Опыт работы ОАО «Михайловский ГОК» по борьбе с пылеобразованием на железорудном хвостохранилище Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

© В.И. Мочалов, С.В. Мосин, 2001

УДК 622.273.26

В.И. Мочалов, С.В. Мосин

ОПЫТ РАБОТЫ ОАО «МИХАЙЛОВСКИЙ ГОК» ПО БОРЬБЕ С ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЕМ НА ЖЕЛЕЗОРУДНОМ ХВОСТОХРАНИЛИЩЕ

В

период с 19.06.98 г по 21.07.98 г. с целью предотвращения пылеоб-разования и засорения близлежащих сельскохозяйственных угодий, на хвостохранилище обработан участок 4,5 га.

Раствор для профилактической обработки верхнего слоя хво-стохранилища состоит из ПАЩ (пластификатора ангидридного щелочного), порошкообразной келловейской глины и воды. Содержание рабочих компонентов в растворе составляет: 10 % -

ПАЩ, 12 % - келловейская глина и 78 % - вода.

В результате взаимодействия пластификатора ангидридного щелочного, содержащего до 30 % натриевых солей, с раствором порошкообразной келловейской глины и тонкодисперсными частицами отходов обогащения железных руд на обрабатываемой поверхности образуется достаточно прочный слой с толщиной, изменяющейся от 3-х до 4-х мм, который проявляет следующие свойства. В условиях температуры окружающей среды 15 ^ 30 °С (в летний период) в указанном слое имеет место конденсация влаги из атмосферы за счет адсорбционных явлений, обусловленных содержанием натриевых солей до 30 % в ангидридном щелочном пластификаторе, который представляет собой

отходы производства капролокта-ма 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, - кел-ловейская 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, обеспечивая предотвращение размыва профилактического слоя в процессе выпадения атмосферных осадков.

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

Совместная работа двух рабочих компонентов (пластификатора ангидридного щелочного и келловейской глины) обеспечивает надежную устойчивость профилактического слоя в ветреную сухую погоду за счет его постоянного адсорбционного увлаж-

нения в нижней части из окружающей среды, а в периоды выпадения атмосферных осадков имеет место адгезионное упрочнение этого слоя за счет проявления максимальной когезионной активности келловейской глины в результате ее увлажнения.

Результаты экспериментальных работ выполнялись в два этапа.

На первом этапе в лабораторных условиях для приготовления раствора вначале смешиваются два компонента: (вода + ПАЩ) для получения заданной концентрации, а затем в полученный раствор дозируется порциями до 20 %-ного содержания порошкообразная келловейская глина. Количество добавляемой глины ограничивается текучестью раствора. Концентрация приготовленного раствора для каждой серии опытов изменялась от одного до четырех литров на квадратный метр. Указанным раствором подвергались профилактической обработке поверхности, склонные к пылению тонкодисперсных железорудных частиц, размещенные на специальной металлической подложке площадью 0,08 м2 с периферийными буртиками высотой 25 мм. Первоначальная влажность профилактируемого материала изменялась в пределах 10-12 %, а непосредственно перед обработкой подсушивалась в специальном шкафу до 2-3 %.

После профилактической обработки и высушивания верхний слой тонкодисперсных частиц подвергался ветровой нагрузке с помощью компрессора при скорости воздушного потока, изменяющейся в пределах 15-20-25 м/с.

Для оценки влияния атмосферных осадков металлические "подложки", заполненные испытываемым материалом, состоящим из тонкодисперсных железорудных частиц, обработанных специальным раствором, подвергались увлажнению, имитирую-

щему атмосферные осадки, с последующим подсушиванием. При этом металлические ''подложки'', с профилактически обработанным материалом и заданным соотношением рабочих компонентов, устанавливались с наклоном 5° для моделирования наклонных участков.

Кроме этого, обработанный и подсушенный материал подвергается адсорбционному воздействию поступающей из атмосферы влаги. С этой целью ''подложки'' располагались вне помещения и покрывались защитной пленкой для предотвращения попадания на эти поверхности дождя. Установлено, что после нахождения ''подложек'' вне помещения влажность подсушенного материала существенно повышается за счет адсорбционных явлений. Полученные результаты исследований сведены в табл. №1 и №2.

Результаты лабораторных исследований свидетельствуют о том, что материал, профилактически обработанный раствором заданной концентрации, состоящим из воды, ПАЩ и келловейской глины с концентрацией 3-4 л/м2 обеспечивает надежную прочность структурных связей потенциально пылящих частиц при ветровой нагрузке до 25 м/с, как в жаркую сухую погоду, так и после выпадения интенсивных атмосферных осадков.

