Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния и основных направлений развития технологий переработки техногенных вод горных предприятий 13
1.1. Условия формирования техногенных вод медно-цинковых горных предприятий 13
1.2. Анализ современных методов переработки техногенных вод горных предприятий 50
1.2.1. Применение ионной флотации для извлечения тяжёлых металлов из техногенных вод 50
1.2.2. Обзор современных методов рационального подбора реагентов-собирателей для ионной флотации 61
1.2.3. Особенности электрофлотационного способа извлечения металлов из техногенных вод 81
1.3. Оценка способов утилизации шламов переработки техногенных вод медно-цинковых горных предприятий 97
Выводы по главе 1 (обоснование выбора направления исследования и постановка задач) 101
Глава 2. Экспериментальная оценка процессов комплексного извлечения ценных компонентов из техногенных вод с получением высоколиквидных кондиционных продуктов 105
2.1. Задачи экспериментальных исследований 105
2.2. Методики определения содержания и состава компонентов, участвующих в процессе ионной флотации 107
2.2.1. Определение меди (II) с пикрамин эпсилоном 107
2.2.2. Определение меди (II) ионометрическим методом 108
2.2.3. Определение железа с сульфосалициловой кислотой 108
2.2.4. Определение железа потенциометрическим методом 109
2.2.5. Определение цинка с Родамином С 110
2.2.6. Определение марганца с персульфатом аммония 111
2.2.7. Методики проведения ИК - Фурье - и хромато - масс - спектрометрии 111
2.2.8. Методика проведения гибридного метода: термогравиметриче ской и дифференциально-сканирующей калориметрии в совмещении с ИК- Фурье и масс - спектрометрией отходящих газов 112
2.3. Методики исследования свойств растворов реагентов собирателей 114
2.3.1. Определение растворимости реагентов-собирателей 114
2.3.2. Определение констант кислотной диссоциации реагентов 114
2.4. Методики приготовления реагента РОЛ, изучения его свойств и регенерации 115
2.4.1. Предварительная подготовка сырья к химической деструкции 115
2.4.2. Методика получения реагента РОЛ методом химической деструкции полиэтиленгликольтерефталата 116
2.4.3. Методика расчёта произведения растворимости комплексов «субстрат - реагент РОЛ» 117
2.4.4. Методика регенерации реагента РОЛ 118
2.5. Методы проведения расчётов квантово-химических параметров субстратов, реагентов-собирателей и систем «субстрат-реагент» 119
2.6. Методы исследования влияния добавляемых реагентов на эксплуатационные свойства образующихся шламов 122
2.6.1. Определение оптимального количества реагента-осадителя в процессе нейтрализации кислых вод 122
2.6.2. Изучение кинетических кривых осаждения полученных шламов нейтрализации 122
2.6.3. Определение плотности и влажности шламов нейтрализации 123
2.6.4. Методика приготовления растворов реагентов-флокулянтов 123
2.6.5. Определение относительной, кинематической, приведённой, удельной, логарифмической приведённой, характеристической вязкостей растворов и расчёт молекулярной массы реагентов-флокуляторов 124
2.6.6. Оценка флокулирующего действия реагентов 126
2.7. Методики проведения флотационных испытаний 127
2.7.1. Методика проведения испытаний методом напорной флотации 127
2.7.2. Методика проведения испытаний методом электрофлотации 128
2.8. Методики реутилизации твердой дисперсной фазы, образовав шейся в процессе переработки техногенных вод 130
2.8.1. Применение программного продукта «Shlam» для реутилизации шламов нейтрализации 130
2.8.2. Методика получения цинкового купороса ZnS04 х 7Н20 131
2.8.3. Методика получения медного купороса CuS04 х 5Н20 132
2.9. Методика исследований процесса электрофлотационного извлечения марганца 133
2.9.1. Методика проведения эксперимента на электролизной установке 133
2.9.2. Методики экспериментальных исследований процесса окисли тельного осаждения ионов Мп «активным хлором» 134
2.9.3. Методики экспериментальных исследований процесса электрофлотационного извлечения дисперсной фазы марганца 139
2.9.4. Методики исследования физико-химических свойств дисперсной фазы марганца, полученной при электрокоагуляционном извлечении 141
Выводы по главе 2 144
Глава 3. Методология создания ресурсовоспроизводящих технологий переработки техногенного гидроминерального сырья 144
Глава 4. Экспериментальное изучение процессов выделения и концентрирования меди (II), цинка, марганца (II) методами осаждения из техногенных вод медно-цинковых горных предприятий 151
4.1. Исследование процесса осаждения меди, цинка и марганца в присутствии железа из техногенных вод методом нейтрализации 151
4.2. Реутилизация шламов нейтрализации 165
4.3. Влияние процессов коагуляции и флокуляции на интенсификацию и полноту осаждения полезных компонентов из техногенных вод 176
4.3.1. Определение молекулярных масс реагентов-флокулянтов 176
4.3.2. Изучение влияния реагентов-флокулянтов на полноту осаждения ценных компонентов из модельных растворов при различных значениях рН 183
4.3.3. Исследование кинетики осаждения дисперсной фазы и расчет флоккулирующего эффекта добавляемых реагентов 186
4.3.4. Изучение влияния коагулянтов на величину флокулирующего эффекта 193
4.4. Исследование процесса окислительного осаждения марганца (II) из техногенных вод 197
4.4.1. Изучение процессов реагентного окислительного и электро-окис-лительного осаждения марганца из поликомпонентных систем 198
4.4.2. Изучение процесса электрокоагуляционного выделения и концентрирования марганца (II) из растворов в виде дисперсной фазы 201
4.4.3. Исследование состава продуктов электрокоагуляционного выделения и концентрирования марганца 209
4.4.4. Механизм электрокоагуляционного выделения и концентрирования марганца из растворов в виде дисперсной фазы 213
4.5. Квантово-химические исследования параметров реакционной способности субстратов меди, цинка, железа и марганца и установление их эффективных извлекаемых форм 218
Выводы по главе 4 233
Глава 5. Исследование процессов флотационного извлечения меди (II), цинка, марганца (II) из техногенных вод медно-цинковых горных предприятий 237
5.1. Квантово-химический метод выбора реагентов-собирателей для флотационного извлечения катионов меди (II) и цинка из техногенных вод горных предприятий 237
5.1.1. Исследование квантово-химических ПРС молекул известных реагентов-собирателей, применяемых для флотационного извлечения катионов тяжелых и цветных металлов их техногенных вод 238
5.1.2. Квантово-химическая оценка возможности образования наиболее устойчивых систем «субстрат-реагент», способных к самосборке комплексов цинка и меди (II) на примере взаимодействия с 1,2 - диацил-гидразином 250
5.1.3. Изучение корреляционной зависимости между ПРС реагентов-собирателей и их флотационной активностью 263
