Эколого-экономические аспекты комплексной пеработки техногенного гидроминерального сырья Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

- © И.В. Шадрунова, Н.Н Орехова, 2014

УЛК 622.7: 504.063.43

И.В. Шадрунова, Н.Н Орехова

ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННОГО ГИДРОМИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Главный путь инженерно-экологического развития общества — это создание малоотходных и безотходных технологий, предполагающих не только максимально полезное использование потребляемых сырьевых ресурсов, но и полную переработку образующихся отходов, которые в большинстве своём тоже имеют определённую сырьевую ценность.

При добыче и переработке полезных ископаемых на всех этапах технологического процесса образуются сточные воды. Суточное количество шахтных и подотвальных вод горных предприятий мед-но-цинкового комплекса Южного Урала оценивается как 0,9 млн м3. Воды естественного выщелачивания содержат до 1,1 г/дм3 меди и до 1,8 г/дм3 цинка. Значительные объёмы техногенных вод и высокое содержание в них цветных металлов позволяют классифицировать данные сточные воды как гидроминеральное сырье и обуславливают необходимость их ресурсовозобновляющей переработки. Принципиальным является комплексный подход к такой переработке с учетом специфики образования техногенных вод, их качественного и количественного разнообразия, а так же особенностей организации горно-обогатительного и металлургического производств и технологических процессов. Эффективно перерабатывать техногенные воды можно путём применения комплексных схем, включающих как традиционные методы очистки, так и гидрометаллургические приемы переработки растворов. Основной принцип — каждый метод должен быть применён для «своей» операции, на которой он обеспечивает максимальную эффективность и позволяет получить утилизируемый дополнительный продукт.

При переработке металлоносных вод целесообразно направленное селективное извлечение ценного компонента с получением обогащённого извлекаемым металлом продукта, матрица которого соответствует концентратам обогащения или флюсам и другим компонентам шихты плавильных агрегатов. Данный принцип позволяет вовлекать в переработку гидроминерального сырья горно-металлургические твердые техногенные отходы и получать интегративные эколого-экономические эффекты.

161

Ключевые слова: гидроминеральные ресурсы, медь, цинк, техногенные отходы, техногенные воды, переработка, извлечение тяжелых металлов, гальванокоагуляция, технология

Актуальность проблемы комплексной переработки техногенных отходов, связанная со значительными запасами в них ценных компонентов и усиливающимся их негативным влиянием на окружающую среду, обусловила появление целого ряда исследований на данную тему. В этом ряду все более значительное место занимают работы, связанные с созданием методологии и разработкой подходов к ресурсосберегающей переработке природно-техноген-ных вод. Авторами рассматриваются вопросы ресурсной оценки и комплексного использования антропогенно-изменённых водных потоков, особенности разработки технологий извлечения ценных компонентов, в том числе тяжелых и цветных металлов из техногенных вод. Техногенные воды представляют как система, состоящая из двух подсистем (вода и полезное ископаемое), использование которых в отдельности неэкономично [1]. Значительные объёмы и высокое содержание различных ценных компонентов обуславливают необходимость переработки этих вод и позволяют дефинировать их как гидроминеральные ресурсы.

Однако до настоящего момента вопрос критериального отнесения техногенных вод и их образований к ресурсам ценных компонентов, сырью и месторождениям остается наименее формализованным.

Ресурс вообще определяется как тела или силы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут быть использованы для удовлетворения потребностей человеческого общества, могут быть вовлечены в производственный процесс получением экономического эффекта. Образующиеся в результате добычи и переработки полезных ископаемых техногенные воды, в которых концентрация хотя бы одного из растворенных ценных компонентов превышает наиболее низкую концентрацию экономически целесообразного его извлечения при данных расходах потока, являются ресурсом не только воды, но и данного компонента. То есть гидроминеральным ресурсом.

