СПОСОБ ОЧИСТКИ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ОТ САПОНИТСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА И ПЕСКА Российский патент 2022 года по МПК C02F1/52 C01B33/26 B01D21/01 C02F101/10 C02F103/10 

Заявленное изобретение относится к способам, которые используются в области горнодобывающей промышленности при процессах обогащения алмазоносных кимберлитовых пород для осветления оборотной воды, тем самым получения воды, свободной от суспензии глинистых материалов, преимущественно сапонита, используемой для сброса отхода горнодобывающей промышленности в хвостохранилище.

Известен способ сгущения сапонитовой суспензии (патент РФ № 2448052, опубл. 20.04.2012), путем оседания сапонитовых частиц для последующего отделения образующегося осадка, с последующей обработкой углекислым газом под давлением до 2 кгс/см². Углекислый газ вводят в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка.

Недостатком способа является большой расход углекислого газа, который не отвечает стехиометрическим соотношениям реакции и уже по этим показателям данный способ является экономически не выгодным и кроме того избыточная обработка карбонатов кальция и магния повышает их растворимость и общую минерализацию воды.

Известен способ сгущения суспензии методом отстаивания (Невзоров А.Л., Коршунов А.А. Исследование свойств хвостовых отложений как источника техногенной нагрузки на окружающую среду. «Лесной журнал». 2007. №4, стр. 140-144). По этому способу отделение частиц водной суспензии происходит под действием силы тяжести. В результате лабораторно экспериментальных опытов было выявлено, что процесс седиментации происходит очень медленно, через 50 суток процесс осаждения не прекратился, донные отложения находятся в воде во взвешенном состоянии. В естественных условиях, когда надводные потоки гидросмеси падают в пруд-отстойник, вызывая вовлечение седиментирующих отложений, процесс осаждения твердой фракции хвостов происходит еще медленнее, процесс седиментации заканчивается через 1,5 года. Скорость оседания частиц зависит от их размера, плотности и от вязкости среды.

Недостатком данного способа является длительность процесса отстаивания суспензии с наличием таких мелкодисперсных частиц, как частицы сапонита, без ввода коагулянтов, имеющих свойство связывать частицы сапонита и увеличивать скорость отстаивания пульпы, процесс отстаивания может привести к увеличению занимаемых площадей, отведенных под хвостохранилище, а наличие в воде частиц сапонита во взвешенном состоянии ухудшит качество и увеличит расход оборотной воды для обогатительной фабрики.

Известен способ осаждения сапонитовой пульпы с применением кальцийалюмосиликатного реагента (патент RU 2675871). Способ осуществляется следующим образом. Сапонитовую пульпу разбавляют в стакане водой в соотношении 1:5 при комнатной температуре проводят процесс перемешивания в течение 5-7 минут. Из полученного таким образом раствора сапонит, в течение 120 минут осаждают методом коагуляции с введением кальцийалюмосиликатного реагента, в зависимости от консистенции пульпы (содержание взвешенных частиц варьирует в диапазоне 90 г/л класс крупности минерала -71 мкм), в количестве от 2 до 5 г. Осаждение сапонита происходит при комнатной температуре. Сапонит осаждается на дне стакана в виде суспензии, верхний слой чистой воды используется для промывки алмазоносной руды.

Недостатками способа являются длительность процесса и необходимость предварительного пятикратного разбавления пульпы.

Известен способ коагуляции, который применяется для очистки жидкости, представляющей водную дисперсную систему (Запольский А.К., Коган А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: свойства. Получение. Применение. - Л. Химия. 1987. - 208 с), состоящую из сапонитового глинистого минерала NaMg₃[AlSi₃O₁₀](OH)₂⋅4H₂O в высокой степени раздробленности (дисперсная фаза 20…40 мкм) взвешенных частиц. Процесс коагуляции, осуществляют путем введения в пульпу раствора сульфата (хлорида) алюминия, который имеет своей целью дестабилизировать дисперсную систему (дисперсионная среда- вода) и способствует соединению и слипанию сапонитового глинистого минерала NaMg₃[AlSi₃O₁₀](OH)₂⋅4H₂O, чтобы получить агрегацию частиц сапонит - гидрооксид алюминия.

