CC BY
44
УДК 622.793
В.Г. Черкасов, В.П. Мязин
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ СТОЧНЫХ И ОБОРОТНЫХ ВОД ПРИ ВЕДЕНИИ ГОРНЫХ РАБОТ
~Т Наиболее распространенная в регионах Восточной Сибири и
-»-»Дальнего Востока гидромеханизированная переработка минерального сырья на россыпных месторождениях с использованием транспортно-обогатительных комплексов (переставных промывочных приборов, драг, модульных фабрик в дальнейшем ТОК) базируется на водоемких операциях с расходом до 12-18 м3 технологической воды на 1 м3 промываемых песков. Существующая система кондиционирования оборотной воды через грунтовые пруды-отстойники исчерпала свои потенциальные возможности и выступает сдерживающим фактором в совершенствовании мобильных обогатительных агрегатов, востребованность которых постоянно растет, что вызвано истощением запасов россыпей и вовлечением в переработку мелких высокоглинистых месторождений [1]. Инертность в развитии водоподготовительного этапа в технологическом цикле ТОК исключает потенциальную возможность снижать общие энерго- и водозатраты мобильных комплексов, а система временно возводимых грунтовых отстойников остается основным источником загрязнения естественных водотоков прилегающих к району ведения горных работ.
Сооружение каскада плотин, дамб, руслоотводных каналов требует значительных затрат времени до 10-15% от промывочного сезона и в таких же пределах средств от себестоимости добытого металла. Такие показатели ставят под сомнение разработку мелких месторождений, где доля затрат на гидротехнические сооружения еще выше. Уровень развития системы кондиционирования оборотной воды оказывается ключевой и при ведении работ в безводной местности.
Другой смежной проблемой по выделению твердой фазы из гидровзвеси, образующейся при промывке металлоносных песков, являются высокие потери (до 45-50 %) тонких фракций ценного компонента.
С переходом к рыночной экономике на объектах россыпной металлодобычи обострился целый блок противоречий. Это обусловлено тем, что с одной стороны из-за истощения сырьевой базы в переработку вовлекаются мелкие труднопромывистые месторождения, ужесточаются природоохранные требования, постоянно растут цены на энергоносители. С другой стороны практически отсутствуют альтернативные технические решения по комплексной переработке сырья с минимальными энергетическими затратами и экологическим ущербом. Поэтому водоподготовительная составляющая в составе приведенных затратах на единицу продукции постоянно растет.
Несовершенство существующей системы водоподготовки приводит к следующим негативным последствиям:
- повышается средняя годовая концентрация взвешенных частиц в реках ниже расположения отстойных сооружений в 5-10 раз по сравнению с природной мутностью;
- время простоя ТОК достигает 12-13 % от продолжительности промывочного сезона, что вызвано перестановкой насосов при заиливании всасывающих насадок и паводковых выбросов;
- протяженность сети временных трубопроводов при промывке глинистых песков достигает 400-800 м, а на высокоглинистых россыпях - 2-4 км;
- потери воды в системе водоснабжения за счет фильтрация и испарения достигают 15-20% от объема оборотной воды;
- отчуждаемость земельных угодий под отстойные сооружения достигает 2-4 га на один промывочный комплекс;
- отсутствие дифференцированного складирования тяжелой тонкодисперсной фракции эфельных хвостов, что приводит к безвозвратным потерям тонких классов ценного компонента.
Особую экологическую опасность вызывают временно возводимые внешние отстойники больших объемов на вечной мерзлоте в районах Арктического бассейна, Северо-Восточной зоны. Простои ТОК связанные с разрушениями горно-техни-ческих сооружений по Северному региону достигают 22-23 % от общей продолжительности промывочного сезона. Причем оставшиеся отстойники
после смены стоянки промприборов являются потенциальными источниками загрязнения естественных водотоков. Пляжи размещаемых илохранилищ при ветровой эрозии вызывают образование аэрозолей (пыли), ухудшающих безопасность жизнедеятельности населения.
Реализация возрастающих требований к надежности систем водоснабжения ТОК невозможно без кардинального изменения технологических процессов и перевооружения технических средств кондиционированию оборотной воды. В этой связи генеральной стратегией защиты водотоков от загрязнения становятся направления по созданию ресурсосберегающих принципов внутреннего и внешнего водооборотов на основе использования обезвоживающих аппаратов.