Образование таких вод приурочено к определенной площади тех-ногенно изменённых недр и водоносных горизонтов в них. При этом

162

воды могут быть накоплены и находиться в специальных хранилищах, в постоянном круговороте «водоотлив-фильтрация-приток» или появляться сезонно. В любом случае воды имеют гидрологический режим и ограничены геоструктурными элементами. На современном уровне развития методов извлечения металлов из вод, локализованные техногенные воды подпадают под определение техногенного месторождения данное академиком К.Н. Трубецким. «Техногенное месторождение — это образования по количеству и качеству минерального сырья пригодные для эффективного использования в сфере материального производства в настоящем или в будущем» [2].

С нашей точки зрения, гидроминеральное техногенное месторождение может быть описано как динамически возобновляемые воды, приобретающие свойства техногенного гидроминерального ресурса при прохождении через ограниченные геоструктурными элементами техногенно-изменённые породы, находящиеся в недрах или на поверхности Земли.

Одним из ключевых моментов отнесения потока к гидроминеральному сырью является его ресурсная ценность. Этот показатель не может быть определен без оценки граничного значений рентабельной концентрации ценного компонента в потоке, который, в свою очередь, не может быть определен без оценки материальных затрат на извлечение компонента.

В самом простом случае следует сравнивать концентрацию компонента в потоке с рентабельной концентрацией ценного компонента (например металла), которая может быть найдена из сопоставления затрат и результата переработки в соответствии с уравнением:

СМе > СМе = 3 /(д Ц),

1 рент э.т '

СМе

1 — концентрация металла в природно-техногенной воде, г/м3; СМрент — рентабельная концентрации металла в воде, г/м3; вэт — себестоимость переработки по эталонной технологии, руб./м3; О — расход вод, м3/ч; е — извлечение металла в продукт, %; Ц — цена металла, руб./т;

В качестве эталонной технологии может быть принята наиболее отработанная и распространенная технология очистки вод от загрязняющего вещества — ценного компонента.

Ценность потока как минерального сырья и источника металлов, особенно в условиях получения из вод некого дополнительного

163

металлсодержащего продукта, обусловлена очень многими факторами. Среди них продолжительность существования, водоносность потока и концентрация металла в нем, возможность обезвреживания разбавлением другими водами, образующимися на предприятии, эффективность извлечения компонента, производительность по металлсодержащему продукту, утилизируемость полученного продукта совместно с другими продуктами предприятия, состав вод и комплексность загрязнения. Оценка ресурсной ценности потока без учета всех этих факторов является неадекватной, и приводит к неправильному выбору технологии переработки. Методики адекватной ресурсной оценки для данного вида техногенного сырья пока не существует.

Сегодня основным критерием вовлечения природно-техногенных вод в переработку является необходимость обязательной их очистки до норм ПДК в соответствии с государственной политикой экологизации производства. Получение реализуемых продуктов является желательным условием, предъявляемым к технологиям очистки и обезвреживания вод.

Переработка воды с множеством растворённых в ней загрязнений, часть из которых — ценные компоненты, подлежащие извлечению в рентабельный товарный продукт, является сложнейшей многофакторной задачей и её решение в одно действие невозможно в принципе. Малостадиальные схемы применяются для очистки воды с получением комплексного осадка. Такие осадки характеризуются низкими массовыми долями металлов и непригодны для эффективной утилизации.

Одно из основных направлений решения проблемы эффективной переработки таких вод — теоретическое обоснование возможности селективного извлечения максимального числа компонентов и внедрения в производство комплексных технологических схем. Однако разветвление технологических схем, позволяя получить селективные по извлекаемому компоненту продукты, приводит к удорожанию процесса переработки.

Технологически и экономически неоправданны как получение одного комплексного продукта, из которого затруднено дальнейшее выделение ценных компонентов, так и извлечение всех ценных компонентов в селективные продукты. Следовательно, при разработке технологий следует искать решения, позволяющие получение и

164

селективных, и легкоутилизируемых комплексных продуктов на основе возможности совместного присутствия элементов в процессах дальнейшей переработки.

