Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение эффективности флотации медно-молибденовых руд на основе безреагентного регулирования ионного состава оборотных вод

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности флотации медно-молибденовых руд на основе безреагентного регулирования ионного состава оборотных вод"

На правах рукописи

ЭРДЭНЭТУЯА ОЧИР

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФЛОТАЦИИ МЕДНО-МОЛИБДЕНОВЫХ РУД НА ОСНОВЕ БЕЗРЕАГЕНТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ИОННОГО СОСТАВА

ОБОРОТНЫХ ВОД

Специальность: 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

2 0 н:сн 2013

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2013

005061938

Работа выполнена в Московском государственном горном университете (МГГУ)

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Пестряк Ирина Васильевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Игнаткина Владислава Анатольевна, профессор кафедры «Обогащение руд цветных и редких металлов» НИТУ «МИСиС»

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Двойченкова Галина Петровна, ведущий научный сотрудник ФГБУ «Институт проблем комплексного освоения недр» РАН

Ведущая организация федеральное государственное

унитарное предприятие «Государственный институт цветных металлов (ФГУП Гинцветмет)», г. Москва

Защита состоится 2 июля в 13 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.128.08 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан 31 мая 2013 г. Ученый секретарь

диссертационного совета, профессор, доктор технических наук

/^С^СЛ--Ш

ек Валерий Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Горно-обогатительные предприятия являются источником загрязнения окружающей среды, в первую очередь гидросферы. Поэтому применяемые в настоящее время технологии обогащения руд предполагают максимальное использование оборотного водоснабжения.

Важной задачей, решаемой при организации систем оборотного водоснабжения на горно-обогатительных предприятиях, является эффективное регулирование ионного состава оборотных вод. Особенно актуальна данная задача при вовлечении в схему водооборота стоков сложного химического состава, к которым относятся насыщенные ионами тяжелых металлов фильтраты складированных хвостов, а также стоки других потребителей водных ресурсов, в частности городских очистных сооружений. Направление загрязненных ионами тяжелых металлов и органических соединений стоков непосредственно в хвостохранилище ГОКа вызывает снижение качества товарных концентратов и извлечения ценных компонентов на 1,5-2%.

Известные способы очистки и кондиционирования сточных и оборотных вод обеспечивают снижение концентраций нежелательных с технологической и экологической точки зрения компонентов лишь с применением дорогостоящих реагентов или специальных физико-химических воздействий, что увеличивает затраты на обогащение. Наиболее экономичным способом регулирования ионного состава и повышения технологических свойств оборотных вод является применение химического связывания ионов тяжелых металлов и органических веществ в нерастворимые соединения, позволяющего снизить концентрации нежелательных веществ и извлекать содержащиеся в сточных водах ценные компоненты.

Важным условием достижения поставленной цели является правильное применение методов термодинамического моделирования химических процессов в жидкой фазе и установление их закономерностей, обеспечивающих научно обоснованный выбор наилучших условий кондиционирования оборотных вод.

Целью работы является установление закономерностей взаимодействия ионов тяжелых металлов с компонентами сточных вод и их использование для наиболее полного снижения в оборотных водах концентраций ионов тяжелых металлов и органических соединений, обеспечивающего повышение эффективности флотации медно-молибденовых руд и уменьшение загрязнения окружающей среды.

Идея работы заключается в выборе и поддержании режимов безреагентного кондиционирования оборотных вод, обеспечивающих условия для взаимного связывания в нерастворимые соединения поступающих с фильтратами хвостохранилища катионов тяжелых металлов и поступающих с хозяйственно -бытовыми стоками непредельных жирных кислот.

Методы исследований. Термодинамическое моделирование химических процессов, спектрофотометрический и химический анализ состава осадков, химический анализ состава жидкой фазе оборотных вод и флотационной пульпы, лабораторные и полупромышленные исследования процессов кондиционирования оборотных вод и селективной флотации медно-молибденовых руд, математическая обработка результатов экспериментов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Установлены предельно допустимые концентрации в оборотной воде ионов меди (0,4) мг/л) и непредельных жирных кислот ряда С^-Сгт (0,6 мг/л), превышение которых приводит к снижению показателей коллективной медно-молибденовой флотации за счет активации и флотации в коллективный концентрат сульфидов цинка и пирита, а также гидрофобизации и флотации кальциевых породообразующих минералов.

2. Разработаны и экспериментально подтверждены физико-химическая модель и закономерности взаимодействия ионно-молекулярных компонентов жидкой фазы оборотных вод, устанавливающие граничные условия связывания ионов меди в нерастворимые соединения содержащимися в сточных водах ионами угольной кислоты и непредельными жирными кислотами ряда С17-С21, и определен интервал рН среды (от 6,5 до 7,24), в котором обеспечивается максимально полное связывание в осадок ионов меди и жирных кислот при их соотношении от 1:1 до 3:1.

3. Разработан способ регулирования ионного состава оборотных вод, предполагающий смешивание фильтратов хвостохранилища с хозяйственно-бытовыми стоками и стоками шламоотвала энергоцеха, в пропорции 1:0,8:0,2, позволяющий поддерживать оптимальное значение рН среды в процессе кондиционирования в интервале от 7,1 до 7,3 и за счет эффективного образования солей меди с жирными кислотами снизить концентрации растворенной меди и технических жирных кислот соответственно до 0,65 и 0,95 мг/л.:

4. Обоснована схема и режим оборотного водоснабжения ГОКа «Эрдэнэт», предусматривающие направление в фильтрационный канал хвостохранилища хозяйственно-бытовых стоков и стоков шламоотвала энергоцеха, отстаивание и последующее объединенных стоков с осветленным сливом прудка хвостохранилища и направление общего потока в процессы измельчения и флотации, позволяющие снизить содержание ионов меди и непредельных жирных кислот до значений, соответствующим технологическим требованиям (0,25 и 0,4 мг/л), и увеличить извлечение меди и молибдена на 0,35 и 0,5%.

Новизна научных положений. Разработанная модель и установленные закономерности взаимодействия ионов меди с ионно-молекулярными компонентами оборотных вод впервые учитывают реакции взаимодействия с привносимыми со стоками городских очистных сооружений органическими соединениями ряда непредельных жирных кислот с длиной радикала С17-С21, обладающих

собирательными свойствами по отношению к кальциевым породообразующим минералам, что позволяет более точно определить условия эффективного регулирования ионного состава оборотных вод, предотвращающие извлечение в концентрат процесса коллективной флотации минералов, снижающих показатели обогащения медно-молибденовых руд.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: удовлетворительным соответствием состава твердой и жидкой фаз в операциях очистки и кондиционирования сточных вод расчетным значениям, полученным с использованием разработанной физико-химической модели; достижением наилучших показателей флотации при поддержании заданных значений параметров ионного состава жидкой фазы оборотной воды, соответствием результатов лабораторных и полупромышленных исследований процессов кондиционирования и флотации.