5.1.4. Выбор реагентов-собирателей для ионной флотации меди (II) и цинка на основе принципа «структура-свойство/активность-свойство» 272
5.1.5. Исследование перспективных реагентов-собирателей для ионной флотации цинка и меди (II) - сложных эфиров терефталевой кислоты, обладающих оптимальным набором ПРС 276
5.1.6. Разработка реагента-собирателя РОЛ для ионной флотации цинка и меди (II) из техногенных вод горных предприятий 284
5.1.7. Изучение особенностей механизма действия реагента РОЛ при флотационном извлечении цинка и меди (II) из техногенных вод 295
5.1.8. Исследование структуры и химического состава продуктов взаимодействия реагента РОЛ с субстратами цинка и меди 307
5.1.9. Применение сложных эфиров терефталевой кислоты для флотации углей низкой стадии метаморфизма 320
5.2. Исследование особенностей извлечения марганца из техногенных вод методом электрофлотации 326
5.2.1. Изучение механизма извлечения марганца из техногенных вод методом электрофлотации 326
5.2.2. Выбор конструкции и материала электродов в электрофлотационной камере аппарата 329
5.2.3. Изучение кинетики электрофлотационного извлечения марганца из водных растворов 332
5.2.4. Влияние плотности тока на электрофлотационное извлечение дисперсной фазы марганца из водных растворов 337
Выводы по главе 5 342
Глава 6. Разработка и апробация ресурсовоспроизводящих технологий комплексной переработки техногенных вод медно - цинковых горных предприятий 347
6.1. Разработка и обоснование ресурсовоспроизводящей технологии комплексной переработки техногенных вод с приоритетным содержанием цинка и меди (II) на основе метода ионной флотации 347
6.2. Обоснование эколого-экономической эффективности комплексной переработки техногенных вод ОАО «Гайский ГОК» с приоритетным содержанием цинка и меди 356
6.3. Разработка и обоснование ресурсовоспроизводящей технологии комплексной переработки техногенных вод с высоким содержанием марганца на основе метода электрофлотации 372
6.4. Обоснование эколого-экономической эффективности ресурсовоспроизводящей технологии комплексной переработки кислых подотвальных вод ЗАО «Бурибаевский ГОК» с высоким содержанием марганца на основе метода электрофлотации 386
Выводы по главе 6 398
Заключение 401
Библиографический список 404
Приложения 434
- Условия формирования техногенных вод медно-цинковых горных предприятий
- Методики экспериментальных исследований процесса окисли тельного осаждения ионов Мп «активным хлором»
- Исследование квантово-химических ПРС молекул известных реагентов-собирателей, применяемых для флотационного извлечения катионов тяжелых и цветных металлов их техногенных вод
- Обоснование эколого-экономической эффективности ресурсовоспроизводящей технологии комплексной переработки кислых подотвальных вод ЗАО «Бурибаевский ГОК» с высоким содержанием марганца на основе метода электрофлотации
Введение к работе
Актуальность проблемы. Современное горнопромышленное производство не располагает полностью безотходными и экологически безвредными технологиями, что приводит к загрязнению атмосферы, почвы, поверхностных и подземных вод, накапливанию твердых и жидких отходов, а также к нерациональному использованию природных ресурсов. Особую опасность представляют минерализованные кислые воды медно-колчеданных месторождений Урала, объемы которых достигают 4 млн. м /сут. и характеризуются аномально высоким содержанием (для подотвальных вод) катионов цинка (от 20-653 до 9734 мг/дм ), меди (II) (от 75-644 до 1884 мг/дм3), марганца (II) (от 190-653 мг/дм3 до 1900 мг/дм3) и железа (II, III) (от 308-760 до 18560 мг/дм3). Запасы гидроминерального сырья, образованного в результате деятельности горно-обогатительных предприятий, сопоставимы по отдельным элементам с известными месторождениями твердых полезных ископаемых. Переведение любых отходов в качественное сырье для других отраслей и их превращение в новые продукты (реутилизация) является концептуальной основой теории и практики комплексного использования гидротехногенного сырья.
Ведущие научно-исследовательские институты России (НИКОИ РАН, Иргиредмет, Гин- цветмет и др.) активно занимаются проблемами извлечения ценных компонентов из техногенного и природного минерального сырья. Большой вклад в изучение теоретических основ процессов переработки техногенного гидроминерального сырья внесли отечественные и зарубежные ученые Б.Н. Ласкорин, А.М. Гольман, В.А. Чантурия, К.Н. Трубецкой, Г.Н. Назарова, В.П. Небера, П.М. Соложенкин, В.М. Авдохин, В.А. Бочаров, В.Е. Вигдергауз, Е.В. Зелинская, М.И. Манцевич, Ю.П. Морозов, В.Я. Мостович, В.П. Мязин, А.В. Радушев, Ю.Б. Рубинштейн, М.В. Рыльникова, В.Д. Самыгин, А.В. Тарасов, К.В. Федотов, И.В. Шадрунова, Т.С. Юсупов, E. Mane, T.A. Pinfold, F. Sebba, J. Lusher, W. Walkowiak, K. Jurkewicz, A.J. Rubin, R. Lemlich и др.
Анализ выполненных исследований показал, что, несмотря на большую теоретическую и практическую значимость, в них недостаточное внимание уделялось флотационным методам выделения и концентрирования ионов тяжелых металлов, выбору селективных флотационных реагентов, не изучен механизм взаимодействия с ионами цинка, меди, марганца, что не позволяет разрабатывать комплексные технологии переработки техногенных вод, включающие извлечение ценных компонентов, их реутилизацию и получение очищенной воды, что является актуальной научной и важной хозяйственной проблемой, влияющей на развитие горнодобывающей отрасли в целом, и имеет социальное значение. Внедрение таких технологий позволяет достичь значительных технико-экономического и экологического эффектов.
Основой таких технологий является флотационный метод выделения и концентрирования тяжелых металлов из техногенных вод горных предприятий, так как он высокоэффективен и экономически обоснован, характеризуется простотой технологических операций, высокой производительностью, низкой потерей органического реагента, хорошей сочетаемостью с другими способами переработки, комбинирует преимущества методов сорбции, экстракции и химического осаждения с возможностью удаления взвешенных частиц, что позволяет проводить глубокую переработку данного вида сырья. Научное обоснование, разработка и использование флотационных методов в составе комплексных технологий переработки техногенных вод невозможны без предварительных исследований химических, физико-химических, квантово- химических и технологических свойств извлекаемых субстратов (тяжелых металлов), извлекающих агентов (осадителей, окислителей и реагентов-собирателей), без изучения механизма процессов флотационного извлечения, без управления этими процессами с помощью направленного выбора реагентов-собирателей при применении ионной флотации и внедрения энергосберегающего оборудования при проведении электрофлотации.
