CC BY
49
•-----------------------------
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»
МОСКВА, МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 3 «ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ»
В.В.Морозов
Московский государственный горный университет
КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ОБОРОТНЫХ ВОД И УТИЛИЗАЦИЯ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРИ ОБОГАЩЕНИИ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ РУД
Одним из существенных недостатков применяемой при обогащении полиметаллических и золотосодержащих руд циа-нидной технологии является сброс в окружающую среду стоков с высоким содержанием токсичных веществ: соединений цианида, ксантогената, тяжелых металлов. Экологический аспект является решающей причиной отказа от цианидной технологии, несмотря на ее высокую эффективность.
Единственным приемлемым путем использования цианидной технологии является применение замкнутых схем водообо-рота, резко снижающих сброс вредных и ядовитых соединений в окружающую среду и предполагающих извлечение из оборотных вод содержащихся в них ценных компонентов.
Для обеспечения стабильных технологических показателей при ведении процесса обогащения на оборотной воде необходимо следовать определенным принципам. Эго в первую очередь разработка и использование системы критериев к оборотным водам, методической основой которой является моделирование воздействия компонентов оборотных вод на технологические процессы, в которые они направляются. Во вторых это оптимальное сочетание поциклового водооборота с общим водо-оборотом и соответственно комбинирование операций кондиционирования индивидуальных стоков с характерным составом и операций адресного кондиционирования объединенных стоков, т. е. кондиционирования с учетом требований соответствую-
щих технологических процессов. В третьих это выбор и совершенствование технологий кондиционирования оборотных вод с целью минимизации отрицательного воздействия на окружающую среду и технологические процессы добавляемых или генерируемых при кондиционировании компонентов.
Важным условием является получение достоверных данных о механизме самопроизвольных химических, электрохимических и биохимических процессов, протекающих в отстойниках и очистных сооружениях и определяющих ионно* молекулярный состав сточных и оборотных вод.
Использование предложенных принципов можно рассмотреть на примере совершенствования системы водооборота промышленного узла Зыряновского свинцового комбината, принципиальная схема которого изображена на рис. 1. В общую систему водопользования направлялись шахтные воды, стоки обогатительной фабрики, мясокомбината и ряда близлежащих промышленных предприятий. Попытки ведения процесса флотационного обогащения на оборотной воде приводили к увеличению потерь меди, свинца и цинка на 6 - 8% и снижению качества концентратов на 3 - 5%.
В результате проведенных исследований было установлено, что основными причинами, вызывающими снижение технико-экономических показателей является активация сульфидов цинка и железа, а так же гидрофобизация несульфидных минералов вмещающих пород [1,2]. В соответст-
вии с полученными результатами были разработаны физико-химические модели и предложена система критериев к составу оборотных вод, представляющая граничные значения концентраций нежелательных компонентов ионного состава оборотных вод (табл. I).
Рис.1. Схема водооборота Зыряновского промышленного узла.
I • обогатительная фабрика; 2 - мясокомбинат; 3 - рудник. 4 - установка для очистки сливов сгустителей; 5 -контактный пруд; 6 - хчостохранилище, 7 - окислитель-ный пруд; 8 - сборник дренажных вод; 9 - насосная станция, 10 - установка для кондиционирования оборотных вод
Главной задачей оптимизации системы водооборота и повышения эффективности кондиционирования является снижение концентрации медьцианистых комплексов и органических соединений с собирательными свойствами соответственно до ОЛ и 1,5 мг/л.
Применительно к рассматриваемому объекту в разные годы были предложены различные схемы кондиционирования оборотных вод. По проекту “Казмеханобра” предполагалась очистка стока хвостохрани-лища хлором или гипохлоритом, а по проекту ВНИИХТ - очистка направляемых на фабрику потоков при помощи ионообменной смолы. Главным недостатком первого проекта являлось значительное отрицательное воздействие хлорпроизводных на окру-
жающую среду и технологическое оборудование. Второй проект исходно не решал задачу удаления органических загрязнений и кроме того был чрезвычайно дорогостоящим.
Для решения задачи перевода обогатительной фабрики на водооборот МГГУ и ЗСК при участии ВНИИХТ и ИГ1КОН был проведен комплекс работ, включающий исследование процессов формирования ион-но-молекулярнорго состава оборотных вод, разработки оптимальной схемы водооборота, выбора и оптимизации процессов кондиционирования оборотных вод.
В результате проведенных исследований установлено, что главной причиной появления комплексов меди в сливе окислительного пруда является выщелачивание меди и нерастворимых солей и минералов. Действительно дисбаланс количеств растворенной меди, поступающих в хвосто-хранилище и окислительный пруд и выходящих из них может быть обусловлен только выщелачиванием меди, твердой фазы (табл. 2). Подтверждает вывод о цианидном выщелачивании меди и увеличение количества цианида, связанного в металлциани-стые комплексы (табл. 3). Анализ данных таблицы 3 также показывает, что более 90% свободного цианида вызывающего выщелачивание меди вносится со сливом ионообменной установки: из чего следует вывод о необходимости повышения эффективности очистки от цианида именно данного продукта.