Научное значение работы заключается в разработке физико-химической модели и научном обосновании принципов регулирования процесса безреагентного кондиционирования ионно-молекулярного состава жидкой фазы оборотных вод, позволяющего за счет снижения концентраций ионов меди и непредельных жирных кислот ряда С17-С21 до технологически обоснованных значений, предотвратить активацию и флотацию породообразующих минералов и повысить показатели флотационного обогащения медно-молибденовых руд.

Практическое значение заключается в разработке схемы и режима безреагентного кондиционирования фильтратов хвостохранилища, хозяйственно-бытовых стоков и стоков шламоотвала энергоцеха, обеспечивающих уменьшение потерь меди и молибдена при обогащении медно-молибденовых руд и снижение загрязнения окружающей среды.

Реализация работы. Разработанная схема и режим совместного безреагентного кондиционирования фильтратов хвостохранилища, хозяйственно-бытовых стоков и стоков шламоотвала энергоцеха прошли промышленную апробацию с достижением высоких показателей флотации и включены в техническое задание на проект оборотного водоснабжения ГОКа «Эрдэнэт».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (МГГУ, 2011, 2013), на научно-технических конференциях: «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (УГГА, Екатеринбург, 2011, 2012); совещании «Плаксинские чтения» (Верхняя Пышма, 2011, Петрозаводск 2012), научных семинарах кафедры ОПИ МГГУ (2011-2013 ).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в восьми работах, в т.ч. три из которых - в изданиях, входящих в список ВАК Минобрнауки.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 132 наименований, содержит 21 рисунок и 25 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Методические основы исследования химических процессов взаимодействия содержащихся в оборотных водах и пульпах ионно-молекулярных компонентов, разработали: О.С. Богданов, В.А. Глембоцкий, С.Б. Леонов, И.А. Каковский, В.М. Авдохин, A.A. Абрамов, Г.П. Двойченкова, В.А. Игнаткина, В.Н. Макаров, В.В. Морозов, и другие Российские ученые. Предложенный и обоснованный ими подход предполагает применение методов химической термодинамики для описания процессов, протекающих на поверхности твердой фазы и в жидкой фазе пульпы и оборотных вод для определения соотношений между основными параметрами ионного состава, способствующих или препятствующих процессу флотации.

1. Анализ причин снижения показателей медно-молибденовой флотации при применении оборотного водоснабжения

При флотации порфировых медно-молибденовых руд, содержащих от 3 до 5% окисленной меди, наблюдается относительно невысокое извлечение в коллективный концентрат сульфидных минералов железа (25-38%) и цинка (36-45%). Переход на частично замкнутый водооборот с использованием слива прудка хвостохранилища (около 66% оборотной воды и около 34% свежей воды из р. Селенга) приводит к снижению содержания меди в коллективном концентрате на 1,6% за счет увеличения извлечения в него железа и цинка на 3-5%. Дальнейшее замыкание водооборота, достигаемое вовлечением в схему фильтратов хвостохранилища, ведет к еще более существенному снижению качества коллективного концентрата (табл.1).

Результаты опытов по селективной флотации показали, что извлеченные в коллективной флотации минералы цинка и железа концентрируются в медном концентрате, пропорционально снижая его качество.

Таблица 1

Показатели коллективной медно-молибденовой флотации при использовании свежей и оборотной воды

№ № Условия флотации Извлечение в колл. концентрат,% Содержание в колл. концентрате,%

Си Fe Mo Zn Си Fe Mo Zn

1 На свежей речной воде 87,7 32,5 42,5 34,3 15,3 28,6 0,22 0,34

2 При частичном водообороте (66% оборотной воды) 87,3 35,5 41,5 40,3 13,7 30,1 0,21 0,39

3 При замкнутом водообороте (85% оборотной воды, с использ. фильтратов хвостохранилища и стоков очист. сооружений) 85,7 45,0 39,0 55,5 11,5 33,5 0,19 0,52

При исследовании процесса медно-молибденовой флотации использовалась оборотная вода - слив хвостохранилища ГОКа Эрдэнэт. Перед проведением флотации в оборотную воду добавляли медный купорос в количестве, необходимом для достижения заданной концентрации ионов меди. Оборотную воду подавали в операции измельчения медно-молибденовой руды и ф лотации. Схема флотации включала основную, контрольную, две перечистные операции флотации. Промпродукт возвращался в голову процесса. Порядок подачи реагентов соответствовал режиму, принятому на фабрике.

Результаты опытов показали, что увеличение расхода медного купороса вызывает повышение флотируемости минералов цинка и железа. При увеличении исходной концентрации ионов меди в оборотной воде свыше 0,4 мг/л наблюдается рост содержания в коллективном концентрате цинка, а при исходной концентрации меди свыше 1,6 мг/л - рост содержания пиритного железа (рис.2а).

1 1 1 -е-1 -Є-4

1 [ 1 1 1 !

1 1 1

1 1

1 2 з

Концентрация Си2*, мг/л

2 3 4 5

Концентрация ОГ мг/л

Рис.2. Влияние концентрации ионов меди (а) и олеиновой к-ты (б) на показатели коллективной медно-молибденовой флотации: 1 - массовая доля меди; 2 -массовая доля железа; 3 - массовая доля цинка; 4 - массовая доля кальция; 5 -массовая доля магния

Другой причиной снижения показателей флотации является извлечение в коллективный концентрат кальцийсодержащих породообразующих минералов, в частности кальцита, при попадании в оборотную воду и затем в пульпу обладающих собирательными свойствами непредельных жирных кислот ряда С17-С21. Результаты флотационных опытов показали, что превышение концентрации олеат-иона более 0,6 мг/л ведет к снижению качества коллективного концентрата за счет повышения извлечения в него породообразующих кальцийсодержащих минералов (рис.2б).

Результаты проведенных исследований позволяют определить требования к ионному составу оборотной воды в виде предельно допустимых концентраций по ионам меди - 0,4 мг/л и ионам непредельных жирных кислот ряда Си - С21 - 0,6 мг/л.

2. Моделирование процессов взаимодействия ионно-молекулярных компонентов в сточных водах

В условиях эксплуатации хвостохранилища около 10% воды, поступающей с отвальными продуктами обогащения, фильтруется через массу складированных хвостов и основание и выводится совместно с входящими потоками грунтовых вод под основание дамбы, где частично перехватывается специальными гидросооружениями, а частично поступает в окружающую экосистему. Дренажные воды (фильтраты) значительно отличаются от состава верхних стоков хвостохранилищ и содержат ионы тяжелых металлов в концентрациях, значительно превышающих ПДК (табл. 2). Причиной этого являются окислительные и химические процессы, протекающие в находящемся в контакте с воздухом массиве складированных хвостов.