Работа основана на результатах НИОКР, выполненных в Магнитогорском государственном техническом университете по грантам РНП 2.1.2.6594, РФФИ 10-05-00108а и Государственному контракту № 02.740.11.0038, а также по прямым хоздоговорам с ОАО «Гайский ГОК» (г. Гай, Оренбургская область), ОАО «Учалинский ГОК» (г. Учалы, Башкортостан), ОАО «Башмедь» (г.Сибай, Башкортостан) в 2007-2011 г.г. при непосредственном участии автора.
Цель диссертационной работы - разработка теоретических основ и создание ресурсо- воспроизводящих технологий с максимальным извлечением ценных компонентов из техногенных вод медно-цинковых горных предприятий.
Идея работы заключается в прогнозной количественной оценке взаимодействий всех компонентов флотационных систем на основе параметров их реакционной способности; в разработке методологии создания ресурсовоспроизводящих комплексных технологий переработки техногенных вод.
Основные задачи исследований:
разработать методологию создания ресурсовоспроизводящих технологий переработки техногенных вод с максимальным извлечением ценных компонентов;
установить особенности процессов осаждения полезных компонентов из техногенных вод методом нейтрализации и окислительного электроосаждения;
определить влияние процессов флокуляции и коагуляции на интенсификацию и полноту выделения ценных компонентов из техногенных вод;
теоретически обосновать возможность применения комплекса флотационных методов для создания технологий глубокой переработки техногенных вод;
обосновать квантово-химический метод выбора реагентов-собирателей на основе расчета комплекса параметров реакционной способности и изучить механизм взаимодействия реагента РОЛ с цинком и медью при извлечении методом ионной флотации;
выявить особенности механизма электрофлотационного излечения марганца и обосновать оптимальные варианты новых конструкционных решений флотационного аппарата;
разработать технологическую схему ресурсовоспроизводящей технологии комплексной переработки техногенных вод с приоритетным содержанием цинка и меди (II) для получения товарных продуктов, сырья для закладочных смесей и очищенной до норм ПДК воды с одновременной регенерацией реагента;
разработать технологическую схему ресурсовоспроизводящей технологии комплексной переработки техногенных вод с высоким содержанием марганца для получения кондиционных товарных продуктов и очищенной до норм ПДК воды;
оценить эколого-экономическую эффективность применения разработанных технологий при переработке реальных техногенных вод ГОКов.
Для решения поставленных задач в качестве объектов исследований выбраны шахтные, карьерные и подотвальные воды наиболее крупных предприятий Южного Урала - ОАО «Гай- ский ГОК», ОАО «Учалинский ГОК» и Сибайского филиала ОАО «Учалинский ГОК», ЗАО «Бурибаевский ГОК», ООО «Башкирская медь».
Методы исследований. Использован комплекс методов, включающий теоретические исследования, обобщения, эксперименты, методы потенциометрии, фотоколориметрии, хроматографии, атомно-абсорбционного анализа, методы ИК-Фурье- и хромато-масс-спектрометрии (с использованием программных продуктов Thermo Omnic и Isoform), рентгенофазного (рентгенографического) анализа (с использованием программных продуктов Cristallographica Search- Match Example Template File), термогравиметрической дифференциально-сканирующей калориметрии в совмещении с ИК-Фурье- и масс-спектрометрией отходящих газов (с использованием программных продуктов Netzsch PROTEUS и Brucer OPUS), квантово-химические исследования методом параметризации РМ 3 в приближении ограниченного и неограниченного метода Хартри-Фока (RHF/6-311 G(d)) в полноэлектронном валентно-расщепленном базисном наборе 6-31l G(d) с использованием программных пакетов HyperChem 7.5 Pro., а также технологическое тестирование, укрупненные лабораторные технологические исследования, опытно- промышленные испытания. Математическую обработку результатов и технико-экономическую оценку выполняли с применением программ Matlab, Microsoft Excel, «Shlam».
1. Методология создания ресурсовоспроизводящих технологий переработки техногенных вод, основанная на иерархическом построении последовательно осуществляемых уровней - информационно-аналитическом, инструментальном, технологическом и эколого-экономическом, имеющих внутренний итерационный порядок выполнения и анализа условий реализуемости.
-
-
Квантово-химические расчёты параметров реакционной способности субстратов тяжёлых и цветных металлов, реагентов-собирателей и продуктов их взаимодействия, и квантово- химическое моделирование энергетически выгодных и конформационно устойчивых флотационных систем «субстрат-реагент».
-
Использование принципа «структура - свойство/активность - свойство» позволяет квалифицированно выбирать реагенты-собиратели с заранее заданными свойствами, определёнными в зависимости от квантово-химических, физико-химических и структурных параметров реакционной способности извлекаемых ценных компонентов.
-
Новый класс перспективных реагентов-собирателей для ионной флотации цинка и меди (II) - сложные эфиры терефталевой кислоты, обладающие оптимальным набором параметров реакционной способности (ПРС).
-
Глубокое селективное извлечение марганца методом электрофлотации предопределяется условиями осуществления процесса окисления марганца (II), использованием электрохимически генерированного «активного хлора», предварительной электрокоагуляцией образующихся труднорастворимых гидрофильных осадков MnO(OH), MnO(OH)2, их устойчивостью и последующим извлечением в пенный продукт по электростатическому механизму.
-
Ресурсовоспроизводящая технология комплексной переработки гидротехногенного минерального сырья медноколчеданных месторождений с приоритетным содержанием цинка и меди включает следующие стадии: извлечение цинка (при рН 2-3) и меди (при рН 7-8) методом ионной флотации в ходе поэтапной нейтрализации технологических растворов с использованием реагента-собирателя РОЛ, имеющего оптимальный набор ПРС; получение гидролитических осадков при рН 10-11; их кондиционирование в процессах коагуляции и флокуляции; реутилизацию металлсодержащих шламов и регенерацию реагента-собирателя РОЛ.
7. Ресурсовоспроизводящая технология комплексной переработки гидротехногенных ресурсов медноколчеданных месторождений с приоритетным содержанием марганца включает проведение предварительного выделения меди цементацией, осаждение железа методом нейтрализации в виде гидроксида при рН 4,0 - 4,3, последующее окислительное электроосаждение, электрокоагуляцию и электрофлотационное извлечение марганца с целью получения кондиционных товарных продуктов и очищенной воды.
Научная новизна работы:
-
-
-
Разработана методология создания ресурсовоспроизводящих технологий переработки техногенных вод медно-цинковых горных предприятий, включающая четыре взаимосвязанных уровня - информационно-аналитический, инструментальный, технологический и эколого- экономический, обеспечивающих научно-методическое обоснование процессов извлечения тяжелых металлов из технологических растворов, получение очищенной до санитарных норм воды и пригодных к дальнейшей реутилизации шламов, из которых извлекаются высоколиквидные ценные компоненты.
