Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературных источников по за грязнению окружающей среды золоторудными приисками 8
1.1. Загрязнение атмосферы 8
1.2 Загрязнение вод ^
1.3. Нарушение гидрологической сети и режима подземных вод
1.4 Нарушение и загрязнение земной поверхности ^
ГЛАВА 2. Основные сведения о месторожцении медлен
2.1. Административное положение и краткие физико-географические данные
2.2. Экономическая освоенность района Медден
2.3. Геолого-экономическая оценка месторождения 25
2.4. Геологическая характеристика Маабир-Габарского района 27
2.5.Геохимические особенности пород района Медден -Q
2.6. Характеристика оруденсния ~ „
2.7Характеристика рудных минералов 40
2.8. Типы и сорта руд
2.9. Анализ публикаций по извлечению золота и тяжелых металлов из золотосодержащей руды „
ГЛАВА 3. Теоретические решения и технологические рекомендации извлечения золота и тяжелых металлов при минимальном негативном воздействии на экологию в районе месторождения медцен 59
3.1, Обобщенные сведения о факторах разработки золотоносных жил в районе месторождения Медлен 59
3.2, Теоретическое обоснование влияния объемного веса на я дальность разлета частиц при обогащении руд 60
3.3, лабораторная установка и методика эксперимента по анализу разлета кусков рудной массы 69
3.4.Расчетное и экспериментальное обоснование влияния объемного веса минерала па дальность разлета частиц рудной масса... 73
3.5.Описание лабораторной установки разгона частиц на ленточном конвейере и методики эксперимента 80
3.6. Рекомендация к внедрению результатов физических экспериментов 82
3.7. Основные парамегры технологии гравитационного обогащения золотоносных руд 88
ГЛАВА 4 Эксперименты по обеспыливанию воздуха в модулях
4.1. Основные методы и устройства очистки воздуха от пыли 91
4.2.Улавливание пыли циклонными аппаратами 96
4.2.1 Механизм циклонной сепарации пыли
4.2.2. Факторы, влияющие на процесс сепарации в циклоне
4.3. Влияние физических параметров пыли и воздуха на работу циклопа 107
4.4. Влияние технологических параметров на работу циклона 109
4.5. Влияние конструктивных параметров на работа циклона 112
4.5.1 Влияние глубины погружения выхлопной трубы в циклоне на эффективность его работы 112
4.5.2. Влияние конусной части циклонов на их работу- 116
4.5.3. Влияние диаметра циклона на их показатели работы 120
Заключение 124
Список литературы 126
- Загрязнение атмосферы
- Административное положение и краткие физико-географические данные
- Обобщенные сведения о факторах разработки золотоносных жил в районе месторождения Медлен
- Основные методы и устройства очистки воздуха от пыли
Введение к работе
Горное предприятие представляет собой комплексный источник влияния на окружающую среду и характеризуется разнообразием воздействия и состава загрязняющих веществ.
Специфика влияния золоторудного горного предприятия на окружающую среду обусловлена геолога-геохимическими особенностями месторождения, применяемой техникой и технологией его разработки. Распространение загрязняющих веществ в технологических цепях связано с технологией добычи и обогащения добываемой рудной массы. Кроме того, горное предприятие оказывает негативное воздействие на окружающую природную среду посредством нарушения недр и земной поверхности.
В покрываю [цих и подстилающих породах некоторых золотоносных месторождений имеются такие элементы, как ртуть, свинец, мышьяк, цинк, и кадмий, т.е. экологически токсичные элементы, что обуславливает отрицательное воздействие горнодобывающих предприятий на окружающую среду. Главным фактором преобразования окружающей среды являются техногенные процессы, формирующиеся при эксплуатации объектов горного производства. Извлечение из недр громадных объемов горных пород и их размещение в отвалах и шламохранилищах нарушают значительные регионы, как по площади, так и по глубине.
Кроме того, непосредственно на поверхности рудника, в отвалах, складах забалансовых объемов происходят процессы пылеобразования и окисления, что в свою очередь приводит к загрязнению ночвы, воздуха, поверхностных и подземных вод.
