Анализ существующих способов и средств пылеподавления на хвостохранилищах железорудных горно-обогатительных комбинатов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

СЕМИНАР 3

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -|

2000"

МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 гола

:::. ^ В.И. Мочалов, С.В. Мосин,

2000

УДК 622.807:628.511:622.341

В.И. Мочалов, С.В. Мосин

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ НА ХВОСТОХРАНИЛИЩАХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ КОМБИНАТОВ

В настоящее время загрязнение воздушного и водного бассейнов является очень важной проблемой, решение которой имеет первостепенное значение в современных условиях.

По данным американских исследований [1, 2, 3] установлено, что до 10 % заболеваний со смертельным исходом в городах обусловлено загрязнением атмосферы. Значительная зона загрязнений воздуха приходится на пыль, образованную, в том числе, и не хвостохранилищах горнообогатительных комбинатов.

Пылеобразование становится повсеместным в условиях существенного превышения уровней и «пляжей» хвостохра-нилища над окружающим рельефом. При этом тонкодисперсные частицы попадают в зону струйных течений приземного слоя атмосферы. Значительные превышения предельно допустимой концентрации (ПДК) взвешенных железорудных частиц, представляющих непосредственную угрозу для здоровья людей, требуют разработки технологических мероприятий, направленных на предотвращение пыле-образования.

Существующие способы и средства пылеподавления , выполненные на уровне изобретений, условно можно разделить на четыре группы:

• методы, основанные на смачивании пылящих поверхностей (пылесвязующие) жидкостями, включающими растворы различных солей;

• методы, включающие профилактическую обработку хвостохранилища материалами с повышенной адгезионной активностью;

• методы, обеспечивающие нанесение твердых покрытий на пылящие поверхности;

• биологические методы закрепления пылящих поверхностей.

Методы, отнесенные к первой группе, включают большое разнообразие материалов, например:

• использование гигроскопичных солей СаС12 CаSO4, Са(НСОз )2, Мga2 ^(НСОз)2, №С1, ^СОз, MgSO4 и др.

• смеси гигроскопичных солей и диэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции Сю - Св;

• смеси глицериновых гудронов мас. % 0,0005-0,5 с водой;

• смеси гудронов высокосернистой нефти 60-70 мас.% и защелоченных эксктрактов очистки масляной фракции с температурой кипения 280-400° С 30-40 мас. %;

• смеси отработанной резины 2-6 мас. %, ПАВ - 0,1 - 0,3 мас. %, промывочнопропарочного слива после очистки цистерн из-под тяжелых нефтепродуктов;

• смеси омыленного таллового пека мас. % 0,0005 - 0,1 и воды;

• поверхностно-активных веществ и отходов нефтехимического производства.

Наибольшее распространение получили методы с использованием гигроскопических солей, как наиболее дешевые, технологичные, наносящие минимальный вред окружающей среде.

Эффективность обеспыливающего воздействия солей в значительной степени зависит от скорости вымывания их водой из верхнего слоя пылящей поверхности. Уменьшить вымывание солей можно путем добавления вяжущих или клеящих материалов. Эффект обеспыливания покрытий обусловлен способностью молекул соли физико-химически связывать и удерживать определенное количество молекул воды, которая вместе с прочно адсорбированной водой дисперсного материала поддерживает необходимое сцепление между пылеватыми частицами, достаточное для удержания пыли на поверхности. Все это объясняется процессом, происходящим при поливке пылящей поверхности водными растворами гигроскопичных солей за счет обмена массы и описывается уравнением Дальтона [4]

^= р • (р'-рр)

Рн

"рГ

где р - коэффициент массообмена; р' - парциальное давление водяных паров в окружающем воздухе; рр - парциальное давление паров в пограничном слое над раствором; Рн - нормальное барометрическое давление; Ра - измеренное атмосферное давление; S - поверхность соприкосновения.

Как видно из приведенной формулы, удельное количество обменной массы ^) зависит прежде всего от разности парциальных давлений водяных паров в окружающем воздухе и пограничном слое. Давление пара над раствором прямо пропорционально числу молекул растворённого вещества. Таким образом, в зависимости от влагосодержания окружающего воздуха можно приготовить раствор заданной концентрации, при которой давление над ним будет меньше давления водяных паров и влага из окружающей среды перейдет в раствор. Обычно для этого достаточно 10- 30 % концентрации гигроскопичных солей.