Таблица 2

Результаты анализа состава жидкой фазы различных участков хвостохранилища

Параметры Зона осветленной воды Зона свежих песков Зона окисленных песков Зона фильтрации

[Ог], мг/л 5,0-6,3 4,6-5,6 0,4-5,1 0,4-0,8

[НСОз"], мг/л 45-83 23-54 34-113 13-65

РН 8,0-8,6 9,8-10,3 7,6-8,5 5,4-6,9

[Си], мг/л менее 0,1 менее 0,1 0,1-1,5 3,5-6,0

[Fe], мг/л менее 0,1 менее 0,1 менее 0,1 0,15-3,6

[SO^"], мг/л 850-1150 800-1100 850-1150 900-1250

Для определения условий эффективного извлечения ионов меди и других компонентов из сточных вод был проведен термодинамический анализ химических процессов взаимодействия ионов меди с другими компонентами жидкой фазы сточных и оборотных вод. Методика моделирования предполагает расчет термодинамических констант химических реакций в рассматриваемой системе и определение соотношений ионных и молекулярных компонентов в граничных условиях межфазных процессов в заданной системе координат и выбранных значениях концентраций компонентов в рассматриваемой системе.

Результаты расчетов, представленные в виде уравнений реакций межфазных переходов, термодинамических характеристик этих реакций и 1дК), а также соответствующих им соотношений между концентрациями ионно-молекулярных компонентов реакций и диаграмм термодинамически стабильных соединений в координатах 1д[Си2+] - рН, 1д[НпС03т"] - рН, представляют собой физико-химическую модель, позволяющую оценить равновесные концентрации компонентов в стоках.

Построенная и представленная на

рис.3 диаграмма рассчитана для следующих граничных условий: [НпС03пЧ =[Н2С03 + НС03" + С032"] = Ю"4 моль/л, [Н01 +01"] = 10"5 моль/л, что соответствует составу оборотных вод.

\ I ! 1

\ н№

\ 0 г) І

\ /

и \ /

у 1 п ПН),

1

<ЭДг[

| на Н-> а

0 2 4 6 8 рн 0 12 14

Рис. 3. Диаграммы термодинамической стабильности соединений меди в сточных водах в присутствии жирных кислот и растворенных форм угольной кислоты с результатами спектральной проверки состава образующихся соединений: О - олеиновая кислота; © - олеат меди и олеиновая кислота; О- олеат меди; О - гидроксидокарбонат меди; ШШШШ - технологически допустимые концентрации ионов меди и угольной кислоты

На диаграмме приведены результаты проверки состава продуктов, образующихся при подщелачивании и карбонатизации исследуемых оборотных вод, которая была проведена с использованием метода инфракрасной спектроскопии получаемых осадков и тонкодисперсных образований, устойчиво сохраняющихся в жидкой фазе.

Анализ результатов расчетов и проверки состава осадков показывает, что при наличии в стоках ионов и соединений олеиновой кислоты при суммарной концентрации более чем 10"6 моль/л (0,3 мг/л) происходит их взаимодействие с ионами меди, сопровождающееся образованием нормального олеата меди. Реакция протекает в слабокислой и нейтральной среде. При снижении концентрации олеиновой кислоты образования олеата меди не происходит. При увеличении показателя рН до слабощелочного олеат меди переходит в гидроксокарбонат меди.

Равновесие олеата меди и гидроксокарбоната меди в стоках иллюстрируется диаграммой в координатах 1д[Си2+] - рН и 1д[НпС03т"] - рН (рис.Зб), при построении которой в качестве исходных условий были выбраны: равновесная концентрация ионов меди 10"4 моль/л (6 мг/л), а концентрация олеатов - 10"5 моль/л (3 мг/л). Такие концентрации отражают состав сточных вод при исходном смешивании фильтратов хвостохранилища и очищенных хозяйственно-бытовых стоков.

Анализ диаграммы показывает, что при одновременном воздействии ионов и соединений олеиновой кислоты и карбонат-ионов различной концентрации форма осаждения меди меняется. При малых концентрациях карбонат-ионов происходит преимущественное образование олеата меди. Реакция устойчиво протекает в слабокислой и нейтральной среде. При повышении щелочности среды олеат меди переходит в гидроксид меди, а при одновременном повышении концентрации карбонатов - в гидроксидоокарбонат меди. Смещение рН в кислую область приводит к растворению олеатов меди с переходом в раствор катионов меди и молекул олеиновой кислоты, отрицательно влияющим на показатели флотационного обогащения.

Результаты моделирования, представленные в виде диаграмм в координатах lg[Cu2+] - рН и 1д[НпСОзт"] - рН (рис. 2 и 3), показывают, что условием поддержания концентраций ионов меди в фильтратах на технологически приемлемом уровне (1С)"5 моль/л или 0,6 мг/л) является поддержание рН фильтрата более 5,6 (в присутствии олеат-ионов) или более 6,3 (в равновесии с углекислотой воздуха).

Разработанная физико-химическая модель может быть использована и для выбора условий наиболее полного осаждения олеат-ионов. Анализ диаграмм на рис.3 показывает, что область устойчивости олеата меди лежит между областями устойчивости катиона Си2+ и гидроксидокарбоната меди. Поэтому областью приоритетного образования олеата меди является граница перехода меди из ионной формы в форму гидроксокарбоната, описываемого реакцией

2Cu2++ НСОз' + 2Н20 = Си2(ОН)2СОз + ЗН+ , (рН > 6,36). (1)

Соотношение между ионно-молекулярными компонентами при этом переходе описывается уравнением

2lg [Cu2+] +lg [НСОз"] + ЗрН = - IgK, . (2)

Преобразовав уравнение 2 и подставив в него требуемую концентрацию ионов меди (0,63 мг/л или 10"5 моль/л) и среднюю концентрацию бикарбонат ионов (10"4 моль/л) для рассматриваемых условий, можно рассчитать необходимое значение рН среды:

рН = lgKi/3 - 2lg [Cu2+]/3 - lg[HC03"]/3 = 6,5. (3)

Поддержание рассчитанного значения рН среды является условием наиболее полного осаждения олеат-ионов в олеат меди.

Однако при высокой исходной концентрации ионов меди, существенно превышающей мольную концентрацию олеат-ионов, полное связывание последних не будет условием полного связывания самих ионов меди в нерастворимые соединения. В таких условиях целесообразно вести процесс осаждения в условиях одновременного протекания реакции 1 и реакции

8

Си2++ 20Г= Си(01)2

(4)

описываемых суммарным уравнением

2Си(01)г + НС03" + 2Н20 = Си2(0Н)2С03 + 401" + ЗН+ (5)

и соответствующим соотношением между концентрациями ионов

1д[НС03" ] - 41д[0Г] + ЗрН = - 1дК5 . (6)

Преобразовав уравнение 6 и подставив в него требуемую концентрацию олеат-ионов (1 мг/л или 3*10"5 моль/л) и среднюю концентрацию бикарбонат-ионов для рассматриваемых условий, можно рассчитать требуемое значение рН среды:

рН = - 1дКб/3 + 1д[НС0з"]/3 + 41д[0Г]/3 =7,24 (7)

Проведенный термодинамический анализ позволил разработать физико-химическую модель процессов в сточных водах, описывающую химические взаимодействия с участием ионов меди, карбонатных ионов и жирных кислот. Входящие в модель уравнения количественно определяют соотношения между ионно-молекулярными компонентами сточных вод и оп тимальные условия процессов кондиционирования. Результатами расчетов обосновано, что регулирование рН оборотных вод в интервале от 6,5 до 7,24 обеспечит наилучшие условия связывания ионов меди и жирных кислот в нерастворимые соединения.