-
Научно обоснована активность реагентов-собирателей для извлечения тяжелых металлов (субстратов) из гидротехногенного минерального сырья методом ионной флотации и экспериментально установлены особенности механизма их взаимодействия с извлекаемыми субстратами, выявлены структуры образующихся систем «субстрат-реагент» в соответствии с принципом «структура-свойство/активность-свойство» на основании совокупности значений квантово- химических, физико-химических и структурных параметров субстратов, реагентов и извлекаемых систем «субстрат-реагент». Сложные эфиры терефталевой кислоты, имея оптимальный набор молекулярных параметров, являются эффективными реагентами-собирателями для извлечения цинка и меди.
-
Вскрыт механизм количественного и селективного флотационного извлечения аквака- тионов цинка и меди (II) из гидротехногенного минерального сырья реагентом-собирателем РОЛ, представляющим собой смесь моноэтиленгликольтерефталата (MonoEtgl-tPht), диэтиленгликоль- терефталата (DiEtgl-tPht) и терефталевой кислоты (tPhffl), при рН 2-3 за счёт взаимодействия -
MonoEtgl-tPht и tPht с аквакатионами цинка [Zn(H2O)n] преимущественно по орбитально- контролируемому механизму с образованием малорастворимых соединений [Zn(H2O)4]-(Mono- Etgl -tPht)2 и [Zn(H2O)4]-(tPht)2, извлекаемых в пенный продукт за счет гетерофазной коагуляции, при рН 7-8 - DiEtgl-tPht, MonoEtgl-tPht и DiEtgl-tPht реагируют с предварительно выделенным аморфным осадком Cu(OH)2 преимущественно по зарядо-контролируемому механизму с образованием малорастворимых внутримолекулярных соединений [Cu(H2O)2]-(DiEtgl-tPht)2, [Cu(H2O)2]-(Mono-Etgl-tPht)2, и [Cu(H2O)4](tPht)2, флотационное извлечение которых в пенный продукт осуществляется также за счет гетерофазной коагуляции.
-
-
-
Научно обосновано и экспериментально подтверждено, что аквакатионы марганца (II) выделяются, концентрируются и извлекаются из гидротехногенных марганецсодержащих ресурсов горных предприятий в виде прочных оксогидроксидов MnO(OH) и MnO(OH)2 за счёт эффективного сочетания электрохимических методов - электроосаждения, электрокоагуляции и электрофлотации.
-
Теоретически обоснованы аспекты ресурсовоспроизводящих технологий комплексной переработки техногенных вод медно-цинковых горных предприятий с приоритетным содержанием меди и цинка, основанной на флотационном извлечении полезных компонентов методом ионной флотации, техногенных вод с высоким содержанием марганца - методом электрокоагуляции/электрофлотации.
Достоверность научных положений и результатов, приведённых в работе, обоснована корректностью поставленных задач, непротиворечивостью полученных результатов и выводов; проверкой теоретических положений и новых решений результатами экспериментальных исследований; соответствием теоретических результатов и выводов об особенностях механизмов взаимодействия извлекаемых ценных компонентов (субстратов металлов) с реагентами-собирателями и селективного флотационного извлечения систем «субстрат-реагент», а также теоретических результатов и выводов об особенностях механизмов окислительного электроосаждения и электрофлотационного извлечения марганца экспериментальным данным, полученным при извлечении цинка, меди и марганца из гидроминерального сырья; применением современных инструментальных и квантово-химических методов анализа для получения теоретических и экспериментальных результатов, методов математической статистики для обработки экспериментальных данных, полученных при проведении лабораторных, укрупненно-лабораторных и опытно- промышленных испытаний.
Личный вклад автора состоит в постановке цели и задач исследования, разработке теоретических основ глубокого и селективного извлечения тяжелых металлов из техногенных вод методами ионной флотации и электрофлотации, квантово-химического подхода при выборе реагентов-собирателей ионной флотации, технологических схем извлечения цинка, меди и марганца комплексными методами на основе разработанной методологии создания ресурсовоспро- изводящих технологий переработки техногенных вод, организации и проведении экспериментальных исследований и опытно-промышленных испытаний, анализе и обобщении полученных результатов и обоснованности выводов.
Практическая значимость работы заключается:
в создании реагента-собирателя РОЛ (смеси терефталевой кислоты, моно - и диэтиленг- ликольтерефталатов), характеризующегося высокой эффективностью, экономичностью и доступностью, одновременно обладающего комплексом флотационных свойств для извлечения катионов цинка и меди из кислых подотвальных вод медно-колчеданных месторождений (патент РФ № 2359920) и флотации угля (патент РФ № 2019300);
в разработке новой конструкции электродного блока электрофлотатора (патент РФ № 97123), что позволило значительно интенсифицировать процесс электрофлотационного извлечения марганца;
в разработке ресурсовоспроизводящей технологии комплексной переработки техногенных вод с приоритетным содержанием цинка и меди для получения товарных продуктов, сырья для закладочных смесей и очищенной до норм ПДК воды с одновременной регенерацией реагента. Эколого-экономическая эффективность от внедрения разработанной технологии в условиях ОАО «Гайский ГОК» составит 217,51 млн. р./год.
- в создании ресурсовоспроизводящей технологии комплексной переработки техногенных вод горных предприятий с высоким содержанием марганца, позволяющей в комплексе с медью и железом извлекать марганец в виде кондиционного товарного сырья, при одновременном снижении концентрации металлов в стоках до норм ПДК. Эколого-экономический эффект от внедрения разработанной технологии в условиях ЗАО «Бурибаевский ГОК» составляет 9,43 млн. р./год.
Патенты № 2359920 и № 97123 в конкурсе изобретений и инновационных технологий «Ар- химед-2010» и «Архимед-2011» на ХІІІ и XIY Московском международном Салоне получили серебряные медали и внесены Роспатентом в базу «Перспективные изобретения».
Реализация результатов исследований. Разработанные в диссертации ресурсовоспроиз- водящие технологии комплексной переработки техногенных вод прошли опытно- промышленные испытания в условиях ОАО «Учалинский ГОК», ОАО «Гайский ГОК», часть из них внедрена в производство «Башмедь» на реальных кислых подотвальных водах, получены положительные результаты, что подтверждено актами испытаний и внедрения.