Путем перехода от общего к частному выделены основные принципы построения системы водоподготовки аппаратурным методом:
- минимизация объема оборотной воды вне контакта с естественным грунтом с минимальными энергозатратами и обеспечением нормального функционирования основного технологического оборудования;
- преемственность специфических требований к оборудованию, работающему в сложных условиях приисков, а именно - мобильность и автономность;
- обеспечение технологической гибкости разделительной системы аппаратов для различных по составу и объему массопотоков гидровзвеси, а так же различных конструкций ТОК.
В совокупности реализация этих принципов формирует локальный (внутренний) контур системы водоподготовки, который позволяет существенно сократить объемы оборотной воды за счет полного или частичного исключения внешних прудов-отстойников путем применения цельнометаллических обезвоживающих конструкций. Компенсация потерь воды, сбор атмосферных осадков, подготовка стоков к сбросу в естественные водотоки осуществляется через внешний контур, представляющий буферную систему гидротехнических сооружений относительно малых объемов.
Принципиальное отступление от традиционных схем замыкания водооборота через грунтовые отстойники и переход к аппаратурному методу требует и тактического подхода, так как для каждого отдельного случая проблема водоснабжения выступает как
частная. Учитывая широкий диапазон изменения качественноколичественного состава массопотоков, выходящих из ТОК, весь технологический цикл выделения оборотной воды разбивается на 2-3 этапа.
В настоящее время в качестве оборудования первого этапа (выделение относительно крупной фракции) нашли применение серийно выпускаемые спиральные классификаторы (типа КСП, КСН). Однако они предназначены не для обезвоживания материала, а для его классификации и являются не эффективными средствами по выделению твердой фазы из эфельных хвостов при промывке россыпных месторождений. Перспективным оборудованием на этом технологическом этапе выступают многоспиральные обез-воживатели (типа ОСП, ОСД), разработанные в ИГД ДВО РАН и испытанные на объектах россыпной металлодобычи [2]. По данным разработчиков эти обезвоживатели при общей массе 18 т обеспечивают выход гидровзвеси в слив с частицами крупностью до 80 мкм и развивают производительность по твердой фазе до 130 м3/час, что соответствует технологической производительности обогатительного комплекса по пескам 200 м3/час.
Основной процесс кондиционирования оборотной воды протекает на втором этапе. Путем выделения илисто-глинистой фракции из гидровзвеси слива, получаемого на первом этапе разделения эфельных хвостов, формируется основной объем оборотной воды. Предельная остаточная концентрация твердой фазы в технологической воде, например, при россыпной золотодобыче аппаратами проточного типа по данным ряда исследователей не должна превышать 20-30 г/дм3.
Для полного цикла выделения технологической воды из хвостов промывки песков требуется третий этап - обезвоживание сгущенного продукта и его складирование. По сокращенному варианту эту функцию могут выполнять илоотстойники внешнего контура.
Очевидно, выделение тонкодисперсной фракции из массопо-тока эфельных хвостов является ключевой проблемой по аппаратурному оформлению процесса кондиционированию оборотной воды при промывке металлоносных песков мобильными комплексами.
Применение известных технических решений, используемых на стационарных обогатительных фабриках, распространение на
россыпях не находит из-за специфических условий эксплуатации оборудования, требующих от конструкций низкой энергоемкости, простоты и мобильности в эксплуатации, технологической гибкости. Этим требованиям отвечают тонкослойные (многоярусные, полочные, канальные) отстойники в дальнейшем тонкослойные аппараты (ТА). Однако, отсутствие конструкторской проработки, глубоких экспериментальных исследований, рекомендаций создают ограничения по их использованию в обогатительных комплексах, работающих в сложных условиях приисков.
Разработанные в ЧитГУ конструкции ТА модульного типа (рис. 1; 2) и проведенные испытания на объектах россыпной метал-лодобычи (золото, касситерит, тантал, ниобий) показали высокую разделительную способность.
В результате примененных новых технических решений [8, 9] достигается резкое снижение удельной массы аппарата и его габаритов до значений соизмеримых с обогатительным комплексом (промприбо-ром), что имеет существенное значение для мобильных устройств. Удельные масса и габариты разработанного модуля относительно номинальной пропускной способности по гидровзвеси составляют соответственно 5-9 кг/м3/час и 0,04-0,05 м3/м3/час. В сравнении с известными стационарными конструкциями (“Ламелла”, СП-1А...СП-18А: ОАО “Завод Труд”, Уралмеханобра, ВНИИгидроуголь) эти показатели снижены в 6-8 раз. Рациональная геометрия тонкослойного пространства и выбранная конфигурация модуля позволила повысить эффективность использования рабочей полости ТА путем ее заполнения тонкослойными элементами до 80-85 % (рис. 3), а долю тонкослойного пространства относительно основного габарита довести до 60-65 % (у аналогов эти показатели составляют соответственно 30-45 % и 1525 %).