В результате производства горных работ происходят изменения свойств природный среды, создаются новые гидрогеологические условия в горнопромышленных регионах. При эксплуатации хранилищ промстоков происходят инфильтрационпые потери воды, вызывающие начальный этап возникновения очагов загрязнений, от которых начинается миграция токсичных компо-
нентов в подземных водах.
Существенное негативное влияние оказывают процессы дробильно-обогатительной технологии посредством вредных выбросов в атмосферу, пылением шламохранилищ. Отходы обогащения (хвосты) после их осушения легко подвергаются разрушению ветром, также легко переносятся по воздуху, образуя периодически пыльные бури, что приводит к рассеиванию механических и химических загрязнений в почвенном покрове ив поверхностных водах.
Под влиянием интенсивной и длительной разработки месторождений может измениться даже сейсмический режим территории. В районах действующих карьеров и шахт изменяются свойства пород в массиве в результате перераспределения напряжений, осушения, взрывных, вибрационных воздействий и сопутствующих этим процессам деформаций.
Названные негативные факторы воздействия на окружающую среду соответствуют условиям географических регионов, где есть в достаточном количестве вода, умеренная температура воздуха, достаточное для обслужившая горных предприятий количество рабочих рук. Мало изучены возможности разработки месторождений во взаимоувязке технологии добычных работ массы металлов, структурой и текстурой минерала, а так климатическими и географическими условиями субтропиков.
Поэтому детальное изучение геологической и гидрологический характеристики и минералогического состава руды и вмещающих пород и разработка технологических рекомендаций, сводящих к минимуму негативное влияние горных работ на окружающую среду является актуальной задачей, особенно для Йемена, где частые пыльные бури, недостаточно воды для пищи, тем более для технических нужд, практически отсутствует рабочая сила должной квалификации.
В связи с вышеизложенным определена задача изыскания и обоснования технологии первичной переработки рудной массы, извлекаемой из золотоносных жил месторождения Медден, учитывающей ограниченность ресурсов
исследуемого геологического района, и оказывающей минимальное негативное воздействие на окружающую среду(атмосферу, поверхность, среда обитания людей, животного и растительного мира).
Загрязнение атмосферы
В крупных горнопромышленных районных в воздушный бассейн поступают пыль, сернистый ангидрид, окись углерода, сероводород, окислы азота и другие соединения, которые оказывают отрицательное влияние на окружающую природную среду.
Загрязненность атмосферы имеет место при всех основных производственных процессах и при эксплуатации производственных объектов приисков (шахт, карьеров, россыпей).
На подавляющем большинстве приисков подготовка горных пород к выемке осуществляется буровзрывным способом. Массовый взрыв на руднике является мощным периодическим источником выброса в атмосферу большого количества пыли и газов. За один массовый взрыв на карьере выбрасывается в атмосферу до 100-250 т пыли и до 6000-10000 м3 вредных газов. Пылегазо-вое облако при массовом взрыве распространяется по направлению ветра па значительное расстояние (10-14 км). В очистных забоях золоторудных шахт и карьеров выброс в атмосферу ныли и газа значительно ниже.
Пыление при выемке и погрузке горной массы из развала взорванных горных пород, весьма значительно, если не применяются специальные мероприятия по пылеподавлению. [ 1 ]
При транспортировании грузов особенно большое загрязнение атмосферы имеет место при эксплуатации автотранспорта, который является передвижным источником газовыделений и механического подъема пыли. Токсичными выбросами двигателей внутреннего сгорания являются отработавшие газы. Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами. Пылящие поверхности сооружений прииска являются одним из мощных ис точников пылевыделений. К ним относятся откосы отвалов и хвостохрани-литц. Их воздействие на окружающую среду усугубляется большими площадями, которые они занимают, [і] Эти площади имеют нарушенную поверхность, на которой под воздействием атмосферных условий интенсивно происходят процессы пьтлеобразования.