Эффективно перерабатывать техногенные воды можно путём применения комплексных схем, включающих как традиционные методы очистки, так и гидрометаллургические приемы переработки растворов. Основной принцип — каждый метод должен быть применён для «своей» операции, на которой он обеспечивает максимальную эффективность и позволяет получить утилизируемый дополнительный продукт.

В последнее время в рамках данного подхода для техногенных вод горных предприятий медно-цинковой подотрасли, с использованием методов гидролитического [3] и сульфидного осаждения [4], цементации [4, 5], электрофлотокоагуляции [5], и ионной флотации [6], разработаны технологические схемы, позволяющие перерабатывать сточные металлоносные воды горных предприятий с получением пригодных для дальнейшего использования металлсодержащих продуктов и оборотной воды (табл. 1).

Однако переработка техногенных вод на горных предприятиях пока ещё остается эпизодической. Как правило, сводится к получению комплексных гидролитических осадков, которые на металлургических предприятиях утилизируются в процессах брикетирования и в шихте плавильного агрегата с преимущественным переводом в конечный продукт меди, а на горных предприятиях в закладочных смесях для заполнения выработанного пространства с фактической потерей металлов.

Особенно остро вопрос комплексной переработки природно-тех-ногенных вод стоит для горных предприятий цветной металлургии. Это связано со спецификой добычи руд и образованием техногенно изменённых вод практически на всех этапах технологического процесса. Основная масса руд, перерабатываемых в медно-цинковой подотрасли, относится к колчеданным. Технология добычи предусматривает наличие потерь руды за контуром карьеров и эксплуатационные потери в подземных горных выработках в зависимости от системы разработки. Потери — это часть балансовых запасов руды, неизвлечённой из недр при добыче или потерянной при транспортировке рудной массы.

165

Таблица 1

Современные технологии переработки кислых сульфатных металлоносных техногенных вол

Технология Продукт Массовая доля металла, % Концентрация металла в очищенной воде, мг/дм3 Авторы

Последовательного гидросульфидного осаждения цинка и меди Медный концентрат Цинковый концентрат Си-51,1 гп-1,9 Си-2,59 гп-49,7 Н/д Б.Л. Халезов

Флотационного выделения меди и цинка Цинковый сублат Медный сублат Гидролитический осадок Си — 4,34 гп — 57,43 Си — 74,24 гп — 0,54 Си —2,3 гп —27,6 Си — 0,0008 гп — 0,007 Ре —0,1 В.А. Чантурия Н.Л. Медяник

Электро-коагуляционно-фло-тационного выделения меди, железа и марганца Цементная медь Железосодержащий осадок Марганцевый флото-концентрат Си —66,5 Ре — 3,35 Мп — 1,09 Си — 1,83 Ре — 52,0 Мп —0,81 Си —0,15 Ре — 0,54 Мп — 50,07 Мп < 0,01 Си < 0,02 Ре < 2,36 В.А. Чантурия И.В. Шадрунова Н.Л. Медяник

Комплексного осаждения «из-весткование-флокуляция» Кек Си —8,5 гп —и.з Ре — 6,9 Си < 0,1 гп < 0,2 Ре < 0,3 С.С. Набойченко Г.И. Мальцев

Именно эта руда, находясь в зоне относительно свободного проникновения воздуха, является источником металлизации и минерализации природных вод инфильтрующихся через толщу. Особое значение имеет окисление пирита, при котором выделяется свободная серная кислота, играющая интенсифицирующую роль при растворении других окисляющихся сульфидных минералов. Окисление пирита происходит по следующей схеме:

РеБ2 + Н2О + 7О = РеБ04+ Н2Б04.

Выделившийся сульфат закиси железа при дальнейшем окислении переходит в сульфат окиси:

4РеБ04 + 2Н2Б04 + 02= 2Ре2(Б04)3+2Н20.

Сульфат окиси железа в слабокислых растворах гидролизуется, выделяя свободную серную кислоту:

Ре2(Б04)3 + 6Н20 = 2Ре (ОН)3+3Н2Б04.