Конструктивное отступление от традиционной схемы компоновки ТА дает возможность реализовать в разработанных модулях выявленные потенциальные резервы тонкослойного пространства: во-первых, ступенчатое деление тонкослойной области путем разворота смежных кассет обеспечивает интенсивное использование пограничных слоев по переводу твердой фазы в осадок и сокращает область пассивной зоны; во-вторых, совмещение двух схем
Рис. 1. Привязка опытного образца тонкослойного модуля к эфелепроводу промывочного прибора
Рис. 2. Локальная система водоснабжения на основе тонкослойного модуля
массопотоков противоточно-поперечной или прямоточно-попе-речной в одной рабочей полости сокращает контакт встречных потоков, повышая разделительную способность аппарата; в-третьих, удлиненное рабочее пространство формирует двойной тонкослойный эффект с локальной концентрацией продуктов разделения и последующим усилением механизма сегрегации частиц в процессе их непрерывной транспортировки вдоль оболочки. В такой конструкции гравитационный процесс распада двухфазной среды с двойным тонкослойным эффектом образует два контура массопотоков: первичный - внутри каналов; вторичный - вдоль оболочки.
Второй тонкослойный эффект по природе аналогичен процессу, происходящему в массопотоке на шлюзах, но скорость перемещения твердой фазы по днищу модуля на два порядка ниже и протекает в ламинарном режиме, что является благоприятным условием (при прямоточно-поперечной схеме) для улавливания тонких фракций ценного компонента [3].
В производственных условиях на россыпных месторождениях Забайкалья и республике Саха (Якутия) исследовано несколько натурных образцов конструкций ТА. На ранней стадии опытноконструкторской и экспериментальной работы разработанная конструкция ТА на базе классической компоновки коробчатопирамидального типа показала ряд существенных недостатков, в основе которых лежали высокие относительные металлоемкость и габариты конструкции, трудоемкость в изготовлении, технологическая “жесткость”. В дальнейших разработках базовую модель составили модули трубчатой конструкции с последующими доработками. Исследования проводились на эфельных хвостах промывки металлоносных песков (золото, касситерит) обогатительными комплексами ПКС-1200, ПГБ-1-1000, ПЗБШ-200 (слив спиральных классификаторов) и на хвостах слива гидроциклонов обогатительного комплекса тантало-ниобиевого месторождения. Твердая фаза исходной гидровзвеси представляла фракцию класса -1—3 мм с преобладанием (85-90 %) песчано-глинистых частиц класса -0,1 мм.
При производительности модуля по гидровзвеси 80-100 м3/ч с концентрацией твердой фазы 90-110 г/дм3 и возвратом в оборот до 85 % технологической воды достигается слив с остаточной концентрацией твердого 3-5 г/дм3, что вполне допустимо для шлюзовой технологии промывки песков. Для выделения технологической во-
ды из гидровзвеси от промывки высокоглинистых песков, повышения качества слива, а так же для подавления циклического аккумулирования твердой фазы в обороте необходимо использовать интенсифицирующие добавки к исходному питанию.
В процессе исследований в качестве интенсифицирующих полимерных добавок применялись наиболее прогрессивные флоку-лянты, нашедшее применение на объектах россыпной металлодо-бычи: ПАА, Санфлок 520р, Санфлок АН-70р, DPI-4937. Установлено, что совмещение эффекта тонкого слоя и агрегатирования дисперсных частиц в виде флокул, резко усиливает разделительную способность тонкослойных модулей. Дозирование гидровзвеси с концентрацией песчано-глинистой фракции до 100 г/дм3 флокулянтами полиакриламидного типа в дозах до 5 г/м3 достигается снижение содержания твердой фазы в сливе в 5-10 раз. Для процесса кондиционирования оборотной воды такое совмещение дает возможность повысить нагрузку по питанию в 3-4 раза при одновременном снижении содержания твердой фазы в оборотной воде в 2-3 раза.
Применительно к обогатительному комплексу ПГБ-1-1000 при промывке высоглинистых песков с выходом гидровзвеси 1000 м3/час максимальный расход флокулянта типа Санфлок, DPI достигает 4-5 кг/час. Расчетная общая масса ТА, собранного из модулей в батарею, для всего масоопотока может составить 7,5-8 т, что вполне транспортабельно и соизмеримо с аналогичными параметрами обогатительных комплексов.