Разработанные в процессе выполнения работы методики лабораторных исследований, квантово-химические расчеты и моделирование флотационных систем использованы в учебном процессе кафедры ХТУП ФГБОУ ВПО «МГТУ».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались более чем на 30 международных, всероссийских и региональных научных конференциях, в том числе: международных совещаниях «Плаксинские чтения» (2006 - 2011 гг.); Конгрессах обогатителей стран СНГ (2005, 2007, 2009, 2011 гг.); научных симпозиумах «Неделя горняка» (2007 - 2012 гг.) и «Чистая вода России» (Екатеринбург, 2008); международной научной школе молодых учёных и специалистов (ИПКОН РАН, 2006 - 2008 гг.); на II международном форуме «Чистая вода - 2010» (г. Москва, 2010); международной конференции по химическим технологиям (Москва, РХТУ, 2007 г.); международной конференции «Проблемы экологии и рационального природопользования стран АТЭС и пути их решения» (Москва, МИСиС, 2010); на XIY Балканском конгрессе по обогащению полезных ископаемых (Босния и Герцеговина, г. Тузла, 2011г.); международном симпозиуме «Экологические и инженерные аспекты жизнеобеспечения» (Германия, Ганновер, 2007 - 2009 гг.); научно- технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2007, 2008, 2011 гг.); V международной научно-технической конференции "Комплексное освоение и сохранение недр земли» (Екатеринбург, 2009 г.), научно-технических конференциях МГТУ (г. Магнитогорск, 2000 - 2011 гг.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 69 научных работ, в том числе 2 монографии, в рекомендованных ВАК РФ изданиях - 19, получено 3 патента РФ на изобретение и полезную модель.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, изложенных на 456 страницах машинописного текста, содержит 174 рис., 83 табл., библиографический список из 356 наименований и 7 приложений.
Автор глубоко признателен академику РАН, докт. техн. наук, проф. В.А. Чантурия и докт. техн. наук, проф. Шадруновой И.В. за постоянную поддержку и консультации на протяжении всей работы.
Автор искренне благодарит преподавателей и сотрудников кафедры ХТУП МГТУ за помощь при проведении аналитических и физико-химических методов исследований.
Автор выражает благодарность специалистам «УГМК - Холдинг» канд. техн. наук Волковой Н.А., канд. техн. наук Ивашову Н. А., канд. техн. наук Сараскину А.В. и канд. техн. наук Шарипову Г.З. за плодотворное сотрудничество и помощь при проведении опытно- промышленных испытаний и внедрении результатов исследований на предприятиях «УГМК - Холдинга».
Условия формирования техногенных вод медно-цинковых горных предприятий
Современная геологическая и химическая структура гидросферы Южного Урала сформировалась в процессе промышленного освоения целой группы близко расположенных друг к другу месторождений полезных ископаемых (Баймак-ский, Учалинский, Бурибаевский, Маканский и другие рудные районы).
В развитии горного производства в настоящее время наблюдаются следующие тенденции [155, 340, 346]:
— увеличение объемов добычи полезных ископаемых при истощении традиционных источников минерального сырья и увеличении масштабов негативного воздействия отрасли на окружающую среду;
— образование значительных объемов высокоминерализованных сточных вод вследствие добычи сырья с глубин много больших, чем уровень грунтовых вод;
— повышение минерализации жидких отходов в результате совместного отведения всех видов рудничных вод.
Образование шахтных, карьерных и подотвальных вод является неотъемлемой частью технологического процесса при добыче и переработке руд ме дно-колче данных месторождений [281]. Сброс неочищенных шахтных и подотвальных вод на земную поверхность приводит к загрязнению окружающих природных водоемов тяжелыми металлами, такими как медь, цинк, железо, марганец, кадмий, никель и др. [47, 74, 126, 159, 279]. Так, например, в 2008 году загрязненность поверхностных вод реки Урал только по соединениям меди, цинка, марганца, кадмия, кобальта и железа превысила нормы ПДК в среднем в 50 раз [108]. Многие из этих металлов обладают кумулятивным действием, общетоксичными, эмбриотропными и мутагенными свойствами. В результате деятельности медно-цинковых горных предприятий совокупная антропогенная нагрузка на окружающую среду в регионе превышает средние показатели по России в 2-3 раза [109, 125].
Несанкционированный сброс горными предприятиями промышленных вод на рельеф приводит к тому, что сток малых и средних рек возрастает в 1,5-3,0 раза, их минерализация - более чем в 2 раза, содержание сульфатов - в 3, а взвешенных частиц - в 5-10 и более раз [46].
Сброс излишков техногенных вод в нерестовые реки приводит к загрязнению поверхностных и грунтовых вод, заиливанию русловых отложений и, как следствие, обезрыбливанию водоемов. Негативным фактором воздействия на существующие ихтиоцинозы, кроме повышенной концентрации токсических веществ в сточных водах, является тонкодисперсный состав техногенных неорганических взвесей. Отложения осадков в водоёме могут достигать нескольких десятков сантиметров и служить источником вторичного загрязнения. Параллельно с этим отмечаются уменьшение прозрачности и появление специфической бурой окраски воды из-за избыточного содержания гидроксидов железа. В водоёме, куда сбрасываются стоки обогатительных комбинатов, наблюдается некоторое увеличение окисляемости и биологического потребления кислорода [58, 347].
При контакте техногенных вод с минеральными веществами горных пород происходит гидратация последних, которая ведет к разрушению кристаллических структур и переходу твердых веществ в растворенное состояние [77, 99]. От кислотно-щелочной реакции воды, скорости ее движения, состава и структурных особенностей пород зависит интенсивность взаимодействия воды с минералами. В результате деятельности горного производства техногенные воды проникают на значительную глубину, способствуя изменению водного режима месторождений, загрязнению и засолению подземных вод [281].
Техногенная деградация подземной гидросферы горнорудных районов Уральского региона локальна в пространстве (глубина карьеров - до 470 м, высота отвалов - до 80 м), но продолжительна во временном отношении, что обусловлено накоплением огромных объемов твердых и «жидких» отходов. Трещинный и трещинно-жильный характер образования подземных вод и слабое развитие перекрывающих пород способствуют беспрепятственному проникновению концентрированных растворов, содержащих тяжелые металлы, в водоносные горизонты. Все это приводит к формированию на территории горнорудных узлов техногенных гидрогеохимических полей трансформированных вод [46, 71, 278, 279].
В.Ж. Арене в своем исследовании [57] назвал гидроминеральные ресурсы природных и техногенных минерализованных вод «жидкой рудой», считая их дополнительным источником редких и цветных металлов. В работах [10, 62, 67-69, 79, 80, 83, 244, 321, 328, 340, 345, 351] доказано, что тяжелые метал лы, содержащиеся в техногенных кислых водах, целесообразно извлекать и использовать, что позволит повысить рентабельность производства, улучшить состояние атмосферы и водных ресурсов, а также сократить накопление отходов и отчуждение земель под их хранение.
Целесообразность глубокой селективной переработки техногенных марганецсодержащих гидроресурсов горно-обогатительных комбинатов (ГОК) обусловлена так же тем, что после распада СССР богатые месторождения марганца остались за пределами России (Украина, Грузия и др.). В связи с этим на сегодняшний день в России остро стоит вопрос об изыскании дополнительных источников получения марганца.
Таким образом, изучение условий формирования техногенных вод, их сбора и хранения с целью создания специальных технологий их дальнейшей переработки - актуальная проблема, требующая решения на всех горных предприятиях Южного Урала.