Кроме описанных источников загрязнения атмосферы в качестве специфического загрязнителя воздушной среды можно рассматривать технический шум.
Мощными источниками шума на приисках являются энергетические и технологические машины и установки, транспортные средства. В большинстве случаев шум от оборудования распространяется на значительные расстояния. От мощных же источников шума звуковое загрязнение распространяется па больших территориях. На незначительные расстояния в воздушной среде распространяются ударные и сейсмические волны при производстве взрывов.
Разработка месторождений полезных ископаемых приводит к количественному и качественному истощению водных ресурсов. Основные причины качественного истощения водных ресурсов - это их загрязнение и засорение. Основными источниками загрязнения и засорения вод являются промышленные и бытовые сточные воды, под которыми понимаются воды, использованные на бытовые или производственные нужды и получившие при этом дополнительные примеси, изменившие их первоначальный химический состав или физические свойства, а также воды, стекающие с территорий населенных пунктов, промышленных предприятий и сельскохозяйственных полей с осадками дождей и ливней. [2 ]
В зависимости от происхождения воды и качественных характеристик примесей сточные воды разделяются на три основные категории: бытовые, производственные (промышленные), атмосферные.
К производственным сточным водам относятся воды, использованные в технологических процессах и уже не отвечающие требованиям, которые предъявляются этими процессами к качеству, а поэтому подлежащие удалению с территорий предприятий. К ним относятся также поверхностные и подземные воды, откачиваемые па поверхность земли при добыче полезных ископаемых. Среди них различают- в зависимости от способа добычи пгахтные. а также дренажные воды, образуемые при осушении шахтных полей, Под влиянием загрязняющих веществ в водных объектах происходят первичные, вторичные и третичные изменения.
Первичные изменения возникают при прямом воздействии загрязняющих веществ на водные объекты. Выражаются они в изменение физико-химических и биологических свойств воды, ее состава, температуры, годового режима и других условий обитания гидробионтов.
Административное положение и краткие физико-географические данные
В результате ежегодного изъятия земель для гражданского и иного строительства, роста населения, отвода земель под горные разработки и на другие нужды площадь сельскохозяйственных угодий в расчете на душу населения в мире непрерывно уменьшается.
Темпы снижения количества пахотных земель на каждого жителя в различных странах различны и зависят в основном от усилий общества по охране земельных ресурсов.[2]
По оценкам специалистов, для того, чтобы производить в достаточном количестве на-месте.потребления-такую сельскохозяйственную продукцию, как овощи, картофель, мясо, молоко, необходимо ориентировочно иметь на душу населения 1,7 га сельскохозяйственных угодий, в т.ч 0,25 га пашни. Однако уже сейчас в ряде административных районов и даже стран в целом показатель сельскохозяйственных угодий ниже необходимых ориентировочных величин, В Йемене в настоящее время на душу населения приходится 4.7 сельскохозяйственных угодий, в т.ч. 0,05 га пашни. Земельный отвод [орного предприятия представлен нарушаемыми и не на рушаемыми землями. Удельный вес нарушаемых земель земельного отвода составляет 60-95%.
При добыче полезных ископаемых наряду с непосредственным нарушением земной поверхности при производстве горных работ, происходит загрязнение прилегающей территории, возникают очаги эрозии. Почвенный слой подвергается физическому, механическому и химическому воздействию. Физическое нарушение структуры почв связано с изменением режима почвенных и подземных вод, ландшафта и деформациями поверхности. Механическое нарушение почв происходит из-за их загрязнения пылением отвалов, шламохранилищ и пылью, образующейся при выполнении основных технологических процессов при добыче и переработке полезных ископаемых. Химическое нарушение почв обусловлено их загрязнением технологическими отходами; и выбросами в атмосферу вредных газов при выполнении основных технологических. процессов. В результате естественного выщелачивания вредных элементов из рудных складов, пустых пород и хвостохрани-лищ происходит загрязнение атмосферы, почвенных вод и почв прилегающих территорий.
