СПОСОБ СГУЩЕНИЯ САПОНИТОВОЙ СУСПЕНЗИИ Российский патент 2012 года по МПК C02F1/52 C02F103/10 

Изобретение относится к способам, используемым в области горно-рудной промышленности при процессах обогащения алмазоносных кимберлитовых пород для получения оборотной воды, свободной от суспензии глинистых материалов, преимущественно сапонита, путем сгущения суспензии.

Особенностью кимберлитовых трубок алмазоносного месторождения имени М.В.Ломоносова в Архангельской области РФ является преобладание в них сапонита, отличающегося высокой степенью физико-химической активности, который в водной среде самостоятельно диспергируется и стабилизируется, образуя тонкодисперсную, гелеобразную и неконсолидирующуюся суспензию с низкой плотностью образующегося осадка. Сгущение сапонитовой суспензии предопределяет получение оборотной воды, т.е. воды, повторно подаваемой для обогащения алмазоносной породы.

Известен способ сгущения сапонитовой суспензии путем ее замораживания и последующего оттаивания, приводящего к разрушению диффузного слоя минеральных частиц, их агрегации и возникновению ближних коагуляционных связей с образованием осадка и с его последующей дегидратацией и консолидацией (Автореферат дисс. на соискание уч. ст. канд. геолого-минерал. наук "Условия накопления сапонитосодержащих осадков и технология их сгущения в хвостохранилище месторождения алмазов им. М.В.Ломоносова" Карпенко Ф.С., Учреждение РАН Ин-т геоэкологии им. Б.М.Сергеева РАН, М., 2009 г.).

Способ носит временный, обратимый характер, требует значительного землеотвода и больших материальных затрат на обустройство и организацию работ.

Известен способ коагуляции, применяемый для очистки жидкости от взвешенных частиц путем их сгущения с помощью коагулянтов. При этом коагуляция имеет своей целью дестабилизировать дисперсную систему и способствовать соединению и слипанию частиц под действием молекулярных сил сцепления, чтобы получить в конечном итоге выпадающий из суспензии осадок. Дестабилизация коллоидов осуществляется посредством добавления коагулянтов, например солей алюминия и железа. В результате гидролиза солей в растворе образуются многозарядные ионы металлов, которые уменьшают силы отталкивания между коллоидными частицами. После нейтрализации сил отталкивания любое легкое перемешивание раствора приводит к сталкиванию частиц, и силы притяжения заставляют частицы слипаться друг с другом, что приводит к образованию крупных агломератов, удаляемых отстаиванием или фильтрацией (М.Хаммер "Технология обработки природных и сточных вод", Стройиздат, 1979, с.18-20).

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ сгущения суспензии методом отстаивания, при котором происходит отделение частиц водной суспензии под действием силы тяжести. Скорость оседания частиц зависит от их размера, плотности и от вязкости среды (БСЭ, 2-е изд., т.31, с.438 - прототип).

Основным недостатком известного способа является длительность процесса отстаивания суспензий таких мелких частиц, как частицы сапонита, что может привести к отрицательным последствиям при разработке алмазоносных месторождений.

Химическая формула молекулы сапонита NaMg₃[AlSi₃O₁₀](OH)₂·4H₂O, в виде примесей в нее входит Fe, а также Cr, Ni, Сu, Li, в качестве изоморфной примеси в состав входит Ca.

Особенностью сапонита, отрицательно влияющей на способность молекул частиц его водной суспензии к присоединению коагулянта или молекулы другой частицы, является большое содержание в составе сапонитовых глин магния (5-8%), а также кальция (3-5%), благодаря чему сапонитовые глины обладают большой гигроскопичностью. Атомы магния и кальция, входящие в состав молекулы сапонита, имеют ненасыщенные связи, присоединяющие к молекуле сапонита молекулы воды, в связи с чем молекула сапонита становится нейтральной, т.е. неспособной соединяться с молекулой коагулянта или молекулой другой частицы сапонита и выпадать в осадок достаточно быстро.

Большое количество магния и кальция повышает структурную вязкость сапонитовой суспензии, препятствуя коагуляции ее частиц, что не позволяет достигнуть значительной скорости сгущения сапонитовой суспензии, а следовательно, и большой скорости образования оборотной воды, что требует вовлечения в технологический процесс дополнительного количества свежей воды.