Одновременно предполагалось решить задачу доизвлечения из сливов золота, серебра, меди и других ценных компонентов.
Для решения поставленных задач были выбраны следующие технологии очистки стоков:
• электрохимическая обработка сливов в бездиафрагменном, диа-фрагменном и мембранном электролизерах;
• селективная сорбция свободных цианидов в ионообменной смоле;
• коллективная сорбция свободных и связанных цианидов на ионообменной смоле.
В результате проведенных исследований* по электрохимической очистке установлено, что при определенных условиях все три типа аппаратов позволяют достичь высокой степени очистки ( табл. 4). При этом установлено, что повышению эффективности очистки в бездиафрагменном электролизе способствует поддержание заданных pH и ЕЬ и правильный выбор материала анодов. Поскольку при обработке цианосодержащих продуктов в мембранном и диафрагменном электролизере возникает проблема утечки цианводорода, наиболее целесообразно использование бездиафраг-менной электрохимической обработки с регулированием щелочности и ОВ11 среды.
Изучение сорбции цианида проводилось с использованием смолы АМпор на сливах ионообменной установки, содержащих 12,5 мг/л меди110,8 мг/л общих и в т.ч. 94 мг/л свободных цианидов. В результате исследований установлено, что при pH 9,2 -
9,5 сорбция цианида и меди недостаточно эффективна и составляет соответственно 44 и 62%. Повышение pH до 10,2 - 11,2 способствует повышению эффективности сорбции соответственно до 85 и 97%. Однако достигнутая емкость по цианиду (22 мг/г) и остаточная концентрация циан-ионов (до 10 мг/л) не соответствуют требуемым.
Интересные результаты получены при исследовании осаждения цианида солями меди. В табл. 5 представлены данные но ионному составу фильтрата после подачи в него медного купороса. При подаче количеств медного купороса, соответствующих составу медь-цианистого комплекса
Экспериментальная масть выполнена с.н.с. ИПКОН РАН Двойченковой Г.П.
Си(СЫ)2* достигается минимальная концентрация свободного цианида (2,2 мг/л) при нахождении 100% меди в растворенной форме. При сорбции из такого раствора медь-цианистого комплекса в условиях соответствующих промышленным, был получен слив, содержащий 0,6 мг/л меди и 3,2 мг/л цианида. Общая эффективность улавливания цианида составляет 96,6%. Существенные возможные недостатки метода -необходимость точного регулирования расхода медного купороса и увеличение затрат на регенерацию смолы (на 50%).
После сопоставительного анализа технологических показателей, для очистки сливов медного и свинцового сгустителей была предложена схема, включающая операции электрохимическою кондиционирования pH и ЕЬ сливов; сорбционное извлечение меди, цинка, золота и серебра и электрохимическое разложение цианида (рис. 2). Схема позволяет извлечь более 99% содержащихся в сливах меди, золота, серебра и цианида. При этом общее количество меди, извлекаемое из сливов сгустителей составит до 450 кг/сут.
Рис. 2. Принципиальная cxe.ua очистки цианистых сливов медного и свинцового сгустителей
Снижение остаточной концентрации свободного цианида в объединенных хвостах с 8 до 1 - 1,5 мг/л принципиально изменяет механизм выщелачивания меди с цианидного на сульфатный и уменьшает его скорость в 3 - 6 раз. Это приведет к тому, что концентрация ионов меди в оборотной воде снизится до 0,5 - 0,8 мг/л, при этом медь будет находится в виде катионов.
Спектр органических соединений, содержащихся в оборотных водах очень широк. Из общей концентрации органики
3,5 - 5,0 мг/л около 40 - 50% составляют высшие жирные кислоты; 10 -15% - растительные и животные масла; 15 - 20% - минеральные масла; 10 - 15% - диксантогенид и иные продукты окисления ксангогената [3]. Снижение концентрации цианида и переход меди в катионную форму приведет также к образованию неноногенных металлоорганических соединений. Эффективность удаления неионогенных органических и металлоорганических соединений методами ионного обмена весьма низкая.
В связи с этим были проведены исследования по удалению из оборотной воды органических в т.ч. жирнокислотных нерастворимых соединений различными метода-
ми. В первой серии изучалось влияние различных видов обработки на концентрацию олеата кальция; во второй - очистке подвер-галась непосредственно оборотная вода. Сравнительный анализ результатов первой серии показал, что компрессионная флотация и сорбция активированным углем значительно эффективнее, чем очистка на ионообменной смоле и цеолите. Вторая серия опытов доказывает повышение эффективности флотации после очистки оборотной воды методами сорбции на активированном угле и компрессионной флотации (табл. 6).
Гак им образом рекомендуемая нами схема, отличающаяся от ранее предложенных использованием электрохимического разложения цианида в слива сгустителей, а также использованием специальных методов извлечения соединений тяжелых металлов и жирных кислот из оборотных вод поступающих в циклы измельчения и коллективной флотации, обеспечит перевод обогатительной фабрики ЗСК на замкнутый во-дооборот без снижения техникоэкономических показателей при снижении сброса в окружающую природу вредных и ядовитых веществ.