В результате, вблизи окисляющихся рудных проявлений формируются поликомпонентные кислые (рН 3,6-4,3) почти исключительно сульфатные воды (до 96% Б04) с минерализацией до 8-12 г/дм3, пестрого катионного состава с высокими концентрациями микроэлементов халькофильной группы. Характеристика некоторых техногенных потоков представлена в табл. 2.

Наиболее токсичные и концентрированные по металлам воды продуцируют отвалы слабоминерализованных пород и забалансовых руд. Это экстремально агрессивные, сильнокислые (рН 1,5-3,2) воды с высокими концентрациями меди, железа, цинка (см. табл. 1), неблагоприятным для переработки соотношением концентраций металлов, ураганными значениями сульфатной минерализации (более 30 000 мг/дм3 Б04) и жесткости (более 100 мг-экв/дм3). Такие воды преимущественно сезонно-образующиеся, сбрасываются в хвосто-хранилища, отработанные и затопленные карьеры или направляются на имеющиеся очистные сооружения рудничных вод с нанесением существенного вреда оборудованию и технологическим процессам, а, в конечном итоге и окружающей среде.

Именно эти воды являются основными поставщиками тяжелых металлов в окружающую среду. Экологический ущерб от сброса загрязненных кислых сточных вод в поверхностные водотоки бассейна

167

Таблица 2

Характеристика некоторых техногенных потоков предприятий медно-цинковой подотрасли

Предприятие Наименование потока Содержание, мг/дм3 рН Объём м3/ч

Си 2п

Медногорский МСК Подотвальные р.Шарля 40-1100 20-3500 250-8000 1,9-3,2 3,0

Р. Лжерекля 10-65 1-30 10-60 2,7-5,4 150,4

УГОК Учалинская промпло-щадка Шахтные 0,017-502,5 57,6-1835,5 0,40-995,2 3,55-7,15 275,2

Подотвальные 7,7-234,7 65,3-1200,0 27,4-448,0 2,9-4.4 295,0

УГОК Узельгинская промпло-щадка Кислый пруд 0,01-2,2 4,2-25,1 2,2-9,7 5,7-7,8 250,0

Шахтные карьер «Объединенный» 0,01-0,25 0,1-1,97 0,01-0,12 6,9-8,1 50,0

Карьерные «Молодёжное» 0,38 4,5-10,8 11,3-23,4 5,1-6,7 175,6

Гайский ГОК Рудничная «Гайское» 219 160 785 2,64 156,4

Карьерные «Осеннее» 0,05-0,19 0,05-0,19 0,262-0,64 7,74-7,93 200

Сибайский ГОК Подотвальные 18-350,0 68,1-600,0 50-373,7 3,17-7,9 108,7

Карьерные «Камаган» 0,014-0,059 0,11-1,91 0,067-0,65 7,3-8,2 46,2

Шахтная «Сибайское» 0,042-0,65 0,227-2.35 0,03-6.6 6,6-9 156,6

реки Урал, оценивается для горных предприятий Южного Урала, перерабатывающих медно-цинковые руды в несколько десятков миллиардов рублей в год. Помимо данных расходов предприятия несут убытки и из-за того, что со сбрасываемыми водами теряется часть ценного компонента, которая при определенных условиях могла бы быть переведена в товарный продукт.

Очевидно, что решение данных проблем связано:

• с корректировкой стратегического развития предприятий в области природосберегающего, рационального и комплексного использования металлоносных вод на основе всесторонней оценки влияния потоков на окружающую среду;

• с созданием экологически безопасных, ресурсосберегающих технологий переработки металлоносных техногенных вод на основе анализа, качественно-количественных показателей и их производных: экологических и технологических характеристик техногенных вод горных предприятий медно-цинкового комплекса, а так же накопленного опыта их использования, очистки и переработки.

