级处理链：

超滤（UF）：

聚偏氟乙烯（PVDF）膜（截留分子量100kDa）

运行压力0.1 - 0.2MPa

去除90%以上胶体与微细颗粒（出水SS<1mg/L）

纳滤（NF）：

复合纳滤膜（截留分子量200 - 300Da）

分离二价离子（Mg²⁺、Ca²⁺）与一价离子（Na⁺、K⁺）

回收率≥85%

反渗透（RO）：

芳香聚酰胺复合膜（脱盐率≥99%）

产水水质满足选矿回用要求（电导率<100μS/cm）

浓水排放量减少50%

在河北钢铁集团某选矿厂：

膜系统连续运行周期≥6个月（传统3 - 6个月）

回用水水质悬浮物<1mg/L，浊度<1NTU

系统水回用率≥80%（年节水500万吨）

三、系统集成与智能控制

（一）数字化废水处理平台

开发"在线监测 - 动态优化 - 故障预测"系统：

实时监测：

在线传感器（SS、浊度、pH、电导率、COD）

高频数据采集（每分钟1次）

智能调控：

机器学习模型优化药剂投加量（准确率≥90%）

动态调节膜清洗周期（基于污染指数SDI）

预测维护：

数字孪生模型预测膜污染趋势（准确率≥95%）

自动化清洗系统（响应时间<5分钟）

在宝武集团某选矿基地：

处理成本降低20%（年省300万元）

人工干预减少70%

系统稳定性提升至99.5%

（二）过程优化与资源回收

构建"絮凝剂精准投加 - 膜污染控制 - 副产品回收"网络：

絮凝剂优化：

基于浊度实时反馈的自适应投加

减少药剂浪费30%

膜污染防控：

电化学清洗（恢复通量≥95%）

在线超声辅助清洗（减少化学清洗频率）

副产品回收：

沉淀铁矿物再选（回收率≥70%）

浓缩液金属提取（如磁铁矿、赤铁矿）

在太钢集团某选矿厂：

年减少絮凝剂用量200吨

膜通量衰减率从15%/月降至5%/月

回收铁矿物价值800万元/年

四、典型工程案例解析

鞍钢集团弓长岭选矿厂（日处理50000吨）：

工艺配置：

絮凝沉淀系统（30000m³/h）

膜处理装置（10000m³/h）

智能控制系统（全覆盖）

运行指标：

项目 传统工艺 本系统

SS去除率(%) 80 98

浊度(NTU) 50 0.5

回用水量(m³/d) 20000 40000

经济效益：

年节水1800万吨

减少药剂成本500万元

综合效益2000万元/年

五、技术发展趋势与挑战

当前研究重点：

✅ 新型绿色絮凝剂开发（生物基、可降解）

✅ 抗污染膜材料创新（纳米涂层、仿生结构）

✅ 数字孪生与AI全流程优化控制

面临挑战：

复杂矿质废水适应性（多金属、多药剂）

膜系统长期稳定性（>5年）

系统全生命周期成本优化

六、实施路径与政策支持

企业分阶段部署策略：

基础改造期（0 - 1.5年）：

安装絮凝沉淀与膜处理系统

建立在线监测网络

优化升级期（1.5 - 3年）：

集成智能控制与资源回收

开发工艺优化模型

智慧运营期（3年后）：

实现废水处理全自动化

达成资源回收最大化

政策支持方向：

将水回用率纳入铁矿企业环保考核

提供膜设备研发专项补贴

建立铁矿废水处理技术标准

铁矿选矿废水回用技术正从"达标排放"向"资源循环 - 零排放"转型，该协同技术体系为行业绿色高质量发展提供了创新路径。