Методы, относящиеся ко второй группе, применяются в основном с целью обработки угольных пластов перед их выемкой путем нагнетания в угольный пласт различных растворов, например:

• хлористый натрий 2.5- 4 %, диоксид углерода 8- 10 % и вода;

• аммонийная соль сульфоэфира бутилоксистеариновой кислоты 0.1- 0.4 %, азотный калий 14- 17 %, вода остальное;

• жидкое стекло 5- 8 %, аммиачная селитра 2.5- 3.5 %, цетиловый спирт 0.03- 0.04 %, волганат 0.05- 0.06 % и вода.

Установлена принципиальная возможность обработки пылящих материалов хвостохранилищ перед их складированием. Однако из-за больших объемов отходов обогатительного производства эти методы пока не нашли достаточно широкого применения.

В настоящее время заслуживают внимания методы пылеподавления, отнесенные к третьей группе - методы труд-норазрушаемых твердых покрытий, наносимых на пылящие поверхности хвостохранилищ.

Это достигается применением составов, выполненных в виде поверхностной полимерной пленки, состоящей из твердеющей пены кратностью 1:50 + 1:90, а также более жесткого латексного покрытия.

В качестве рабочих компонентов, обеспечивающих повышение прочностных свойств пенных покрытий, могут быть приняты следующие варианты их смешивания в зависимости от минерального состава подложки, предназначенной для профилактирования.

1. сульфидно-спиртовая барда - 20^50 %

- аммиак - 2,5^15 %

- перекись водорода - 20^4 %

- вода - остальное.

2. карбамидно-формальдегидная смола - 15^30 %

- пенообразователь ПО-1 - 3- 4 %

- ортофосфорная кислота - 3-4 %

- вода - остальное.

Для получения поверхностных пленок могут быть рекомендованы четыре варианта рабочих компонентов.

1. нафталин - 3-10 %

- аценафтен - 2-2,5 %

- дифенилоксид - 1,5-9 %

- флуорен - - 1,5-8,5 %

- антрацен - 0.5-3 %

-каменноугольное поглотительное масло.

2. Жидкое стекло - 4-8 %

-акрилат - 0.08-0.24 %

-акриламид натрия - 0.01-0.03 %

-акрилонитрил - 0.01-0.03 %

-вода.

3. Легкий газойль каталитического крекинга -

27-68,6 %

- крекинг - остаток гидронов - 0.7-0.9 %

- крекинг - остаток тяжелых дистиллятов -

0.7-2.1 %

- топочный мазут - 30-70 %

4. Жидкое стекло - 4-8 %

- диметилвинилпиридоновый латекс - 0.5-1.5 %

-вода.

В качестве профилактических средств для образования увеличенного по толщине покрытия используется большое многообразие составов, включающих различные (а,б,в) реагенты:

а) жидкое стекло - 8-10 %

- аммиачная селитра - 4-5 %

- вода.

б) бутадиенстирольный латекс - 1-5 %

- ацетоноформальдегидная смола - 0,15-1 %

- едкий натр - 0,2-0,3 %

- вода.

в) сульфитно-спиртовая барда - 5-20 %

- водорастворимые соли

- сополимера стирола и малеиновой кислоты -

- вода.

1,5-5,0 %

Кроме перечисленных используются подручные жидковязкие дисперсные материалы и растворы - битумы, гудро-ны, дегти, нефть, а также конденсированные синтетические смолы - эпоксидные, фенольные, карбамидные, полиэфирные, акриловые и лигносульфанаты.

Представленные рабочие компоненты, как правило, являются продуктами химического и нефтехимического производства, дефицитны и дорогостоящие. В процессе профилактической обработки оказывают вредное воздействие на водные ресурсы региона.

Представляет также определенный интерес способ закрепления пылящих поверхностей хвостохранилищ биологическими методами.

На ряде горнообогатительных комбинатов проведены успешные опыты по закреплению поверхностей хвостохранилищ посевами волоснеца (ОАО «Апатит»), люцерны синегибридной, ячменя сорта Нутанц, колосняка черноморского, тростника обыкновенного (ОАО «МГОК»), амаранта, сорго венечного, саженцами древесно-кустарниковых пород акации белой, облепихи и др.