Суточное количество шахтных и подотвальных вод горных предприятий медно-цинкового комплекса Южного Урала оценивается как 0,9 млн м3 Ежегодно с ними безвозвратно теряется около 15 тыс. т меди, столько же цинка, порядка 40 тыс. т железа, десятки тыс. тонн марганца и других металлов. Это противоречит концепции комплексного использования сырья и безотходности производства. «Современная научная позиция...» при решении «...проблем вторичного использования и переработки отходов горного производства.» состоит в том, что бы «.рассматривать отходы освоения месторождений в качестве новых ресурсов, для поддержания потенциала недр, а также изменения их состояния в целях дальнейшего использования» [7]. Главный путь инженерно-экологического развития общества — это создание малоотходных и безотходных технологий, предполагающих не только максимально полезное использование потребляемых сырьевых ресурсов, но и полную переработку образующихся отходов, которые в большинстве своём тоже имеют определённую сырьевую ценность.

Задача создания безотходного производства на «локальном» уровне отдельного горного предприятия экономически и технологически трудноразрешима. Современная консолидация горных предприятий с металлургическими предприятиями глубокого передела открывает

169

Таблица 3

Технологическая классификация техногенных медьсодержащих стоков

Индекс качества Характеристика техногенного стока Предпочтительное использование техногенного стока Метод утилизации или переработки гидроресурса

рН = 1,5...6,2 Си2+/гп2+<0,4 ССи < 3 мг/дм3 Возвращение в оборот Нейтрализация щелочными стоками

Р21 рН=1,5...6,2; Си2+/гп2+ =0,4-0,65 ССи < 3 мг/дм3 Орошение отвалов Создание геохимических барьеров

Р\ рН = 1,5...6,2 Си2+/гп2+ >0,65 ССи < 3 мг/дм3 Очистка и возвращение в оборот или сброс Гидролитическое осаждение Сорбция

Медьсодержащий ресурс для извлечения меди Ионный обмен (смолы)

РХ2 рН = 1,5...5,2 Си2+/гп2+ < 0,4 ССи =3...50 мг/дм3 Медьсодержащий ресурс для извлечения меди в коллективный продукт Гидролитическое осаждение

Рз рН = 1,5...4,2 Си2+/гп2+ < 0,4 ССи> 50 мг/дм3 Медьсодержащий ресурс для извлечения меди в коллективный продукт Гидролитическое осаждение

р2 к 2 рН =1,5.. .5,2; Си2+/гп2+ =0,4-0,65 ССи = 3...50 мг/дм3 Медьсодержащий ресурс для извлечения меди с получением ферритов меди Гальванокоагуляция

Медьсодержащий ресурс для извлечения меди с получением товарных слитков или купороса Ионный обмен (смолы) Сорбция Ионная флотация

р2 к 3 рН =1,5...4,2 Си2+/гп2+ =0,4-0,65 ССи> 50 мг/дм3 Медьсодержащий ресурс для извлечения меди с получением ферритов меди или купороса Цементация Гальванокоагуляция

Индекс качества Характеристика техногенного стока Предпочтительное использование техногенного стока Метол утилизации или переработки гилроресурса

рЗ к 2 рН = 1,5...5,2 Си2+/гп2+ >0,65 ССи = 3...50 мг/дм3 Медьсодержащий ресурс для извлечения меди с получением ферритов, купороса или коллективного продукта Гальванокоагуляция Электродиализ

рЗ к 3 рН = 1,5...4,2 Си2+/гп2+ >0,65 ССи> 50 мг/дм3 Медьсодержащий ресурс для извлечения меди с получением цементата, ферритов меди и купороса Цементация Электролиз Гальванокоагуляция

Н рН = > 6,2 Очистка стоков и возвращение в оборот или сброс Осаждение

реальные возможности для создания малоотходного, а в перспективе и безотходного производства. Переработка техногенных вод горного предприятия может быть осуществлена с целенаправленным получением продуктов и полупродуктов, пригодных для утилизации на предприятиях разных переделов. Новым подходом в обеспечении эффективной переработки гидроминеральных ресурсов, разработанным в ИПКОН РАН, Магнитогорском и Иркутском ГТУ, является адаптация, модификация существующих методов очистки сточных вод и их комбинирование для селективного извлечения ценных компонентов на основе определения границ применимости разных методов с учётом встраиваемости обобщенных технологических схем комплексной переработки техногенных вод в существующие производственные циклы.