В данном разделе рассматриваются условия формирования техногенных вод, образующих гидроминеральное сырьё, на медно-колчеданных Тайском, Учалинском, Маканском, Бурибаевском, а также на медно-цинково-колчеданном Сибайском месторождениях Южного Урала.
По данным института геологии Уфимского научного центра РАН на Сибайском и других медно-колчеданных месторождениях вблизи рудных тел, залегающих среди туфогенных пород кислого состава, под влиянием окисляющихся сульфидов формируются кислые (рН 1,8 - 4,3) поликомпонентные сульфатные воды (до 96 % сульфат-ионов в анионном составе) с минерализацией до 8-12 г/дм [61]. При этом, по данным ученых Башкирского государственного университета, приоритетными загрязнителями являются такие металлы, как медь, цинк, марганец и железо [46, 325].
Анализ химичекого состава техногенных рудничных (кислых подот-вальных) вод горно-обогатительных предприятий Южного Урала (табл. 1.1) за 5 лет показал, что концентрации данных металлов варьируются в широких пределах и достигают по меди 134,7-382,0 мг/дм , цинку 59,3-480,0 мг/дм , марганцу 129,9-235,2 мг/дм , железу 373,7-549,5 мг/дм , что, естественно, негативно сказывается на качестве воды прилегающих поверхностных водоемов [60, 61]. Например, превышение норм ПДКрх в реке Карагайлы (г. Си-бай) составило: по меди - в 116 раз, по марганцу - в 485 раз, по железу - в 60 раз [46].
К минерализованным техногенным водам одного из крупнейших на Южном Урале ОАО «Гайский ГОК» относятся подотвальные, шахтные, карьерные стоки, а также воды, накопленные в результате деятельности данного предприятия в хвостохранилище, кислом пруду и в отработанном карьере № 1 (рис. 1.1, 1.2). По данным [351] на ОАО «Гайский ГОК» только кис-лых подотвальных вод в среднем образуется до 161000 дм /ч.
Источником загрязнения окружающей среды в районе влияния указанных горно-обогатительных комбинатов являются также отвалы пустых пород и некондиционных руд, содержащие пирит, халькопирит и сфалерит. При фильтрации атмосферных осадков сквозь эти породы в кислородсодержащих водах сульфиды окисляются, обогащая подземные воды техногенного горизонта сульфатами железа, меди, цинка, марганца. Образующаяся серная кислота растворяет и разрушает алюмосиликаты в породах, насыщая подземные воды алюминием, железом, кальцием, магнием, тяжелыми металлами.
Методики экспериментальных исследований процесса окисли тельного осаждения ионов Мп «активным хлором»
Для исследования влияния рН раствора на полноту извлечения ионов Мп2+ из раствора готовили серию стандартных модельных растворов с разными значениями рН (1,0 - 11,0) и постоянным содержанием ионов Мп2+ -200 мг/дм . Для создания среды в модельных растворах использовали 0,1 н. раствор серной кислоты и 0,1 н. раствор гидроксида натрия.
Методика проведения эксперимента в виде блок-схемы отображена ниже.
При определении влияния времени обработки раствора «активным хлором» на показатели извлечения ионов Мп + в виде дисперсной фазы исследования проводили на модельных растворах с постоянным содержанием ионов Мп 200 мг/дм при рН 4,5 - 5,5. Значения рН растворов контролировали на иономере И-160. Время обработки марганецсодержащего раствора «активным хлором» варьировали в диапазоне 0,3 - 5,0 минут.
Методика проведения эксперимента в виде блок-схемы отображена ниже
Определение влияния расхода «активного хлора» на полноту извлечения из растворов 1 мг марганца в виде дисперсной фазы методом окислительного осаждения было проведено с впервые адаптированным и примененным диаграммным методом определения хлороемкости растворов.
Метод заключается в определении концентрации «активного хлора» в растворе до и после протекания процесса окислительного осаждения. По полученным данным строили диаграмму хлороемкости системы, откладывая по оси абсцисс концентрацию введенного хлора, по оси ординат - концентрацию остаточного хлора. К кривой, полученной на диаграмме, проводили касательную, точку пересечения касательной и кривой проецировали на ось абсцисс. Полученное значение концентрации на оси абсцисс соответствовало концентрации «активного хлора», достаточной для полного извлечения заданного содержания марганца из раствора в виде дисперсной фазы.
В исходные модельные растворы с содержанием ионов Мп2+ от 10 до 200 мг/дм предварительно вводили разное количество раствора хлорида натрия с концентрацией хлорид-ионов в растворе 600 мг/дм3. Далее поочередно проводили электролиз каждой модельной системы при плотности тока на электродах в интервале 30-400 А/м и времени электролизной обработки в течение 1 минуты. Начальная концентрация «активного хлора» в системе после электролиза (согласно проведенным предварительным исследованиям на чистых растворах NaCl) составляла: 14,8 - 592,0 мг/дм .
После электролизной обработки отделяли дисперсную фазу марганца путем фильтрации, отбирали 100 см3 полученного фильтрата и проводили определение остаточного содержания «активного хлора» в растворе по известной в литературе методике. По полученным данным вычерчивали диаграмму хлороемкости модельной системы и графически определяли фактический расход «активного хлора» на извлечение заданного содержания марганца из раствора в виде дисперсной фазы.
Определение селективности процесса электрокоагуляционного извлечения марганца из поликатионных водных систем проводили по следующей методике: в десять конических колб объемом 500 см вносили 450 см модельного раствора с содержанием ионов Мп 100 мг/дм . Затем поочередно в каждую колбу вносили модельные растворы с известным содержанием ионов Си+, Zn2+ и Fe3+, проводили электрокоагуляцию полученных смесей, фильтрованием освобождали от частиц дисперсной фазы и определяли остаточное содержание ионов в растворах. Методика проведения эксперимента в виде блок-схемы отображена ниже:
При выполнении исследований контролировали следующие параметры: концентрацию «активного хлора» в электролизных растворах; концентрацию ионов СГ в исследуемых растворах; рН водных систем; рабочую плотность тока на электродах; продолжительность электролиза; выход по току «активного хлора»; удельное электропотребление; расход электричества на получение 1кг «активного хлора».
Методика проведения эксперимента заключалась в следующем: модельный раствор заливался в электролизер, затем с помощью блока электропитания задавалась необходимая плотность тока на электродах и проводилась электролизная обработка раствора. По окончании процесса электролиза в полученном растворе определяли концентрацию «активного хлора», остаточную концентрацию ионов СГ по известным в литературе методикам [212]. Значения рН в исследуемых растворах контролировали на иономере И-160.