Одно из важнейших условий охраны окружающей природной среды при производстве горных работ—бережное отношение к земле, основанное на рациональном землепользовании, под которым следует понимать порядок, размеры и интенсивность изъятия земель под горные работы и их возврат в народнохозяйственное использование при минимальных затратах средств на временное отчуждение земель. Это может быть достигнуто при изыскания тех нол огич еских решений, позволяющих уменьшить размеры нарушений земель горным работами И; ускорить их возврат в народнохозяйственное использование с максимальным эффектом.
Основной жизни местного населения района Медден, занимающегося, главным образом, овцеводством, являются подземные воды используемые в хозяйственно- питьевых целях через родники и колодцы. На подземных водах устроен и водозабор поселка Медден. Поэтому проблема сохранности под земных вод от заірязнения является главной, жизненно важной. В технологической цепи добыча-фанепортировка-переработка руд особую опасность в этом отношении будут представлять отработанные воды и хвосты золотоизвлекательной фабрики, обогатительный процесс которой предположительно основан на цианировании руд.
Схема обогащения включает в себя использование оборотных вод, сгущение хвостов и уничтожение цианида. Тем не менее, обязательны дополнительные меры, гарантирующие исключение попадания в подземные воды цианистых растворов или профильтровавшихся через отвалы хвостов атмосферных осадков. Такими мерами должны явиться надежная гидроизоляция дна хво-стохранилище и высота дамб, исключающая перелив заполняющих хвосто-хранилища вод в период ливневых дождей.
К этой же проблеме относится необходимость очистки шахтных вод, поступающих из основных штолен, и воды, используемой в транспортном и механическом цехах, как минимум, путем устройства отстойников с песчаным фильтром. Это же касается создания и поддержания надлежащих санитарных условий в жилых и вахтовых поселках.
При строительстве объектов инфраструктуры, дорог, водопроводов и других коммуникаций необходимо максимально сохранять древесігую и кустарниковую растительность, являющуюся основой кормов для мелкого рогатого скота и верблюдов.
Обобщенные сведения о факторах разработки золотоносных жил в районе месторождения Медлен
Геологические партии Советского Союза и Великобритании детально исследовали месторождение. Установлено, что: 1) количество осадков не превышает 50мм. в год, 2) количество дождливых дней в году не превышает 5, 3) подземные воды с суточным дебитом 548 м питают население на прибрежной морской зоне и эти воды используются для полива сельхозугодий, 4) отсутствуют пески, поэтому его получают путем дробления прочных пород, 5) рассмотрены и рекомендованы две технологические схемы обогащения золотоносной руды с использованием мокрого способа обогащения (гравитационный и флотации), для чего необходим суточный приток воды восполняющий потери при кругообороте технологической воды 600м3 ,6) отсутствует грамотная рабочая сила.
Первые три фактора практически исключают возможность извлечения золота традиционными методами на месте разработки рудных тел, так как воздействие на экологию практически приведет к закрытию земледелия и животноводства в регионе Медден. Для работников рудника необходимо привозить питьевую воду за 150-200 км. Фильтрация сквозь тело хвостохра-нилища фотореагентов и цианидов с тяжелыми металлами надолго отравит поверхность и недра, через водоносных горизонта.
Исправить недостатки, присущие мокрому обогащению, возможно внедрением исследованных технических и технологических решений.
Так в учебниках [б,7,8] по обогащению руд указывается, что скорость падения частиц различна для частиц различающихся как по крупности, так и по плотности. Указанный фактор используется в практике извлечение золота из песков применением мокрого способа гравитационное обогащение. Гравитационное обогащение в воздушной среде на практика не применяется. По нашему мнению названный факт объясняется, прежде всего, большой запыленностью воздушного пространства и большими потерями драгоценного металла.
Проверить указанную гипотезу и разработать технические решение возможно физические экспериментом.
Теоретическое - обоснование влияния объемного веса на дальность разлета кусков взорванного массива или выброшенных механическими устройствами является научным исследованием с использованием законов классической механики.