Для медьсодержащих стоков горных предприятий Урала совместно с управлением экологической безопасности ООО «УГМК-Холдинг» разработана технологическая классификация (табл. 3), основанная на следующих критериях и показателях: рН среды, как показателе преобладающей формы меди в стоке, значении концентрации меди в стоке, отношении концентрации меди к концентрации цинка в стоке. Для формирования медьсодержащих потоков из техногенных вод горнодобывающих предприятий и организации работ по извлечению меди из них с учетом новейших результатов научных исследований и практического опыта извлечения меди из водных сред, проектирования, строительства и эксплуатации очистных сооружений разработаны методические рекомендации для предприятий медного комплекса [8].

Систематизация продуктов переработки гидроминерального сырья относительно массовой доли металла и направления дальнейшей их утилизации с учетом специфики горно-металлургического производства (рис. 1), анализ областей применения различных методов извлечения (рис. 2), физических и химических характеристик, получаемых при этом металлсодержащих продуктов, позволили сделать вывод о том, что при переработке металлоносных вод целесообразно направленное селективное извлечение ценного компонента с получением обогащённого извлекаемым металлом продукта, матрица которого соответствует концентратам обогащения или флюсам и другим компонентам шихты плавильных агрегатов. Данный прин-

172

Рис. 1. Классификация металлсодержащих продуктов переработки гидроминерального сырья горно-обогатительных предприятий

ионная флотация

О 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500

Рис. 2. Области концентраций эффективного применения методов извлечения меди и цинка из растворов

цип позволяет вовлекать в переработку гидроминерального сырья горно-металлургические твердые техногенные отходы и получать интегративные эколого-экономические эффекты.

Основной принцип совместной переработки техногенных твердых и гидроминеральных ресурсов цветных металлов — это селективное взаимообогащение участвующих в процессе фаз разными ценными компонентами, концентрирование компонента в одной из фаз за счет аккумулятивной способности твердой или выщелачивающей способности жидкой фазы. Желательно получение металлсодержащих продуктов при встраивании метода извлечения в существующие схемы очистки вод. Для построения комплексных схем принципиально важным является применение методов извлечения компонента из вод, не привносящих дополнительных загрязнений в поток, поступающий на следующую стадию технологической цепочки переработки вод или же привносящий вещества, способствующие извлечению загрязнений в следующей стадии.

В области параметров потоков, характерных для кислых (рН 1,5-4,0) металлоносных (ССи до 1100 мг/дм3 С2п до 1835 мг/дм3 (рис. 2)) подотвальных шахтных вод горных предприятий Южного Урала с рентабельной концентрацией металлов (по компенсации стоимостью извлеченного металла затрат на выбранную в качестве эталонной гидролитическую очистку Сси более 100 мг/дм3, С2п более 250 мг/дм3) и преобладанием концентрации цинка над концентрацией меди, альтернативным методом извлечения является гальванокоагуляция с применением гальванопары железо-углерод.

Метод гальванокоагуляции разработанный под руководством В.А. Феофанова в институте «Казмеханобр» всесторонне освещён в монографии [9]. Там же описан «гальванокоагулятор» — аппарат, позволивший на промышленном уровне обеспечить высокоэффективную очистку сточных вод гальванических производств и предприятий цветной металлургии.

Физико-химическое моделирование процесса гальванокоагуляции в совокупности с факторным анализом позволили нам определить для процессов области значений параметров комплексной очистки или селективного извлечения компонентов [10,11]. Доказана возможность применения гальванокоагуляции на различных стадиях технологического процесса переработки вод при изменении времени

174

контакта, рН раствора, аэрированности раствора и типа гальванопары. Потенциал регулирования содержания меди в осадках заложен в установленном нами комплексном механизме её перевода в твёрдую фазу. Потенциальным регулятором содержания меди в получаемых осадках является содержание кислорода в системе. В зависимости от количества кислорода преимущественно реализуется механизм цементации или ферритизации. В процессе гальванокоагуляции не происходит увеличение концентрации железа в сливе из-за перевода его в осадок в виде оксигидратов и ферритов.