Таблица 1
Физико-химические модели и критерии к оборотной воде, подаваемой в измельчение и
коллективную флотацию
Процесс - ■ -а - .= Модель Граничмые условия Требования к ионному составу оборотных вод
II Активация сфалерита в коллективной медно-свинцовой флотации ( в режиме Шсридана-Гризвольда) А,=ЕЬ-0.1181§[НСЬ']+ +0,05918[Си(СЫ)2 ] А, >0,620 [Си) <0,1 мг/л 1
Активация пирита в коллективной медно-свинцовой флотации А» = ЕЙ + 0,118рН + + 0,118^[НСЫ] -- 0,0591ё[Ре(СМ)6'1'] А2 > 0,486 [Си1 < 0,15мг/л
Гндрофобизация кальциевых породообразующих минералов А, = 1ё[01 ]-1/2рН--1ё[ НСО, ] А3> 16,69 [(Ж) < 0,15мг/л |
Таблица 2
Содержание н количество меди в продуктах схемы водооборота іьіриновского
промышленного узла
Продукт Объем тыс. м3/сут Концентрация ме- Количество меди
ли мг/л кг/сут
1. Жидкая фаза общих хвостов обогати- 36,0 0,05 1.8
тельной фабрики 300 3600
2. Твердая фаза общих хвостов обогати- 12,0
тельной фабрики 0,05 1,5
3. Слив контактного пруда 30.0
4. Слив сгустителей 2,0 225 450
5. Слив сгустителей после ионообменной 2,0 8.0 16,0
установки 2,4 192,0
6. Слив и дренаж хвостохранилища и окис- 80.0
лительного пруда
17. Шахтные воды 15 2,4 36
Таблица 3
Содержание и количество цианидов в продуктах схемы водооборота Зыриновского
промышленного узла
1 Продукт Объем, тыс. м3/сут Содержание цианидов мг/л Количество цианидов кг/сут
общее свобод- ных связан- ных общее свобод- ных связан- ных
Жидкая фаза общих хвостов флотации 36,0 2,5 0,6 1,9 90 21,6 68,4
Слив ионообмен. установки Дренаж и слив хвостохранилища и 2,0 114 94 20 228 188 40
|| окислительного пруда 80,0 *> 4 0,5 1,9 192 40 152
Таблица 4
Результаты опытов но электрохимической очистке сливов ионообменной установки
Режим обработки Расход электроэнергии, квтч/м3 Остаточная концентрация цианида, мг/л Эффективность 04 истки,%
1. Ьез обработки 0 200 о
2. В бездиафрагменном электролизере 1,5 1,0 99,5
3. В диафрагменном электролизере (анолит) 2,0 2,0 х * І*' 99,0
п4. В мембранном электролизере Р(анолит) 2,0 2,0 99,0
Таблица 5
Результаты опытов по еорбцнонпой доочистке сливов ионообменной установки
Соотношение медь-цианид Концентрация, мг/л Концент рация меди после очистки на анионообменной смоле, мг/л
медь свободный цианид ксантогенат
1:20 12,0 89,0 1,45 0.6
1:4 62,0 5,4' 0,17 0.5
1:3.3 74.0 3,2 0,17 0,5
1:3 85,0 2,6 0,17 0,8
1:2,5 98,0 2,3 0,1 1,0
1:1,5 130,0 3,6 н/о 23,0
1:1 160,0 3.5 н/о 50,0 І
Таблица 6
Результаты опытов по очистке оборотной воды и коллективной
медно-свинцовой флотации
Метод очистки Концентрация органики, мг/л Содержание в Си-РЬ концентрате, %
РЬ Си Тп несульф. минер.
1. без очистки 2,4 20,5 13,5 5,3 12,5
2.сорбция на активи- 0,25 22,0 15,0 5.0 5,5
рованном угле 3.сорбция на цеолите 1,2 20,5 13,8 5,3 10,0
4.компрессионная флотация 0.8 22,4 15.6 4,8 8,0
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Морозов В.В., Авдохин В.М. Повышение экологической безопасности флотационного обогащения на основе оптимизации ионного состава пульпы и оборотных вод // Горный журнал. - 1996. - 7.8, Стр. 65 - 71
2. Морозов В.В., Николаева Т.С., Акилбаев М.А. Моделирование процессов активации и разработка комплексных оптимизационных параметров ионного состава для циклов измельчения и коллек-
тивной флотации // Обогащение минерального сырья; сб. научн. трудов МГИ / М„ МГИ 1990 стр. 47 -55
3. Морозов В.В. Моделирование взаимодействия органических компонентов оборотных вод с породообразующими минералами при обогащении полиметаллических руд / Горный информационно-аналитический бюллетень, 6, стр. 65 - 70. ИАЦ МГГУ -М.: МГГУ, 1995.
©В.В.Морозов