Известен способ осаждения сапонитовой пульпы из растворов HCl и NaOH. (Тутыгин А.С., Айзенштадт М.А., Айзенштадт А.М., Махова Т.А. Влияние природы электролита на процесс коагуляции сапонитсодержащей суспензии. «Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология». 2012. № 5, cтр. 470-474). Способ осуществляется следующим образом. Исходную сапонитсодержащую суспензию разбавляли дистиллированной водой в соотношении 1/500. Предварительно готовили раствор HCl с концентрацией 1 моль/л. Отбирали 50 мл разбавленной суспензии и добавляли 0.25 мл одномолярного раствора HCl для получения концентрации 0.005 моль/л, тщательно перемешивали раствор барботированием воздуха в продолжении 30 с. Контроль за процессом седиментации твердой фазы осуществляли спектрофотометрически. В результате лабораторно экспериментальных опытов было выявлено, что процесс осветления оборотной воды в чаше хвостохранилища месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова подчиняется классическим законам электролитной коагуляции, причем в качестве противоионов необходимо использовать положительно заряженные частицы. Установлено, что для сапонитсодержащей суспензии коагулирующая сила иона H+ значительно выше Na+. Причем седиментация частиц в кислой среде значительно выше, чем в щелочной.

Основным недостатком этого и предыдущего способа является высокая подверженность сульфата алюминия гидролизу в водной среде (что делает не возможным получение воспроизводимых результатов и подбор точной рецептуры смеси) и коррозионная химическая активность гидроксида натрия и соляной кислоты по отношению к технологической аппаратуре, используемой для осадительных процессов (сапонита) осветления воды.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является выделение сапонитсодержащего материала из отходов горнодобывающей промышленности с использованием MgCl₂. (Тутыгин А.С., Айзенштадт А.М., Шинкарук А.А. Выделение сапонитсодержащего материала из отходов горнодобывающей промышленности. «Русский инженер». 2012. №2(33), стр. 74 - 75). По этому способу изучалось влияние вводимых в реакционную среду двухзарядных положительных противоионов на величину ζ-потенциала, агрегативную устойчивость частиц дисперсной фазы и степень осветления сапонитсодержащей суспензии. Для проведения экспериментов в качестве добавляемого электролита использовался раствор MgCl₂. В ходе проведенных исследований, было выявлено, что эффективное время действия электролита во всех сериях эксперимента составляет от 80 до 90 мин, при оптимальной концентрации электролита в суспензии 0,015 моль/л, также было установлено, что скорость седиментации в условиях самопроизвольного осаждения частиц твердой фазы исследуемой суспензии составила 2,95 см/час. При введении в суспензию MgCl₂ скорость седиментации частиц увеличивается до 10,91 см/час.

Существенным недостатком данного способа является осаждение в виде твердой фазы из суспензии совместно сапонитовой и песчаной фракции взвешенных частиц, при этом используется избыточное количество хлорида магния, так как объем его добавки в анализируемую пробу определяется исходя из определенной предварительно концентрации взвешенных веществ.

Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является получение очищенной воды (при рациональном введении объема хлорида магния) в соответствии с СанПиН 2.1.5.980-00 с вовлечением в процесс очистки всех технологических вод после процесса обогащения, что позволит организовать качественную систему водооборота, снижение экологической нагрузки на окружающую среду и попутное получение сапонита без содержания в твердой фазе полиминерального песка - ценного сырьевого материала в индустрии стройматериалов.