В постановке задачи совместной переработки твердых и жидких отходов изучено применение в технологическом процессе гальвано-коагуляционного извлечения меди и цинка из подотвальных вод в качестве загрузки гальванокоагулятора отхода вельцевания — медистого клинкера, воспроизводящего гальванопару «железо-углерод».

Схема состоит из следующих операций: кратковременная гальванокоагуляция исходной воды без изменения рН; введение флоку-лянта в слив гальванокоагулятора и отстаивание; подщелачивание отстоянного слива; длительная гальванокоагуляция подщелоченного слива; введение флокулянта в слив гальванокоагулятора отстаивание, известкование отстоянного слива гальванокоагулятора до рН 9; введение флокулянта; отстаивание. Схема цепи аппаратов галь-ванокоагуляционной технологии прнедставлена на рис. 3.

Гальванокоагуляционная обработка подотвальных вод (Си2+ — 157,30 мг/дм3, гп 2+ — 208,64 мг/дм3 Беобщ — 1558,68 мг/дм3, рН 2,80) при применении клинкерной загрузки гальванокоагулятора с исходной массовой долей меди 3,05% и цинка 2,18% в первой стадии извлечения позволяет без подщелачивания при кратковременной обработке в течение 4-6 минут получить осадки с массовой долей меди 4,4-6,8%. Технологический процесс является периодическим. Замена клинкерной загрузки производится после обеднения её по железу. Массовая доля меди в отработанной загрузке первой стадии гальванокоагуляции после пропуска воды в соотношении к массе загрузки 300:1, возросла и составила 9,03%, массовая доля цинка снизилась до 0,63%. Осадок с преобладанием массовой доли цинка над массовой долей меди при эффективном извлечении его из получен во второй стадии гальванокоагуляции. Массовая доля цинка составляет 4,12-4,8%. Извлечение цинка — 85,9.99,1%.

175

Обогащению осадка по цинку способствует его переход из загрузки в раствор в первой стадии гальванокоагуляции. Применение предварительного извлечения металлов методом гальванокоагуляции снижает остаточную концентрацию металлов после известкования и флокуляции по сравнению с показателями, полученными при осаждении без предварительной обработки. Эффективность очистки по абсолютному значению увеличивается по меди на 0,26-0,91%, по цинку на 0,25-2,24% и по железу на 0,11-0,96%.

Совместная переработка медистого клинкера и подотвальной воды позволила обогатить клинкер медью, получить селективные осадки с массовой долей металлов в два раза выше, чем в исходном клинкере и повысить эффективность очистки воды. Отработанный клинкер и осадки является утилизируемым в металлургическом переделе, что отражено в акте испытаний. Реализация технологии приводит к уменьшению площади складирования отходов и, следовательно, количества токсичных подотвальных вод.

Экономический эффект с учетом затрат на самую дорогостоящую операцию фильтрование с применением камерных фильтр прессов составил 1825,35 тыс. руб. в конце первого года эксплуатации.

Таким образом, снижение техногенного воздействия техногенных вод на природные системы в совокупности с ресурсовозобновляю-щеей их переработкой является приоритетной задачей обеспечения экологической безопасности и комплексности использования сырья. Техногенное гидроминеральное сырье — конкурентоспособный, перспективный минеральный ресурс, комплексная переработка которого по инновационным технологиям обеспечивает не только значительный технико-экономический эффект, он и достигаемый попутно экологический эффект как естественное следствие нового уровня требований современного горного производства. Современная консолидация горных предприятий с металлургическими предприятиями глубокого передела открывает реальные возможности для создания малоотходного, а в перспективе и безотходного производства. Переработка техногенных вод горного предприятия может быть осуществлена с целенаправленным получением продуктов и полупродуктов, пригодных для утилизации на предприятиях разных переделов. Может быть реализован принцип комплексности переработки жидких и твёрдых отходов предприятий на основе

176

подотовальная | вода

галъванопара © .