3. Исследования закономерностей процесса и обоснование безреагентного способа кондиционирования оборотных вод

Для проверки результатов расчетов была использована лабораторная установка, моделирующая процессы взаимодействия компонентов в оборотных водах. Установка обеспечивает поддержание необходимого контакта растворов с углекислотой воздуха. Состав жидкой фазы подбирался в соответствии со значениями параметров, характерными для стоков ГОКа «Эрдэнэт». Продолжительность осаждения изменялась в интервале от 10 до 240 мин.

В исходный раствор, который содержал заданное количество растворимой соли меди, добавляли заданное количество раствора гидроокиси натрия, необходимое для создания заданной щелочности. При необходимости открывался контакт раствора с воздухом, что обеспечивало поддержание в нем равновесных концентраций растворенной углекислоты и бикарбонатных ионов (до 43,3 мг/л).

Результаты опытов по осаждению соединений меди при различной щелочности (кислотности) раствора при продолжительности взаимодействия 240 мин., приведенные на рис.4, показывают, что оборотные воды характеризуются измененными значениями концентраций ионов, что говорит о различной интенсивности протекающих процессов осадкообразования.

= 3

0

\

V -Е Н2

\ \

\ \

ч. тз-ёч*

5,5

6 6,5 рН среды

7,5

5,5 6 6,5

рН среды

Рис.4. Зависимости изменения концентраций ионов меди (1) и олеиновой кислоты (2) при варьировании рН сточных вод: а) с преобладанием жирных кислот; б) с преобладанием ионов меди

Анализ характера зависимостей на рис.4 показывает, что с повышением рН остаточная концентрация ионов меди непрерывно снижается, в то время как зависимость остаточной концентрации олеат-ионов от рН носит более сложный характер и имеет минимум в области рН от 6,6 до 6,8, что соответствует результатам термодинамического моделирования, предсказавшим связывание олеат-ионов в олеат меди в диапазоне значений рН от 5,6 до 7,3. Анализ результатов также показал, что в растворах с высокой концентрацией ионов меди возрастание концентрации олеат-ионов происходит в относительно более щелочной среде (рН > 7,0), что соответствует результатам термодинамических расчетов (уравнение 7).

Результаты экспериментов подтвердили правильность выполненных расчетов и показали возможность снижения концентрации ионов меди в стоках менее 0,5 мг/л, а олеат-ионов - менее 1 мг/л при поддержании оптимальной щелочности сточных вод, состоящих из фильтратов хвостохранилища и хозяйственно-бытовых стоков.

Таким образом, с использованием разработанной физико-химической модели обоснован и экспериментальными исследованиями подтвержден интервал значений рН среды (6,5 - 7,24), в котором обеспечивается наилучшее кондиционирование оборотных вод сложного состава. Показано, что при соотношении мольных концентраций меди и жирных кислот 2:1 (характерным для исследуемых стоков) целесообразно поддерживать показатель рН близким к 7,24.

Регулирование щелочности стоков может быть достигнуто использованием добавлением извести. В качестве щелочного агента для безреагентного регулирования рН могут быть использованы стоки золоотвала энергоцеха (рН более 8,5).

На ГОКе «Эрдэнэт» основной поток технологической воды формируется за счет стоков отстойного прудка хвостохранилища, которые характеризуются слабощелочной средой и малыми концентрациями ионов тяжелых металлов.

Существенно отличаются по составу фильтрационные воды, собранные в фильтрационные каналы из водоносных слоев под основанием плотины дамбы хвостохранилища. Эти воды характеризуются нейтральными и слабокислыми значениями рН (5,4-6,5) и заметными концентрациями меди и железа (4-6 мг/л).

В городских сточных водах отмечается близкое к нейтральному значение рН среды (7,33), микроконцентрация ионов меди и железа (до 0,1 мг/л), существенно более высокая концентрация органических соединений (10-30 мг/л), которые на 30% представлены непредельными жирными кислотами ряда С17 - С21. Стоки городских очистных сооружений характеризуются высокой концентрацией тонкодисперсных продуктов (до140 мг/л), в том числе пен и эмульсий, состоящих из неорганических И органических веществ.

Для подтверждения результатов лабораторных исследований были проведены укрупненные исследования по регулированию ионного состава смешиваемых оборотных вод. В качестве источников сточных вод использовались фильтрат и стоки городских очистных сооружений, которые смешивались в соотношениях от 1:1 до 1:3 и подщелачивались стоками шламоотвала энергоцеха.

Результаты исследований (рис. 5) показывают, что при повышении рН более 6,5-6,8 концентрация ионов меди снижается до 0,3 - 0,5 мг/л. Результаты измерений показывают, что наиболее полное осаждение ионов непредельных жирных кислот достигается в интервале рН от 6,5 до 7,3, что полностью соответствует результатам термодинамического моделирования и лабораторных исследований.

рН среды

Рис. 5. Зависимости концентраций ионов от рН воды в фильтрационном канале: 1- медь; 2 - железо; 3 - жирные кислоты

4. Разработка и испытания расширенной схемы водооборота и режима кондиционирования сильнозагрязненных стоков

Флотационные испытания проводились по схеме замкнутого опыта, повторяющего схему флотации на 1-й секции обогатительной фабрики ГОКа «Эрдэнэт» (рис.6.). Доля сильнозагрязненных стоков в общих оборотных водах составляла 25%.

Исходное питание

Классификация

СаО, АегоМіх, Всп

Основная коллективная Си-РЬ флотация

СаО, АегоМіх, Всп 1-2-я перечистная флот. 1-2-я контрольная флот.

Классификация

Колл. Си-Мо к-т

Отвальн.хв-ты

Рис.6. Схема цикла коллективной медно-молибденовой флотации

Исходя из возможности применения стоков шламоотвала энергоцеха в качестве регулятора рН были поставлены опыты с изменением соотношения стоков шламоотвала энергоцеха и смеси сильнозагрязненных стоков (фильтратов хвостохранилища и стоков городских очистных сооружений). Результаты исследований (табл. 3) показали, что минимальная концентрация жирных кислот и ионов меди достигается при соотношении объемов стоков шламоотвала и фильтрата 0,2 :1. При этом достигается и рекомендуемое значение рН среды (7,25).

Показатели коллективной медно-молибденовой флотации улучшаются по мере снижения концентраций ионов меди и жирных кислот и достигают наилучших значений при доле стоков шламоотвала 0,2 от объема фильтрата. Полученные результаты подтверждают возможность регулирования ионного состава оборотных вод и повышения показателей флотации путем смешивания сильнозагрязненных стоков со стоками шламоотвала энергоцеха при поддержании заданного интервала значений рН.