Геологическим опробованием рудных тел месторождения Медлен установлено, что объемный вес кварца в 6,4 раза меньше объемного веса золота (р = 2,7 кг/см3, р зол -17,3 кг/см3).
Из второго закона Ньютона (1.7) следует, что при равномерно ускоренном движении горизонтально брошенного тела оно летит по параболической траектории.
Решая уравнение равномерно ускоренного движения для условий выброса горной массы с постоянной скоростью v, с высоты h, получим формулу, по которой определяется дальность разлета кусков рудной массы 8(формулаЗ. 1.).
Из уравнения равномерного движения по горизонтали тело одновременно совершает равномерное движение и свободно падает. Связь между выстой и дальностью разлета тела определяется: где S- дальность разлета кусков породы, м А- Высота падения, м; v - Начальная скорость вылета куска, м/сек; g - Ускорение силы тяжести, м/сек4. Сила трения покоя куска, крутящегося с диском определяется из Уравнения (3.7):
В работе /3.1/ описывается связь между процессом перемещения и разрушением породы в момент взрыва. Указано, что процесс формирования развала породы тесно связан с механизмом и особенностями процесса ее разрушения. Таким образом в качестве исходного положения при разработке методических основ расчета перемещения скальных горных пород энергией взрыва должен служить учет вполне определенного механизма разрушения, наиболее полно отражающего физическую сторону процесса.
В исследуемых условиях взаимодействие сил инерции рудной массы и механизма разгона отдельных частиц проще.
Именно поэтому изыскание соотношения величин считаем возможным определять по теории взрывного выброса кусков.
Одним из путей решения задач инженерно расчета взрыва является анализ общих закономерностей развития взрывного процесса и последующее построение расчетных формул с учетом реальных условий и реальных свойств горных пород.
Форма развала выбрасываемей рудной массы полностью обусловлена кинематикой отдельных кусков породы после соприкосновения с диском их начальной скоростью и направлением движения. В конечном итоге начальная скорость движения определяет не только ширину развала, но и другие его геометрические параметры.
В соответствии с данными [4] А.Н.Ханукаева доминирующим фактором взаимодействия являются прямые и отраженные волны напряжений. Наиболее эффективным средством описания условий служат положения волновой теории і- взрыва с использованием аппарата динамической теории упругости.
В качестве предпосылки к расчету начальной скорости движения отдельных кусков массы применяется рассмотрение механизма разрушение породы, основы которого были заложены в исследованиях О.Е,Власова[5].
Процесс воздействия взрыва на породу подразделен на три последов-тельных фазы. В течение первой фазы происходит передача энергии заряда окружающей среде без каких-либо ее разрушений. Поведение среды в этот период носит упругий характер, поэтому длительность первой:фазы определяется скоростью распространения упругих волн.
Основные методы и устройства очистки воздуха от пыли
Определяющими показателями работы циклонных пылеуловителей являются: эффективность пылеулавливания, производительность по газу, аэродинамическое сопротивление, стоимость изготовления, монтажа и эксплуатация.
На аэродинамическое сопротивление и эффективность улавливания пыли циклонных аппаратов, кроме конструктивных особенностей, главенствующее влияние оказывает режимы их работы. Эффективность очистки повышается с увеличением скорости входа потока в циклон, как следствие развивающейся центробежной силы.
Известно, что при значениях скорости входа менее 12 м/с возрастает вероятность выпадения пылевых частиц в подводящих трубопроводах, а увеличение её более 25 м/с повышает энергетические возможности радиальных составляющих потока, направленных к центру аппарата, это способствует получению обратного эффекта — десепарации пылевых частиц за счёт уноса крупных фракций пыли выходным потоком, а также приводит к значительному возрастанию гидравлического сопротивления и эрозии стенок корпуса аппарата [18, 28, 29].