@

Н [ 1 флокулянт

| со в,®

щелочной

а реагент

© гп©

ае>

ШИП

Датчик РН

воздух

очищенная вода

ш

гидролитический осадок

Рис 3. Схема цепи аппаратов гальванокоатуляционной технологии переработки техногенных вол горных предприятий с приоритетным содержанием цинка и мели (П): 1 — сборник-усреднитель; 2, 5, 8 — насос; 3, 12 — гальванокоагулятор; 4, 13 — зумпф; 7, 15 — тонкослойный отстойник; 9, 14 — расходный бак и дозатор реагентов реактор; 10 — аэратор; 11, 16 — камерный фильтр-пресс; 17 — узел нейтрализации

технологической и экологической обоснованности совместной утилизации. Возможно максимальное использование уже имеющихся разработок по очистке сточных вод горных производств, что позволит минимизировать затраты на реализацию мероприятий. Внедрение разработанных технологий на горных предприятиях позволит с одной стороны более полно использовать природные минеральные ресурсы, получать дополнительную продукцию с высокими экономическими показателями производства, а c другой стороны — существенно снизить экологическую нагрузку в регионах.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зелинская Е.В., Щербакова Л.М., Федотова Н.В. Эколого-экономиче-ские аспекты освоения техногенных минеральных ресурсов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — 2009. — № 7. — С. 76-78.

2. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н., Никитин М.Б. Классификация техногенных месторождений, основные категории и понятия // Горный журнал. — 1989. — № 12. — С. 6-9.

3. Шидловская И.П., Мальцев Г.И., Набойченко С.С. Определение оптимальных условий осаждения гидроксидов металлов-примесей при очистке сточных вод // Изв.ВУЗов. Цв. металлургия. — 2005. — № 6. — С.14-17.

4. Халезов Б.Д. Исследования и разработка технологии кучного выщелачивания медных и медноцинковых руд: Автореф. дисс. ... д-ра тех. наук: 05.16.02. — Екатеринбург, 2008. — 53 с.

5. Технология электрофлотационного извлечения марганца из техногенного гидроминерального сырья медноколчеданных месторождений Южного Урала / В.А. Чантурия, И.В. Шадрунова, Н.Л. Медяник, О.А. Мишурина // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых». — 2010. — № 3. — С. 92-99.

6. Медяник Н.Л., Чантурия В.А., Шадрунова И.В. Квантово-химический метод выбора реагента-собирателя и его использование в процессе флотационного извлечения катионов цинка и меди (II) из техногенных вод горных предприятий / Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2012. — № 1. — С. 155-165.

7. Чантурия В.А. Прогрессивные технологии комплексной переработки минерального сырья. — М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2008. — С. 19.

8. Волкова Н.А., Орехова Н.Н., Глухова А.Ю. Управление медьсодержащими потоками: Методические рекомендации. — Магнитогорск: Минитип, 2007. — 22 с.

9. Феофанов В.А., Дзюбинский Ф.А. Гальванокоагуляция: теория и практика бессточного водопользования. — Магнитогорск: ООО «МиниТип», 2006. — 368 с.

178

10. Орехова Н.Н. Исследование метода гальванокоагуляции для селективного извлечения меди и цинка из растворов // ГИАБ. Отд. вып. «Обогащение полезных ископаемых-1». — Вып. 14. — 2009. — С. 329-331.

11. Чантурия В.А., Шадрунова И.В. Технология извлечения цинка из рудничных и подотвальных вод /В.А. Чантурия, И.В. Шадрунова, Н.Н. Орехова, Н.Л. Чалкова // Обогащение руд. — 2011. — № 1. игсга

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Шадрунова Ирнна Владимировна — доктор технических наук, профессор, чл.-корр. РАЕН, и.о. руководителя научного отдела Горной экологии, Институт проблем комплексного освоения недр РАН, [email protected] Орехова Наталья Николаевна — кандидат технических наук, доцент кафедры «Обогащения полезных ископаемых», Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», [email protected]

179