Эффективность работы электролизной установки при заданных режимах работы определялась значениями выхода по току «активного хлора» (ВТакт мора), рассчитанными по формуле
Экономичность протекания процесса электролиза определялась по следующим параметрам: расходу электроэнергии на объем обработанного рас-твора (q, А-ч/дм ) и расходу электроэнергии на получение 1 кг «активного хлора» (W, кВтч/кг). Для расчета этих показателей использовали следующие формулы
Исследование квантово-химических ПРС молекул известных реагентов-собирателей, применяемых для флотационного извлечения катионов тяжелых и цветных металлов их техногенных вод
Результаты проведенных квантово-химических расчётов ПРС молекул известных реагентов-собирателей, применяемых в настоящее время в практике флотационного извлечения катионов тяжелых и цветных металлов из техногенных вод, представлены в табл. 5.1. Можно отметить, что у приведённых реагентов наибольшая жёсткость проявляется у 1,2-диацилгидразина С2Н5 ( = 10,321 эВ), n-додецилбензолсульфоната натрия ( =9,746 эВ) и натриевого мыла предельной карбоновой кислоты с R = Ci6H3i - гексанодека-ноата ( =8,380 эВ), благодаря наличию в их составе типичных «жестких» групп (табл. 1.9, раздел 1.2.2). Определённая «мягкость» присуща этилксан-тогенату калия (0,128 эВ) и диэтилдитиокарбамату натрия (0,127 эВ) из-за присутствия «мягких» структур RSH, RS .
Структуры этилксантогената калия и диэтилдитиокарбамата натрия характеризуются примерно одинаковыми значениями абсолютной жёсткости (около 8 эВ). Наибольшие значения химического потенциала выявлены у п-додецилбензолсульфоната натрия (% = 4,916 эВ) и 1,2 - диацилгидразина СгН5 (х = 4,704 эВ). Реагенты этилксантогенат калия (IN = 0,737 эВ"1), п-додецилбензолсульфонат натрия (IN = 0,807 эВ" ) в представленом ряду характеризуются более низкими значениями глобальной нуклеофильности по сравнению с 1,2-диацилгидразином (IN= 0,933 эВ" ).
Для оценки прочности образующихся при флотации систем «субстрат-реагент» были использованы следующие параметры: степень переноса заряда AN, энергия комплексообразования АЕкомп и количество внутримолекулярных водородных связей. Наличие водородных связей вносит значительный вклад в общую энергетику образования металлокомплексов и способствует процессу самоорганизации (самосборки) [174, 180] систем «субстрат-реагент» (металл оорганических супрамолекулярных структур) в процессе флотации.
Для определения положения центров хемосорбции в молекулах реагентов (областей с наибольшей концентрацией отрицательного заряда) рассчитан такой важнейший показатель как молекулярный электростатический потенциал МЕР, представляемый в виде проекционных карт. Проекционные карты МЕР позволяют не только определять положение реакционных центров, но также прогнозировать возможность самосборки флотационных систем «субстрат-реагент». Ниже приведены результаты квантово-химических расчётов для реагентов, применяемых при флотационном извлечении катионов меди (II) и цинка n-додецилбензолсульфоната натрия [39], этилксантогената калия, диэтилдитиокарбамата натрия [336] в сравнении с перспективным реагентом 1,2 - диацилгидразином, разработанным в институте технической химии УрО РАН (г. Пермь) [268, 271].
Малликеновские заряды на атомах молекулы п-додецилбензолсульфо-ната натрия Cut sC SCbNa приведены в табл. 5.2. Структура молекулы Ci2H25C6H4S03Na с указанием длины связей и зарядов на атомах показана на рис. 5.1, графическое представление орбитальной и электронной плотностей молекулярных орбиталей CnH QHtSOsNa дано на рис. 5.2, проекции молекулярного электростатического потенциала - на рис. 5.3.
Согласно рис. 5.1 и 5.3, отрицательный заряд молекулы C H CeHtSC Na сконцентрирован на атомах кислорода сульфоновой группы. В сульфогруппе атомы кислорода обладают большей электроотрицательностью по сравнению с атомом серы и смещают электронную плотность на себя по индуктивному эффекту, при этом атом серы приобретает положительный заряд +2,3. Кроме того, электронная плотность смещается от атома кислорода связи O-S через серу к атомам кислорода, связанным двойными связями с серой, по мезомерному эффекту. Как следствие, атом кислорода, связанный одинарной связью с атомом серы, приобретает заряд -0,911, а атомы кислорода, связанные двойными связями, - заряды -0,843 и -0,911, следовательно, это активные центры хемосорбции.
Рис. 5.2 показывает, что амфифильная молекула п-додецилбензол у сульфоната натрия имеет короткую гидрофильную часть SO3 " и длинную гидрофобную зигзагообразную углеводородную цепочку. Благодаря такому строению Ci2H25C6H4S03Na образует с субстратами (например, с катионами меди (II) и цинка) малорастворимые соединения, в центре которых находятся субстраты, прореагировавшие с гидрофильными частями молекул реагента, длинные гидрофобные части молекул реагента обращены наружу [149].
Малликеновские заряды на атомах молекулы этилксантогената калия C2H5OC(S)SK приведены в табл. 5.3. Структура молекулы C2H5OC(S)SK с указанием длины связей и зарядов на атомах показана на рис. 5.4, графическое представление орбитальной и электронной плотностей молекулярных орбита-лей C2H5OC(S)SK дано на рис. 5.5, проекции молекулярного электростатического потенциала - на рис. 5.6. Аналогичные данные для диэтилдитиокарбомата натрия (C2H5)2NC(S)SNa приведены в табл. 5.4 и на рис. 5.7 - 5.9.
Анализ проекций МЕР (рис. 5.6 и 5.9) и данные табл. 5.3 и 5.4 показали, что активными центрами хемосорбции сульфгидрильных реагентов C2H5OC(S)SK и (C2H5)2NC(S)SNa являются атомы серы, на которых концентрируется значительный отрицательный заряд (-0,475 и -0,476, соответственно). Как известно, чем выше заряд на атоме серы, тем больше электростатическая составляющая молекулы, и, следовательно, выше реакционная способность флотореагента. Реакционная способность сульфгидрильных реагентов-собирателей обусловлена не только высокими значениями локальной нуклеофильности (табл. 5.1), но и значительными отрицательными зарядами, сконцентрированными на атомах серы за счет смещения электронной плотности в различных фрагментах молекул.
Структура ксантогенатной группы плоская, в ней содержатся группировки -О-С, C-S и C=S. Атом кислорода оттягивает электронную плотность на себя по индуктивному эффекту от атомов углерода с обеих сторон, однако он входит в сопряженную систему 0-C(S)-S (рис.5.5), проявляет положительный мезомерный эффект (смещение электронной плотности в сторону группы -C=S), за счет чего на атоме кислорода возникает незначительный отрицательный заряд -0,112. Атомы серы оттягивают на себя электронную плотность по индуктивному эффекту. Атом серы, связанный с атомом углерода двойной связью, оттягивает по мезомерному эффекту электронную плотность на себя (отрицательный мезомерный эффект), поэтому данный атом серы заряжен отрицательно (-0,475). Атом серы группы C-S-K проявляет положительный мезомерный эффект, отрицательный заряд на нем меньше (-0,427), чем на атоме серы, связанном с атомом углерода двойной связью.