На втором этапе исследований были проведены полигонные испытания эффективности применения разработанного технологического регламента профилактической обработки поверхностей непосредственно на хвостохрани-лище. В качестве технических средств для обработки пылящей поверхности была применена установка, выполненная на базе емкости типа МЖТ-10 с дополнительно разработанным навесным оборудованием, включающим

трубопроводы, оснащенные специальными форсунками, обеспечивающими распыление щелочноглинистого раствора на ширину одной заходки, равной 11 м. Нагнетание раствора осуществлялось насосом.

Заправка емкости рабочим компонентом осуществлялась в следующей последовательности: в емкость МЖТ - 10 заливается ПАЩ в количестве 2 т., затем вода - 2 т., а после этого на фабрике окомкования загружается порошок келловейской глины также в количестве 2 т. После этого емкость дополнительно заполняется до полного объема водой. В процессе транспортировки емкости МЖТ -10 до хвостохранилища происходит естественное перемешивание рабочих компонентов до текучего состояния. В результате включения гидравлического насоса непосредственно в процессе профилактической обработки имеет место тонкодисперсное распыление девятью форсунками приготовленного раствора заданной концентрации в виде эмульсионного веера диаметром до 1,5 м каждой форсункой. В процессе обработки имели место заштыбовки каналов отдельных шнеков форсунок продуктами размола ракушек величиной 6-8 мм, содержащихся в кел-ловейских глинах. Для исключения указанных недостатков форсунки были заменены на щелевидные сопла. При этом размеры эмульсионного веера незначительно уменьшились. Однако перекрытие радиусов распыла при этом было надежно обеспечено.

Профилактическая обработка ''пляжной'' поверхности хвостохра-нилища производилась с концентрацией раствора, равной 2 л/м2 на площади 4,5 га. На указанную площадь было израсходовано 12 т. ПАЩ и 16 т. келловейской глины.

Визуальные сравнительные наблюдения за пылением не обра-

ботанных пляжных поверхностей показывают, что при скорости ветра свыше 5 м/с имеет место срыв отдельных частиц, тогда как обработанный участок не подвергался пылению при скорости ветра в этот период 5-7 м/с. За период испытаний выпало около 180 мм осадков.

При создании искусственной ветровой нагрузки в 3,5 м/с, пыле-ния также не обнаружено, в то время как специально нарушенный поверхностный слой при этой скорости ветра начинает пылить. Толщина пропитанного раствором слоя по истечении 15 суток после обработки составляла около 2-3 мм. Наблюдается на некоторых локальных участках незначительное выщелачивание частиц приповерхностного слоя за счет атмосферных осадков с появлением зубцов в виде кварцевых песчинок, структурно связанных с другими частицами обработанной поверхности ''пляжа''.

Были произведены эксперименты поливки поверхности ''пляжей'' самотеком, без включения насоса, которые не привели к положительным результатам.

Выводы:

1. Предотвращение пылеоб-разования поверхностного слоя ''пляжей'' хвостохранилища обеспечивается в результате их профилактической обработки щелочно-глинистым раствором при соотношении 10 % ПАЩ и 12 % келловейских глин в условиях скоростей ветровой нагрузки, не превышающей 7 м/с и количестве атмосферных осадков равном 180 мм.

2. Необходимо продолжить испытания с последующим наблюдением эффективности их применения в условиях ветровой нагрузки до 25 м/с и отрицательных температур окружающей среды.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

СГ5

Мочалов Владимир Ильич — профессор, доктор технических наук, ОАО Михайловский ГОК. Мосин Сергей Владимирович — аспирант, Московский государственный горный университет.

Таблица 1

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

Показатели Содер жание компонентов в растворе, % (вода : ПАЩ) : келловейская глина

(50 : 50) : 20 (60 : 40) : 20 (60 : 20) : 20

Расход раство ра, л/м2

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Состояние закрепленной пыля-

щей поверхности при скорости

ветра 15 м/с + + + + + + + + + + + +

Состояние закрепленной пыля-

щей поверхности при скорости

ветра 20 м/с + + + + + + + + + + + +

Состояние закрепленной пыля-

щей поверхности при скорости

ветра 25 м/с - + + + - + + + - + + +

Примечание: + - поверхность не разрушена; + - поверхность частично разрушена; - поверхность разрушена.

Таблица 2

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

Показатели Соде ржание компонентов в растворе, % (вода : ПАЩ) : келловейская глина

(80 : 20) : 20 (90 : 10) : 20 (95 : 5) : 20 (100 0 :2 О

Расход раствора, л/м2

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Состояние закреп-

ленной пылящей по-

верхности при скоро-

сти ветра

15 м/с ± ± + + ± ± + + ± ± ± + ± ± ± +

Состояние закреп-

ленной пылящей по-

верхности при скоро-

сти ветра

20 м/с ± ± + + ± ± + + ± ± ± + ± ± ± +

Состояние закреп-

ленной пылящей по-

верхности при скоро-

сти ветра

25 м/с - ± + + - ± + + - - ± ± - - - ±

Примечание: + - поверхность не разрушена; + - поверхность частично разрушена - - поверхность разрушена.