Таблица 3

Показатели коллективной флотации при изменении соотношения объемов стоков золоотвала энергоцеха (СЗЭ) к фильтрату хвостохранилища (ФХ)_

№

Соотн. СЗЭ к ФХ

0,0 0,05 0,1 0,15 0,2

рН

6.4

6.5 6,75 7,05 7,25

Концентрация ионов и взвесей, мг/л

Са

225,0 470,0

278.5 250,2

238.6

Си

0,85 0,80 0,72 0,68 0,65

ЖК

1,35 1,25 1,15 1,08 0,95

ТВ

1,4 2,1 2,6 3,1 3,6

Извлечение в колл. конц-т,%

Си

84.1

84.2 84,7 84,7 85,2

Как видно из табл. 3, смешивание фильтрационных вод хвостохранилища со стоками городских очистных сооружений и стоками золоотвала ТЭЦ в пропорции 1 : 0,8 : 0,2, сопровождается снижением количества растворенной меди до 4,8 раза.

Достигаемое при смешивании стоков существенное снижение концентрации ионов меди делает возможным использование объединенных стоков в качестве оборотных вод для процесса флотации. Как видно из табл. 4, ведение процесса на оборотной воде, полученной с добавлением фильтратов хвостохранилища, стоков городских очистных сооружений и стоков золоотвала энергоцеха в рекомендованном соотношении, позволяет получить наилучшие результаты.

Таблица 4

Результаты флотационных опытов на оборотной воде

№ Условия опыта Извлечение в Содержание в

№ концентрат,% концентрате,%

меди молиб. меди молиб.

1 На сливе прудка хвостохранилища и фильтрате 84,4 35,3 21,5 49,5

2 С карбонатной доочисткой фильтратов 84,9 36,0 21,8 49,8

3 С сорбционной доочисткой фильтратов 85,2 36,3 21,8 49,9

4 С добавл. в фильтраты стоков городских очистных сооружений (1:0,8) 84,8 35,7 21,1 49,0

5 С добавл. в фильтраты стоков шламоотвала энергоцеха (1:0,2) 84,2 35,0 21,6 49,5

6 С добавл. в фильтраты стоков городских очистных сооружений и стоков шламоотвала энергоцеха (1:0,8:0,2) 85,0 36,0 21,6 49,5

При использовании разработанной технологии кондиционирования удается достичь показателей флотации, сравнимых с получаемыми при использовании дорогостоящей технологии сорбционного и карбонатного кондиционирования.

В соответствии с полученными результатами для ГОКа «Эрдэнэт» нами была рекомендована технология совместного кондиционирования фильтрационных вод со стоками городских очистных сооружений и золоотвала энергоцеха.

Полупромышленные испытания проводились на укрупненной флотационной установке на ГОКе «Эрдэнэт». Процессы измельчения и флотации проводились на оборотной воде заданного состава смеси. При проведении испытаний использовали две альтернативные схемы подготовки оборотных вод (рис.7).

Рис. 7. Схемы кондиционирования оборотных вод, испытанные при полупромышленных испытаниях: а - с подачей хозяйственно-бытовых стоков в прудок хвостохранилища; б - с отдельным смешиванием фильтрата, хозяйственно-бытовых стоков и стоков шламоотвала энергоцеха; 1 - прудок хвостохранилища; 2 -прудок очистных сооружений; 3 - шламоотвал энергоцеха; 4 - фильтрационный канал; 5 - дамба; 6 - насосная станция

При использовании схем на рис. 7а и 76 общий дебит технической оборотной воды возрастает на 7,16 млн. м3 в год, что составляет 9,5% от текущего дебита. Такой прирост дебита технической воды обеспечит увеличение производительности фабрики с учетом замыкания водооборота на 15%, что соответствует планам интенсификации производства на СП ГОК «Эрдэнэт».

Проведенные испытания подтвердили эффективность приведенной на рис.7б схемы водооборота, предусматривающей применение технологии безреагентного кондиционирования оборотных вод (табл.5). Результаты испытаний показали возможность повышения извлечения меди и молибдена в товарный концентрат на 0,35 и 0,5%. Одновременно достигнуто повышение качества медного концентрата на 0,4% и молибденового концентрата на 0,5%.

Предложенная схема водооборота представлена на рис.8. Важным преимуществом выбранной схемы и технологии является значительное увеличение ресурса технологических вод при минимальных затратах на кондиционирование.

Таблица 5

Показатели оборотных вод (ОВ) и процесса обогащения при использовании различных схем водооборота для обогатительной фабрики ГОКа «Эрдэнэт»_

№ Схема водооборота Концент-ция Содержание Извлечение

в ОВ, мг/л в конц-те, % в конц-т,%

Си ЖК Си Мо Си Мо

1 С подачей хозяйственно-бытовых стоков в прудок хвостохранилища 0,6 1,1 20,5 49,1 85,69 39,58

2 Со смешиванием фильтрата, хоз-бытовых стоков и стоков шламоотвала энергоцеха 0,25 0,4 20,9 49,6 86,04 40,08

ЖК - жирные кислоты

Рис. 8. Принципиальная схема водооборота для обогатительной фабрики ГОКа «Эрдэнэт»: 1 - хвостохранилище; 2 - пруд; 3 - фильтрационный канал; 4 - городские очистные сооружения; 5 - шламоотвал энергоцеха; 6 - насосная станция; 7 -илосборник.

Таким образом, результаты проведенных промышленных испытаний показали, что использование оборотной воды, полученной по расширенной схеме водооборота, включающей фильтраты хвостохранилища, стоки городских очистных сооружений и сливы золоотвала энергоцеха, улучшают показатели флотационного обогащения медно-молибденовых руд. За счет снижения содержания меди, железа и молибдена в неулавливаемых стоках фильтратов хвостохранилища в грунтовые

воды одновременно снижается сброс нормируемых загрязняющих веществ (от 15% до 2,7 раз).

Таким образом, применение разработанного метода решает задачу общего снижения концентраций ионов меди и технических жирных кислот в оборотных водах, обеспечивающую повышение показателей флотационного обогащения медно-молибденовых руд и уменьшение сброса вредных веществ в окружающую гидросистему.

Разработанный технологический режим включен в техническое задание на проект эксплуатации хвостохранилища ГОКа «Эрдэнэт» с ожидаемым экономическим эффектом от снижения потерь ценных компонентов в 650,2 тыс. долларов США в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности флотации медно-молибденовых руд на основе безреагентного регулирования ионного состава оборотных вод, обеспечивающего снижение потерь ценных компонентов и повышение качества получаемых концентратов.

Основные научные выводы и практические результаты, полученные лично автором:

1. Установлены причины снижения показателей медно-молибденовой флотации при использовании в качестве оборотных вод фильтратов хвостохранилища и хозяйственно-бытовых стоков, заключающиеся в извлечении в коллективный концентрат активированных ионами меди сфалерита и пирита, а также гидрофобизированных жирными кислотами кальциевых породообразующих минералов. Определены предельно допустимые концентрации ионов меди (0,4 мг/л) И непредельных жирных КИСЛОТ ряда С17-С21 (0,6 мг/л), превышение которых приводит к флотации сульфидов цинка и железа и кальцита и вызывает снижение показателей коллективной флотации при обогащении медно-молибденовых руд.

