Введение к работе
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 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-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.