В прямой зависимости от скорости входа потока находится степень закручивания газоиылевой смеси. Рациональна конструкция аппарата, в котором смесь совершает два - три оборота [30,3Ї, 29]. Большее число оборотов ослабляет влияние скорости входа, способствует "стиранию" пыли с внутренней поверхности кожуха циклона, снижая этим эффективность работы циклона, менее - не обеспечивает необходимое формирование сепарационных эффектов и благодаря "прыгучему" [31] характеру движения пылевых частиц также способствует увеличению уноса пылевых частиц.
Единая методика сравнительных испытаний пылеуловителей [40] рекомендует выбирать входную скорость потока в циклон в пределах 18-22 м/с.
Исследования Кирпичева Е.Ф. [28] показали, что при повышении температуры газов на 100 С коэффициент полезного действия элемента батарейного циклона понижается примерно на 1%. Снижение интенсивности сепарации пылевых частиц при этом происходит из-за повышения вязкости сопротивления воздуха (газа), обусловленного увеличением температуры.
Зайнули З.Ф. полагает, что при затухании циркуляционного движения газов и циклоне главную роль играет не молекулярная, а "турбулентная вязкость", превышающая численное значение коэффициента молекулярной вязкости обычно во много раз [33].
Влияние турбулентности на сепарацию пылевых частиц, происходящую под действием внешних сил, связано прежде всего с присущими турбулентным потокам поперечными пульсационными скоростями. Изменение пульсационных скоростей по сечению криволинейных потоков недостаточно исследовано и поэтому сложно оценить влияние турбулентности на ход сепарации в циклонах, так как имеются по этому вопросу противоречивые сведения. О положи тельном влиянии турбулентности на эффективность пылеулавливания циклопов говорится в работах Вулиса Л.Л. и Устименко Б.П. [34] и Чин-Ко-Фы [35]. Однако,Фукс И.А.[Зб] указывает, что турбулентность должна уменьшать действительную эффективность пылеулавливания.
Специфическое влияние на показатели работы циклона оказывается пристенный пограничный слой. Частица, попавшая в него, замедляет своё движение и, в зависимости от формы и размеров, скользит или перекатывается по стенке в бункер. За пределами этого слоя вращающаяся частица может приобрести дополнительную подъёмную силу, превосходящую силу тяжести [16]. Толщина пограничного слоя в основном зависит от характера течения и шероховатости стенок аппарата. При ламинарном движении потока на толщину слоя влияют оба фактора; при турбулентном _ сказывается влияние режима движения. Сведение о толщине пограничного слоя в аппаратах центробежного разделения также весьма противоречивы. Так, по Ра-зумову И.М. и Сычевой A.M. [27], она составляет 10 - 20 % от размера потока, а по вычислениями Бадевадта (приведенным Пирумовым А.И. [16]) измеряется микронами.
Сандборы и Лю, рассматривая структуру пограничного слоя, отмечают, что с увеличением скорости потока средняя толщина его возрастает; Фукс Н.А. [36], придерживаясь этого же мнения, указывает на возможность отрыва пограничного слоя при развитом турбулентном режиме. Кузин М.Г. [37] обращает внимание на то, что пограничный слой с увеличением значения критерия Рсйнольдса переходит из ламинарного в турбулентный с ламинарным подслоем, при этом скачкообразно увеличивается толщина турбулентного пограничного слоя.
Исследования Мюльрада показали, что степень очистки воз растает, а аэродинамическое сопротивление, наоборот, уменьшается при увеличении запыленности воздушного потока. Миклин Ю.А., Романков П.Г.,Фролов В.Ф. [38] объясняют последнее затратами энергии на транспортирование твёрдой фазы. Возрастание эффективности циклонов с увеличением запыленности по Спроулу объясняется тем, что взвешенные частицы пыли гасят турбулентность и изменяют вязкость потока. Идельчик И.Е. и Мальгин А.Д.[39], Рачинский А.В.[40] объясняют это торможением вращающегося пылевоздушного потока с одновременным осаждением пылевых частиц на стенки, что уменьшает массу, а, следовательно, и кинетическую энергию потока на транспортировку пылевых частиц. Последнее подтверждает своими опытами Китаура.