В процессе выполнения указанных мероприятий имеют место значительные затраты ручного труда, снижающие эффективность пылящих поверхностей и нетехнологич-ность внесения удобрений для посадочного материала.

С учетом выполненного анализа существующих способов и средств предотвращения пылеобразования на Михайловском ГОКе Курской магнитной аномалии проведены опытно-промышленные испытания эффективности профилактической обработки «пляжей» хвостохранилища раствором, включающим следующие дешевые подручные рабочие компоненты [5].

- Пластификатор адипиновый щелочной (ПАЩ) - 10 %.

- Порошкообразная келловейская глина - 20 %.

- вода - 70 %.

Установлено, что в результате взаимодействия пластификатора адипинового щелочного, содержащего до 30 % натриевых солей, с раствором порошкообразной келловей-ской глины и тонкодисперсными частицами отходов обогащения железных руд на обрабатываемой поверхности образуется достаточно прочный слой с толщиной, изменяющейся от 3 до 4 мм, который проявляет следующие свойства.

В условиях температуры окружающей среды 15-30 0С (в летний период) в указанном слое имеет место конденсация влаги из атмосферы за счет адсорбционных явлений, обусловленных содержанием до 30 % натриевых солей в ади-пиновом щелочном пластификаторе, который представляет собой отходы производства капролактама на Тульском заводе «Щекиноазот».

При этом образующийся конденсат влаги в нижней части профилактического слоя предотвращает пыление тонкодисперсных частиц в сухую жаркую погоду.

Второй рабочий компонент, содержащийся в растворе, -келловейская глина, проявляет следующие технологические

свойства в процессе выпадения атмосферных осадков на обработанную поверхность:

1. При 30 %-ой влажности келловейская глина проявляет максимальную адгезионную активность, направленную на «цементацию» поверхностного слоя, обеспечивающую предотвращение размыва профилактического слоя в процессе выпадения атмосферных осадков.

2. В условиях сухой погоды (15-30 0С) келловейская глина способствует упрочнению профилактического слоя путем создания на его поверхности жесткой «корки», препятствующей пылению тонкодисперсных частиц.

Совместная работа двух рабочих компонентов (пластификатора адипинового щелочного и келловейской глины) обеспечивает надежную устойчивость профилактического слоя в ветреную сухую погоду за счет его постоянного адсорбционного увлажнения в нижней части из окружающей среды, а в периоды выпадения атмосферных осадков имеет место адгезионное взаимодействие этого слоя с подложкой за счет проявления максимальной когезионной активности келловейской глины в результате ее увлажнения.

Для решения проблемы пылеподавления на хвостохра-нилищах железорудных горнообогатительных комбинатов

необходимо вести поисковые научно-исследовательские работы в следующих направлениях.

1. Применение подручных дешевых профилактических материалов, состоящих из вскрышных связных пород, склонных к адгезионному взаимодействию в совокупности с раствором различных солей, обеспечивающих экологическую безопасность.

2. Использование нетоксичных, экологически чистых отходов нефтехимических и других производств в качестве материала покрытий для защиты от пылеобразования.

3. Необходимо рекомендовать в качестве наполнителей материалы с заданными адгезионными свойствами при производстве защитных покрытий с целью направленного изменения их адгезионной активности в зависимости от природно-климатических условий, влажности обрабатываемых материалов и температуры окружающей среды.

4. Разработка новых технологических средств и технологий применительно к биологическим методам закрепления пылящих поверхностей с учетом их механизации в процессе предварительной подготовки площадей для посадки различных растений и кустарников.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Атмосферная диффузия и загрязнение воздуха /Под ред.А.С. Монина.М.:Изд-во иностр.л-ры, 1962, 512 с.

2. An evaluative model for leac dictribu-tion in roadside ecosistems. Leonzio C, Pisani A.

,,Chemosphere», 1987 N7,1387-1394.

3. Chip Sealihg in new Brunswick Miller John E.,,Transp.Res.Rec.»,1987, NЙЙЙ5.4.

4. Першин М.Н., Платонов А.П., Марков Л.А., Розов Ю.Н. Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов.

5. Решение на выдачу патента по заявке № 98116249/0З с приоритетом от 25.08.98г.

Ш

Мочалов Владимир Ильич ский ГОК».

Мосин Сергей Владимирович — аспирант, Московский государственный горный уни-

кепситет