Ксантогенат-ионы в водных растворах образуют труднорастворимые соединения с катионами тяжелых металлов. Двухвалентная медь окисляет ксантогенат. При взаимодействии ксантогената с медью (II) в водном растворе образуется коричневый осадок соли двухвалентной меди, который быстро переходит в желтый осадок соли одновалентной меди (С2Н50—СБгЬСиг.
В дитиокарбоматной группе содержатся группировки -N-C; C-S; C=S. Атом азота оттягивает электронную плотность на себя по индуктивному эффекту от атомов углерода с обеих сторон, однако неподеленная электронная пара азота входит в сопряженную систему N-C(S)-S (рис.5.7), электронная плотность смещается по мезомерному эффекту в сторону группы -C=S, за счет чего заряд на атоме азота составляет только -0,233. Атом серы, связанный двойной связью с атомом углерода, оттягивает электронную плотность на себя по индуктивному и мезомерному эффектам и приобретает заряд -0,476 (рис. 5.8). Атом серы группы -C-S-Na проявляет отрицательный индуктивный, но положительный мезомерный эффекты. Отрицательный заряд на нем ниже (-0,426).
Ионы диэтилдитиокарбомата в водных растворах также образуют труднорастворимые соединения с катионами тяжелых металлов.
Для молекулы 1,2-диацилгидразина C2H5-CO-NH-NH-CO-C2H5 обнаружены три ротамерные формы (вращательные изомеры), приведенные на рис. 5.10 в порядке понижения устойчивости.
Обоснование эколого-экономической эффективности ресурсовоспроизводящей технологии комплексной переработки кислых подотвальных вод ЗАО «Бурибаевский ГОК» с высоким содержанием марганца на основе метода электрофлотации
Расчёт капитальных затрат на реализацию ресурсовоспроизводящей технологии комплексной переработки кислых подотвальных вод ЗАО «Бурибаевский ТОК» с высоким содержаниём марганца приведен в табл. 6.22.
Согласно смете капитальных затрат, первоначальные инвестиции для реализации предлагаемой технологии переработки сточных вод с годовой производительностью 36,5 тыс. м /год составят 0,418 млн. р.
Расчёт годовых эксплуатационных затрат на ресурсовоспроизводящую технологию комплексной переработки кислых подотвальных вод "ЗАО «Бурибаевский ГОК» с высоким содержанием марганца на основе метода электрофлотации произведен по элементам и включает затраты на электроэнергию, материалы, амортизацию, заработную плату с начислениями. Затраты на материалы определены, исходя из годового объема перерабатываемых техногенных вод и удельного расхода требуемых материалов, таких как железный скрап (табл. 6.23).
Согласно рассчитанному годовому расходу электроэнергии, энергоемкость процесса составит 1,8 кВт-ч/л.
Расчёт заработной платы (табл. 6.25) произведен с учетом работы в те-чение года. Для обслуживания технологического оборудования необходим следующий персонал: по одному мастеру, по четыре оператора установки при трехсменном суточном режиме работы по 7 дней в неделю и при продолжительности смены 8 часов.
Таким образом, себестоимость переработки 1 м техногенных вод составила 47,91 р.
Оценка стоимости товарной продукции произведена, исходя из её номенклатуры, объемов товарной продукции, цен на металлы по данным LME на 10.10.2011 г., коэффициента цены {Кц = 0,5), курса доллара на 10.10.2011 г.
Товарной продукцией получаемой в результате реализации технологи извлечения марганца из кислых подотвальных вод Бурибаевского ГОКа будут являться:
- цементная медь;
- марганцевый флотоконцентрат.
Расчет стоимости товарной продукции произведен по методике расчета извлекаемой ценности руды (табл. 6.27).
Годовой объем реализации составит 2,29 млн. р., извлекаемая ценность 1м сточных вод составит 70,85 р. Таким образом, удельный экономический эффект ресурсовоспроизводящей технологии комплексной переработки кис-лых подотвальных вод ЗАО «Бурибаевский ГОК» составит 62,6 р./м .
Оценка бюджетной эффективности реализации предлагаемой технологии в условиях ЗАО «Бурибаевский ГОК» предусматривала расчет налоговых поступлений за прогнозный период расчета (15 лет) в виде:
- страховых взносов на обязательное пенсионноё страхование (34,2 % от годового фонда заработной платы);
- страхового тарифа от несчастных случаев и профзаболеваний (6,5 % от годового фонда заработной платы);
- налога на имущество (2,2 % от стоимости основных средств);
- налога на прибыль (20 % от балансовой прибыли).
Согласно,выполненным!расчетам годовой размер налоговых отчислений составит 385 тыс. р. (табл. 6.28).
Расчет показателей эффективности реализации инвестиций в ресурсо воспроизводящую технологию комплексной переработки кислых подотваль ных вод ЗАО «Бурибаевский ГОК» представлен в табл. 6. 30 и произведен за период её реализации в течение 15 лет. Оценка полученных показателей свидетельствует об эффективности предлагаемой технологии:
- чистый дисконтированный доход - 2,7 млн. р.;
- внутренняя ставка доходности - нет;
- срок окупаемости - 1 год;
- индекс доходности - 2,73.
При обоснованиилэффективности ,ресурс,овоспроизводящей технологии комплексной переработки кислых подотвальных вод с приоритетным содержанием марганца необходимо также оценивать и экологическую эффективность предлагаемых решений.
Загрязнение окружающей природной среды сбросами токсичных (загрязняющих) веществ в водные объекты является платным (ст. 1, п. п. 1, 2 ст. 16 Федерального закона от 10.01.2002 № 7-ФЗ "Об охране окружающей среды", п. 1 Порядка определения платы и ее предельных размеров за загрязнение окружающей природной среды, размещение отходов, другие виды вредного воздействия, утвержденного Постановлением Правительства РФ от 28.08.1992 №632).
Платана негативное1ів оздейЬївйеіна окружающуючсреду - это обязательный публично-правовой, индивидуально возмездный платеж за осуществление государством мероприятий по охране окружающей среды и ее восстановлению от последствий хозяйственной и иной деятельности, оказывающей негативное на нее влияние в пределах установленных государством нормативов такого допустимого воздействия (Определение Конституционного Суда РФ от 10.12.2002 № 284-0 «По запросу Правительства Российской Федерации о проверке конституционности Постановления Правительства Российской Федерации "Об утверждении Порядка определения платы и ее предельных размеров за загрязнение окружающей природной среды, размещение отходов, другие виды вредного воздействия"» и статьи 7 Федерального закона «О введении в действие части первой Налогового кодекса Российской Федерации»).
Похожие диссертации на Теоретическое обоснование и разработка ресурсовоспроизводящих технологий комплексной переработки техногенных вод медно-цинковых горных предприятий
-
-
-
-
-