2. Разработана физико-химическая модель взаимодействия ионно-молекулярных компонентов жидкой фазы оборотных вод, определяющая области устойчивости соединений меди в координатах 1д[Си2+] - рН, 1д[НпСОзт"] - рН и устанавливающая соотношения между параметрами ионного состава в граничных условиях межфазных переходов соединений меди при варьировании рН среды, и позволяющая определить условия перевода ионом меди и непредельных жирных кислот ряда С17-С21 (на примере олеиновой кислоты) в нерастворимые соединения.

3. Определены закономерности взаимодействия ионно-молекулярных компонентов жидкой фазы сточных вод, устанавливающие граничные условия связывания ионов меди в нерастворимые соединения содержащимися в сточных

водах ионами угольной кислоты и олеиновой кислоты и определен интервал рН от 6,5 до 7,3, в котором обеспечивается максимально полное связывание в осадок непредельных жирных кислот. Показано, что при рН < 6,3 протекает реакция кислотного гидролиза с высвобождением ионов меди и олеиновой кислоты, а при рН > 7,3 - реакция карбонатного выщелачивания со связыванием меди в гидроксокарбонаты и высвобождением олеат-ионов.

4. С использованием разработанной физико-химической модели обоснован и экспериментальными исследованиями подтвержден интервал значений рН среды, в котором обеспечивается наилучшее кондиционирование. Показано, что при повышении соотношения мольных концентраций меди и непредельных жирных кислот от 1:1 до 3:1 целесообразно повышать рН осаждения с 6,48 до 7,24 добавлением щелочного агента, в качестве которого могут быть использованы стоки золоотвала энергоцеха.

5. Разработан способ регулирования ионного состава оборотных вод, предполагающий смешивание фильтратов хвостохранилища с хозяйственно-бытовыми стоками и стоками шламоотвала энергоцеха, в пропорции 1:0,8:0,2, позволяющий поддерживать оптимальное значение рН среды в процессе кондиционирования в интервале от 7,1 до 7,3 и за счет эффективного образования солей меди с непредельными жирными кислотами снизить концентрации растворенной меди и жирных кислот в смешиваемых стоках соответственно до 0,65 и 0,95 мг/л.

6. Обоснована схема и режим оборотного водоснабжения ГОКа «Эрдэнэт», предусматривающие направление в фильтрационный канал хвостохранилища хозяйственно-бытовых стоков и стоков шламоотвала энергоцеха, отстаивание и последующее смешивание объединенных стоков с осветленным сливом прудка хвостохранилища и направление общего потока в процессы измельчения и флотации, позволяющие снизить содержание ионов меди и непредельных жирных кислот до значений, соответствующим технологическим требованиям (0,25 и 0,4 мг/л) и увеличить извлечение меди и молибдена на 0,35 и 0,5%.

7. Показано, что разработанная схема и режим оборотного водоснабжения ГОКа «Эрдэнэт» за счет снижения содержания растворенной меди, железа и молибдена в неулавливаемых стоках фильтроканала хвостохранилища обеспечивает существенное снижение сброса нормируемых загрязняющих веществ в приповерхностные грунтовые воды.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих научных работах:

1. Пестряк И.В. Эрдэнэтуяа О. Совершенствование системы оборотного водоснабжения горно-обогатительного комбинат // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2012. -№2. - С. 233-240.

2. Пестряк И.В., Морозова О.В., Эрдэнэтуяа О. Исследование процессов естественного выщелачивания меди из складированных хвостов обогатительной фабрики // Экология промышленного производства. - 2012. - N2 2. - С. 47-51.

3. Эрдэнэтуяа О., Пестряк И.В., Морозов В.В. Разработка безреагентного метода кондиционирования оборотных вод горно-обогатительного комбината «Эрдэнэт» // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2012. -N28. - С. 133-136.

4. Пестряк И.В., Морозова О.В. Эрдэнэтуяа О. Разработка технологии кондиционирования дренажных вод хвостохранилища // Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья, - Материалы междунар. совещания «Плаксинские чтения-2011, Верхняя Пышма, 2011. С.176-179.

5. Пестряк И.В., Эрдэнэтуяа О. Физико-химическое моделирование процессов кондиционирования сточных и оборотных вод горно-обогатительного предприятия // Материалы международной конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». - Екатеринбург (18-19 апреля 2012 г.). - Екатеринбург, 2012. - С.76-79.

6. Пестряк И.В, Поливанская В.В., Эрдэнэтуяа О. Разработка схемы и регламента совместной очистки и кондиционирования фильтратов хвостохранилища и стоков очистных сооружений // Современные методы технической минералогии в процессах комплексной и глубокой переработки минерального сырья. - Материалы междунар. совещания «Плаксинские чтения - 2012». -Петрозаводск, 2012. - С.342-346.

7. Эрдэнэтуяа О. Ганбаатар 3., Пестряк И.В, Поливанская В.В., Исследование и разработка регламента очистки и кондиционирования стоков промышленного узла ГОКа «Эрдэнэт» // Сб. материалов 8-й науч. - практ. конференции «Рециклинг, переработка отходов и чистые технологии». Ин-т Гинцветмет, Москва. -2012. -С. 100104.

8. Пестряк И.В., Эрдэнэтуяа О., Морозов В.В. Исследования и испытания безреагентного кондиционирования стоков промышленного узла горнообогатительного комбината // Научный вестник МГГУ. -2012. - №12. - С.66 - 80 (вых. данные с экрана http://vestnik.msmu.ru/archive/index33.html).

Подписано в печать 29.05.2013 Формат 60x90/16 Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ ОИУП МГГУ. Ленинский просп., 6

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Эрдэнэтуяа Очир, Москва

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФБГОУ ВПО МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

04201360084 На правах рукописи

УДК: 622.7

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФЛОТАЦИИ МЕДНО-

МОЛИБДЕНОВЫХ РУД НА ОСНОВЕ БЕЗРЕАГЕНТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ИОННОГО СОСТАВА ОБОРОТНЫХ ВОД

Специальность: 25.00.13. «Обогащение полезных ископаемых»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доцент, к.т.н. Пестряк И.В.