Технический результат достигается следующим образом: пробы пульпы отбирают с глубины хвостохранилища не ниже 1 м. В этом случае концентрация взвешенных веществ составляет от 300 г/л до 400 г/л. Пульпу разбавляют водой в соотношении 1:1, отстаивают в течение 30 мин, затем отбирают любым известным способом (в нашем случае, простым слитием) верхний слой, который представляет собой осветленную суспензию с сапонитом, в отдельную емкость, оставляя при этом песок на дне, затем добавляют в полученную суспензию магний хлористый шестиводный в 0,01 М растворе гидроксида натрия с концентрацией 0,15 моль/л в количестве 20 мл на 1000 мл исследуемой суспензии и фиксируют полученный эффект по истечении 120 мин, данный временной интервал связан с достижением необходимой концентрации взвешенных веществ в технологической воде, что в свою очередь является достаточным для качественного оборотного водоснабжения.

Способ осуществления заключается в следующем.

Пример 1

Образец исследуемой оборотной воды в количестве 500 мл с содержанием взвешенных веществ 300 г/л разбавили в соотношении 1:1 чистой водой. Затем после отстаивания в течение 30 мин., отобрали осветлённую суспензию с сапонитом 700 мл по объему в отдельную емкость. В полученную суспензию сапонита с концентрацией 72 г/л взвешенных веществ был добавлен магний хлористый шестиводный в 0,01 М растворе гидроксида натрия с концентрацией 0,15 моль/л в количестве 20 мл на 1000 мл исследуемой пробы, после интенсивного перемешивания в течение 5 минут наблюдали процесс осаждения. Через 120 мин объем чистой воды без взвесей составил 150 мл.

Пример 2

Образец исследуемой оборотной воды в количестве 500 мл с содержанием взвешенных веществ 400 г/л разбавили в соотношении 1:1 чистой водой. Затем после отстаивания в течение 30 мин., отобрали осветлённую суспензию с сапонитом 700 мл по объему в отдельную емкость. В полученную суспензию сапонита с концентрацией 80 г/л взвешенных веществ был добавлен магний хлористый шестиводный в 0,01 М растворе гидроксида натрия с концентрацией 0,15 моль/л в количестве 20 мл на 1000 мл исследуемой пробы, после интенсивного перемешивания в течение 5 минут наблюдали процесс осаждения. Через 120 мин объем чистой воды без взвесей составил 130 мл.

Изобретение может быть использовано в горнодобывающей промышленности в процессах обогащения алмазоносных кимберлитовых пород для осветления оборотной воды. Способ очистки воды от сапонитсодержащего материала и песка включает разбавление водой пробы пульпы, взятой с глубины хвостохранилища не ниже 1 м, с концентрацией взвешенных веществ от 300 до 400 г/л, в соотношении 1:1, отстаивание в течение 30 мин. Отбирают верхний слой, который представляет собой осветленную суспензию с сапонитом, в отдельную емкость, оставляя при этом песок на дне. В полученную суспензию добавляют магний хлористый шестиводный в 0,01 М растворе гидроксида натрия с концентрацией 0,15 моль/л в количестве 20 мл на 1000 мл суспензии, перемешивают в течение 5 мин и выдерживают в течение 120 мин. Изобретение позволяет обеспечить получение очищенной технологической воды после процесса обогащения, снизить экологическую нагрузку на окружающую среду и выделить сапонит - ценный сырьевой материал в индустрии стройматериалов. 2 пр.

Способ очистки воды от сапонитсодержащего материала и песка из отходов горнодобывающей промышленности, включающий разбавление пробы пульпы, взятой с глубины хвостохранилища не ниже 1 м, с концентрацией взвешенных веществ от 300 до 400 г/л, водой в соотношении 1:1, отстаивание в течение 30 мин, отбор верхнего слоя, который представляет собой осветленную суспензию с сапонитом, в отдельную емкость, оставляя при этом песок на дне, добавление в полученную суспензию магния хлористого шестиводного в 0,01 М растворе гидроксида натрия с концентрацией 0,15 моль/л в количестве 20 мл на 1000 мл суспензии, перемешивание в течение 5 мин и выдержку в течение 120 мин.