В режиме сгущения тонкослойная конструкция позволяет получать на выходе сгущенный продукт песчано-глинистой фракции эфельных хвостов ТОК с предельно-возможной объемной влажностью до 45-47 %.
Для основных типов промывочных приборов на основе методов унификации конструкции разработан типоразмерный ряд модулей [4], определены возможные схемы их соединения в батареи и расположения по рельефу разрабатываемого участка [5, 6]. Резкое снижение массы и габаритов узла, выделяющего основной объем технологической воды из гидровзвеси, дает возможность объединить все три выше перечисленных этапа в единый агрегат типа поточной линии по комплексной переработке массопотока эфельных хвостов [10, 11, 12].
Рис. 4. Станция приготовления и дозирования раствора реагента
Рис. 5. Цеолитовые фильтры глубокой доочистки стоков горного производства
В образующемся локальном контуре водооборота на базе тонкослойных модулей предусматривается использование дополнительного оборудования и в частности станции приготовления и дозирования реагента (рис. 4). В качестве такого устройства применяются конструкции, разработанные в ЧитГУ, ОАО “Иргиредмет”, прошедшие производственную апробацию на месторождениях россыпной металлодобычи, а так же при испытании тонкослойных модулей.
Другой дополнительный узел в системе водоснабжения ТОК предусматривает глубокую доочистку сточной воды до норм ПДК перед сбросом в естественный водоток при возможном положительном балансе водооборота. Такие функции, дополнительно к системе ТА, выполняют фильтры (рис. 5) на основе цеолитосодержащих туфов [7], выполненные так же в модульном исполнении. Партия таких фильтров выпущена ООО “Дарасунский завод горного оборудования”.
Аппаратурная система и ее отдельные составляющие неоднократно испытывались в производственных условиях на объектах Сибири, Забайкалья, Дальнего Востока. Учитывая высокую степень готовности модулей при частой смене мест промывки, можно сократить объемы грунтовых прудов-отстойни-ков и затраты на гидротехнические сооружения в 10-15 раз, а себестоимость подготовки 1 м3 технологической воды на 5-8 %.
Таким образом, совершенствование системы водоснабжения, по мнению авторов статьи, должно базироваться на новых технических решениях с переходом на экологически более надежные локальные технологические схемы внутреннего водооборота с резким сокращением потребления свежей воды и уменьшением загрязнения природных водотоков, прилегающих к местам ведения горных работ. Кроме того, такой подход открывает возможность по комплексному складированию или переработке продуктов разделения хвостов, включая и тяжелую тонкодисперсную фракцию с ценным компонентом.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чантурия В.А., Седельникова Г.В. Развитие золотодобычи и технологии обогащения золотосодержащих руд и россыпей // Горн. журн. - 1998. - №5. - С.4-
9.
2. Богданов Е.И. О мобильных агрегатах для обезвоживания хвостов обогащения песков россыпей. // Горн. журн. - 1989. - №6. - С. 49-51.
3. Мязин В.П., Черкасов В.Г. Расширение функциональных возможностей тонкослойных аппаратов с целью извлечения тяжелой фракции ценного компонента // Горн. информ.-аналит. бюл. - 2005. - №1. - С.326-330.
4. Мязин, В,П., Черкасов В.Г. Разработка модулей для конструктивноаппаратурного оформления систем оборотного водоснабжения транспортнообогатительных комплексов // Горн. информ-аналит. бюл. - 2005. - №9.- С. 276-281.
5. Мязин В.П., Черкасов В.Г. Разработка систем водооборота для мобильных обогатительных фабрик // Обогащение руд. - 2004. - №2. - С. 35-37.
6. Мязин В.П., Черкасов В.Г., Кармазин В.В. Совершенствование технологии переработки золотосодержащих песков с использованием замкнутого водоснабжения приборов // Горн. журн. - 1996. - №9-10. - С.23-27.
7. Мязин В.П., Хатькова А.Н., Черкасов В.Г. Физико-химическая технология кондиционирования сточных и оборотных вод горно-добывающих предприятий на основе использования цеолитосодержащих туфов Забайкалья // Вестн. Чит. политехи. ин-та. - М.: МГГУ, 1995. - Вып. 2. С. 171-176.
8. Пат. 1692028.
9. Пат. 2248848
10. Пат. 138006.
11. Пат. 1462543.
12. Пат. 1774542.
— Коротко об авторах ---------------------------------------
Черкасов В.Г., Мязин В.П. - Читинский государственный университет.