Москва 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ СТОКОВ ХВОСТОХРАНИЛИЩ И ДРУГИХ ОБЪЕКТОВ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО УЗЛА 10

1.1. Системы замкнутого водооборота обогатительных фабрик 10

1.2. Анализ источников и причин загрязнения сточных вод промышленного узла горно-обогатительного комбината 23

1.3. Способы предупреждения интенсивного окисления хвостов и перехода ионов металлов в сточные воды 27

1.4. Безреагентные способы очистки и кондиционирования оборотных вод 30

1.5. Развитие и применение химических методов очистки сточных вод 34

Выводы к главе 1 37

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА СТОЧНЫХ ВОД И ПРИЧИН СНИЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ 40

2.1. Исследования состава и технологических свойств сточных и оборотных вод 40

2.2. Анализ причин снижения показателей медно-молибденовой флотации при применении оборотного водоснабжения 51

2.3. Выбор и обоснование требований к ионному составу оборотных вод при применении оборотного водоснабжения 54

Выводы к главе 2 59

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИОННО-МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПОНЕНТОВ В СТОЧНЫХ ВОДАХ 61

3.1. Методики термодинамического моделирования взаимодействия ионно-молекулярных компонентов при кондиционировании сточных 61

вод

3.2. Моделирование и исследование процессов при естественном и реагентном карбонатном осаждении ионов металлов из сточных вод 65

3.3. Моделирование и исследование процессов взаимоочистки при смешивании сильнозагрязненных сточных вод 75

Выводы к главе 3 86

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ БЕЗРЕАГЕНТНОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВЫСОКОЗАГРЯЗНЕННЫХ СТОКОВ ПРОМЫШЛЕННОГО УЗЛА 89

4.1. Лабораторные исследования осаждения соединений меди из стоков и оборотных вод 89

4.2. Полупромышленные исследования осаждения соединений меди из стоков и оборотных вод 99

4.3. Исследование процессов естественного выщелачивания меди из лежалых хвостов 103

4.4. Разработка мероприятий по снижению интенсивности процессов автозакисления минералов в складированных хвостах 113

Выводы к главе 4 116

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЯ РАСШИРЕННОЙ СХЕМЫ И РЕГЛАМЕНТА ВОДООБОРОТА ДЛЯ ГОКА «ЭРДЭНЭТ» 119

5.1. Лабораторные исследования коллективной флотации при использовании расширенной схемы и регламента водооборота 119

5.2. Полупромышленные исследования коллективной флотации при использовании расширенной схемы и регламента водооборота 129

5.3. Анализ элементов схемы оборотного водоснабжения 135

5.4. Промышленное освоение расширенной схемы и технологического регламента оборотного водоснабжения 142

5.5. Экологическая оценка применения расширенной схемы и технологического регламента оборотного водоснабжения 145

Выводы к главе 5 149

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ 151

ЛИТЕРАТУРА 154

ВВЕДЕНИЕ

Горно-обогатительные предприятия являются источником загрязнения окружающей среды, в первую очередь из-за влияния на гидросферу и атмосферу накопленных вскрышных и переработанных пород в отвалах и хвостохранилищах. Негативное влияние на окружающую природу обусловлено загрязнением природных вод и почвы продуктами окисления минералов тяжелых металлов: меди, свинца, цинка и железа. Поэтому применяемые в настоящее время технологии добычи, обогащения и переработки руд предполагают максимальное использование оборотного водоснабжения, что существенно снижает сброс неочищенных стоков и загрязнение окружающей среды.

Важной задачей, решаемой при организации систем оборотного водоснабжения на горно-обогатительных предприятиях, является эффективная очистка и кондиционирование оборотных вод, обеспечивающая вовлечение в схему водооборота стоков сложного химического состава. К таким стокам относятся насыщенные ионами тяжелых металлов стоки, образующихся в результате атмосферного окисления отвалов и складированных хвостов, а также стоки других потребителей водных ресурсов.

Применение эффективных способов очистки и кондиционирования таких сильнозагрязненных стоков обеспечивает сохранение технологических показателей флотационного обогащения на высоком уровне, достигаемом при использовании природной воды.

При разработке схем оборотного водоснабжения должна решаться задача очистки и вовлечения в водооборот стоков других потребителей

водных ресурсов, находящихся в промышленной зоне горнообогатительного комбината, в т.ч. хозяйственно-бытовых стоков. Однако известные решения такой задачи, осуществляемые путем направление хозяйственно-бытовых стоков непосредственно в хвостохранилище ГОКа, вызывает снижение качества товарных концентратов и извлечения ценных компонентов на 1,5-2%.

Известные способы очистки и кондиционирования сточных и оборотных водах обеспечивают снижение концентраций нежелательных с технологической и экологической точки зрения компонентов. Однако эти способы предусматривают применение дорогостоящих реагентов или специальных физико-химических воздействий. Учитывая значительный объем оборотных вод, подлежащих кондиционированию, эти способы оказываются экономически малоэффективными.

Наиболее простым и эффективным способом безреагентного кондиционирования и повышения технологических свойств оборотных вод является применение метода химического связывания ионов тяжелых металлов в нерастворимые соединения. Такой способ позволяет не только существенно снизить концентрации вредных веществ, но и извлекать содержащиеся в сточных водах ценные компоненты. Важным условием достижения поставленной цели является установление механизма и выбора наилучших условий процессов химического осаждения соединений тяжелых металлов и других веществ в стоках и фильтратах хвостохранилищ обогатительных фабрик.

Целью работы является установление закономерностей взаимодействия ионов тяжелых металлов с компонентами сточных вод и их использование для наиболее полного снижения в оборотных водах

концентраций ионов тяжелых металлов и органических соединений, обеспечивающего повышение эффективности флотации медно-молибденовых руд и уменьшение загрязнения окружающей среды.

Идея работы заключается в выборе и поддержании режимов безреагентного кондиционирования оборотных вод, обеспечивающих условия для взаимного связывания в ^ нерастворимые соединения поступающих с фильтратами хвостохранилища катионов тяжелых металлов и поступающих с хозяйственно - бытовыми стоками непредельных жирных кислот.

Методы исследований. Термодинамическое моделирование

химических процессов, спектрофотометрический и химический анализ состава осадков, химический анализ состава жидкой фазе оборотных вод и флотационной пульпы, лабораторные и полупромышленные исследования процессов кондиционирования оборотных вод и селективной флотации медно-молибденовых руд, математическая обработка результатов экспериментов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Установлены предельно допустимые концентрации в оборотной воде ионов меди (0,4) мг/л) и непредельных жирных кислот ряда С17-С21 (0,6 мг/л), превышение которых приводит к снижению показателей коллективной медно-молибденовой флотации за счет активации и флотации в коллективный концентрат сульфидов цинка и пирита, а также гидрофобизации и флотации кальциевых породообразующих минералов.

2. Разработаны и экспериментально подтверждены физико-химическая модель и закономерности взаимодействия ионно-молекулярных компонентов жидкой фазы оборотных вод,

устанавливающие граничные условия связывания ионов меди в нерастворимые соединения содержащимися в сточных водах ионами угольной кислоты и непредельными жирными кислотами ряда С17-С2ь и определен интервал рН среды (от 6,5 до 7,24), в котором обеспечивается максимально полное связывание в осадок ионов меди и жирных кислот при их соотношении от 1:1 до 3:1.

3. Разработан способ регулирования ионного состава оборотных вод, предполагающий смешивание фильтратов хвостохранилища с хозяйственно-бытовыми стоками и стоками шламоотвала энергоцеха, в пропорции 1:0,8:0,2, позволяющий поддерживать оптимальное значение рН среды в процессе кондиционирования в интервале от 7,1 до 7,3 и за счет эффективного образования солей меди с жирными кислотами снизить концентрации растворенной меди и технических жирных кислот соответственно до 0,65 и 0,95 мг/л.