Кроме того, низкая скорость сгущения сапонитовой суспензии может привести к переполнению хранилищ сапонитовой пульпы, загрязнению близлежащих естественных водоемов и приостановке работ по добыче алмазов.

Технической задачей изобретения является создание нового способа, при котором повышается скорость сгущения сапонитовой суспензии.

Техническая задача решается при реализации способа сгущения сапонитовой суспензии путем оседания ее частиц для последующего отделения образующегося осадка, в котором, согласно изобретению, в суспензию под давлением до 2 кгс/см² вводят углекислый газ в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка.

В таком способе после введения в сапонитовую суспензию углекислого газа возможна обработка ее коагулянтом, преимущественно сернокислым алюминием.

При практическом использовании способа количество углекислого газа следует применять с учетом величины давления подаваемого газа и концентрации суспензии.

Введение в сапонитовую суспензию под давлением до 2 кгс/см² углекислого газа в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка разрушает структуру молекул в сгущаемой суспензии, выделяя в раствор карбонаты магния и кальция и образуя вакансии на освободившиеся места атомов магния и кальция в молекуле сапонита, замещаемые ионами водорода или металлов с ненасыщенными молекулярными связями, к которым присоединяются молекулы других частиц сапонита, образуя осаждающиеся с высокой скоростью агломераты. Это позволяет сгущать сапонитовую суспензию на больших площадях хранилищ сапонитовой пульпы с высокой производительностью, полностью удовлетворяя потребность обогатительной фабрики в оборотной воде.

Возможная обработка сапонитовой суспензии коагулянтом, преимущественно сернокислым алюминием, после введения в суспензию углекислого газа может значительно увеличить скорость сгущения сапонитовой суспензии, а следовательно, еще больше увеличить производительность обогатительной фабрики.

Образцы раствора сапонитовой глины Архангельского алмазоносного месторождения были исследованы в лаборатории кафедры водоснабжения Санкт-Петербургского Государственного Архитектурно-Строительного Университета для оценки возможности седиментации и фильтрации.

Пример 1.

Представлен образец в объеме 1 литра. Раствор имеет красно-коричневый цвет с концентрацией сапонитовой суспензии 180 г/л. Возможность осаждения проверялась по общепринятой методике в мерных цилиндрах с применением коагулянта (сернокислый алюминий и ВПК-420). В течение 3-х часов осаждение практически не происходило.

Пример 2.

Представлены два образца раствора с концентрацией сапонитовой суспензии 460 г/л объемом по 900 мл. Один из образцов был обработан пропусканием через него под давлением 1,5 кгс/см² углекислого газа в количестве 250 г на 1 кг сухого осадка. Сгущение сапонитовой суспензии осуществлялось в 2-х пористых стаканах производства ООО "Калан" (изделие ЭФВП-Ст - 100×110-200). В каждый из стаканов было влито по 870 мл раствора, В результате через 1 сутки из стакана с раствором, необработанным углекислым газом, выделено 50 мл воды, а из стакана с раствором, обработанным углекислым газом, выделено 175 мл воды.

Представленные примеры позволяют сделать вывод, что обработанный углекислым газом раствор сапонитовой суспензии приобретает свойство более быстрого сгущения.

Таким образом, введение углекислого газа в сапонитовую суспензию под давлением до 2 кгс/см² в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка увеличивает скорость ее сгущения при отстаивании, определяя преимущество заявляемого способа над прототипом.

Изобретение может быть использовано в горно-рудной промышленности при процессах обогащения алмазоносных кимберлитовых пород для получения оборотной воды, свободной от суспензии глинистых материалов, преимущественно сапонита. В сапонитовую суспензию вводят под давлением до 2 кгс/см² углекислый газ в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка, затем обрабатывают коагулянтом, преимущественно сернокислым алюминием. Повышаются скорость сгущения сапонитовой суспензии и производительность обогатительной фабрики. 1 з.п. ф-лы

1. Способ сгущения сапонитовой суспензии путем оседания ее частиц для последующего отделения образующегося осадка, отличающийся тем, что в суспензию под давлением до 2 кгс/см² вводят углекислый газ в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка.

2. Способ сгущения сапонитовой суспензии по п.1, отличающийся тем, что после введения углекислого газа сапонитовую суспензию обрабатывают коагулянтом, преимущественно сернокислым алюминием.