4. Обоснована схема и режим оборотного водоснабжения ГОКа «Эрдэнэт», предусматривающие направление в фильтрационный канал хвостохранилища хозяйственно-бытовых стоков и стоков шламоотвала энергоцеха, отстаивание и последующее объединенных стоков с осветленным сливом прудка хвостохранилища и направление общего потока в процессы измельчения и флотации, позволяющие снизить содержание ионов меди и непредельных жирных кислот до значений, соответствующим технологическим требованиям (0,25 и 0,4 мг/л), и увеличить извлечение меди и молибдена на 0,35 и 0,5%.

Новизна научных положений. Разработанная модель и установленные закономерности взаимодействия ионов меди с ионно-молекулярными компонентами оборотных вод впервые учитывают реакции

взаимодействия с привносимыми со стоками городских очистных сооружений органическими соединениями ряда непредельных жирных кислот с длиной радикала С17-С21, обладающих собирательными свойствами по отношению к кальциевым породообразующим минералам, что позволяет более точно определить условия эффективного регулирования ионного состава оборотных вод, предотвращающие извлечение в концентрат процесса коллективной флотации минералов, снижающих показатели обогащения медно-молибденовых руд.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: удовлетворительным соответствием состава твердой и жидкой фаз в операциях очистки и кондиционирования сточных вод расчетным значениям, полученным с использованием разработанной физико-химической модели; достижением наилучших показателей флотации при поддержании заданных значений параметров ионного состава жидкой фазы оборотной воды, соответствием результатов лабораторных и полупромышленных исследований процессов кондиционирования и флотации.

Научное значение работы заключается в разработке физико-химической модели и научном обосновании принципов регулирования процесса безреагентного кондиционирования ионно-молекулярного состава жидкой фазы оборотных вод, позволяющего за счет снижения концентраций ионов меди и непредельных жирных кислот ряда С17-С21 до технологически обоснованных значений, предотвратить активацию и флотацию породообразующих минералов и повысить показатели флотационного обогащения медно-молибденовых руд.

Практическое значение з аключается в разработке схемы и режима безреагентного кондиционирования фильтратов хвостохранилища, хозяйственно-бытовых стоков и стоков шламоотвала энергоцеха, обеспечивающих уменьшение потерь меди и молибдена при обогащении медно-молибденовых руд и снижение загрязнения окружающей среды.

Реализация работы. Разработанная схема и режим совместного безреагентного кондиционирования фильтратов хвостохранилища, хозяйственно-бытовых стоков и стоков шламоотвала энергоцеха прошли промышленную апробацию с достижением высоких показателей флотации и включены в техническое задание на проект оборотного водоснабжения ГОКа «Эрдэнэт».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (МГГУ, 2011, 2013), на научно-технических конференциях: «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (УГГА, Екатеринбург, 2011, 2012); на совещании «Плаксинские чтения» (Верхняя Пышма, 2011, Петрозаводск 2012), на научных семинарах кафедры ОПИ МГГУ (201 1-2013).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в восьми работах, в т.ч. три из которых - в изданиях, входящих в список ВАК Минобрнауки.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 132 наименований, содержит 21 рисунок и 25 таблиц.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ СТОКОВ ХВОСТОХРАНИЛИЩ И ДРУГИХ ОБЪЕКТОВ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО УЗЛА

1.1. Системы замкнутого водооборота обогатительных фабрик

Применение систем развитого водооборота связано с одной стороны с ужесточением требований к составу вод, сбрасываемых в объекты природопользования и, с другой стороны, с истощением природных источников, используемых для водоснабжения горно-обогатительных предприятий [18,52,85,96]. Задачей, стоящей при организации замкнутых схем водооборота, является поддержание ионно-молекулярного и дисперсионного состава оборотных вод, не приводящего к ухудшению технологического процесса [1,3,22,24]. При этом стоит задача минимизации затрат на их очистку и кондиционирование [58,67,122].

Стоки горных и металлургических предприятий характеризуются повышенным содержанием тяжелых металлов. Общее солесодержание может значительно отличатся и составляет от 0,1 до 5,0 мг/л (отвальные хвосты гравитационно-флотационных схем) до 10 - 500 мг/л (сливы сгустителей, стоки электролизных ванн, чанов выщелачивания и т.д.) [7,35,66]. В первую очередь схемы замкнутого водооборота получили распространение на фабриках, расположенных в местностях с недостатком водных ресурсов (обогатительные фабрики Средней Азии, Казахстана, Монголии) [19,74,95] или с высокой концентрацией сельскохозяйственных потребителей водных ресурсов (обогатительные фабрики Украины, Черноземья, Урала) [11,33,105]. В настоящее время

практически все обогатительные фабрики используют частичный водо-оборот (от 35 до 85 %) что обусловлено как целесообразностью использования чистой воды в отдельных операциях технологического процесса (измельчение руды, приготовление реагентов), так и невосполнимыми потерями воды вследствие дренирования и высыхания воды из хвостохранилища и очистных сооружений [5,107,129]. Кроме того, полное замыкание схемы невозможно из-за беспредельного роста концентраций индифферентных ионов (К,Ыа, С1 и т.д.).

Типовая схема водооборота горно-обогатительного предприятия представлена на рис. 1.1. В ней не предусмотрены специальные методы очистки кондиционирования сточных и оборотных вод, кроме естественного отстаивания и окислительной очистки [7,25].

Переход на максимально замкнутый водооборот требует разработки эффективных методов кондиционирования оборотных вод с целью сохранения ими состава свойств, не оказывающих отрицательного влияния на обогатительный процесс [2,6,30].

При возврате отработанных сточных вод обратно в технологический процесс и при создании оборотной системы водоснабжения наблюдается неизбежный и закономерный процесс - накопление в оборотной воде от цикла к циклу водооборота вредных примесей. Возникает необходимость вывода с водооборота определенного количества сточной воды (так называемой продувочной воды), которая характеризуется высокой концентрацией загрязняющих веществ и малым объемом сточной воды.

Рис. 1.1. Схема бессточного водообеспечения фабрики обогащения полиметаллических руд: 1 - обогатительная фабрика; 2-4 - сгустители медного, свинцового и цинкового концентратов; 5 - отстойники; 6 -насосная станция оборотной воды; 7 - хвостохранилище, 8 - задвижки; 9 - пруд-отстойники; 10 - насосная станция технического водопровода; I -хвостопровод; II

Кроме того, в случае использования в качестве оборотной воды одних лишь хвостов флотации происходит накопление тонкодисперсной минеральной взвеси (шламов) и остаточных органических флотореагентов, а при использовании общих хвостов - растворенных ионов, особенно главных солевых ионов тяжелых металлов Си2+, РЬ2+, Zn2+ и остаточных органических флотореагентов [19,69,101]. Все это в условиях водооборота изменяет флотируемость руд, затрудняет селекцию и приводит к снижению показателей обогащения, достигнутых при прямоточной системе водоснабжения. Процесс накопления вредных примесей в оборотной системе не беспределен и заканчивается с образованием устойчивой равновесной системы в цикле водооборота [19]

На обогатительных фабриках применяют схемы поциклового, поцехового и общего водооборота. Схема поциклового водооборота предполагают возврат очищенных стоков в то