CC BY
27
УДК 622.7:541.182 В.И. Лебухов
ВЛИЯНИЕ ФЛОКУЛЯНТОВ НА ВЕЩЕСТВЕННЫЙ И ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ КОНДИЦИОНИРУЕМЫХ ВОД ЗОЛОТОНОСНЫХ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Обогатительные процессы, связанные с промывкой песков россыпных месторождений являются одними из наиболее водоемких. Учитывая большие объемы перерабатываемых песков, вопросы рационального использования водных ресурсов на предприятиях россыпной металлодобычи имеют особую значимость. При переводе драг и промприборов на оборотное водоснабжение в технологической воде быстро возрастает содержание тонкодисперсных илисто-гли-нистых частиц, ионный состав воды резко меняется, в ней происходит накопление элементов, десорбированных с поверхности глинистых частиц. В результате ухудшаются реологические свойства воды, что приводит к снижению извлечения мелких зерен ценного компонента. В ряде случаев организация системы водоснабжения из десятков отстойников не позволяет получить воду требуемого технологического качества.
На рис. 1 и 2 [1] показано влияние содержания взвешенных веществ в оборотной воде на извлечение мелкого золота шлюзовыми агрегатами и отсадочными машинами. Из приведенных данных следует, что при увеличении содержания в оборотной воде взвесей до концентрации 200 мг/дм3, потеря округлого золота крупностью 150 мкм возрастает на шлюзовых агрегатах на 16 %. При том же содержании взвешенных веществ в оборотной воде отсадочных машин, граничный гранулометрический размер извлекаемого золота увеличивается при т = 0,5 со 108 мкм до 155 мкм.
Для эффективной работы систем оборотного водоснабжения целесообразно применение реагентной очистки с применением коагулянтов и флокулянтов, что позволяет повысить скорость разделения фаз в сотни и тысячи раз, получая техноРис. 1. Извлечение мелкого золота при различном содержании взвесей в оборотной воде (г/дм3):
1 - 0; 2 - 100; 3 - 200; 4 - 300; 5 - 400
Рис. 2. Влияние содержания взвесей в оборотной воде на граничный диаметр извлекаемого золота при разных коэффициентах разрыхления постели отсадки: 1 - 0,6; 2 -0,55; 3 - 0,5; 4 - 0,45; 5 - 0,4
логическую воду приемлемого качества. Вопросы подбора наиболее эффективных реагентов к конкретным минеральным дисперсиям, условия и режимы их использования, границы применимости достаточно полно освещены в специальных работах [2-4]. Но вопросы изменения элементного состава воды, подвергшейся реагентному кондиционированию, раскрыты недостаточно. Особенно это касается изменения состава воды 400 прошедшей флокуляци-онную очистку.
В настоящей работе
приводятся результаты исследований влияния наиболее распространенного флокулянта полиакриламида (ПАА), широко применяемого для осветления вод в различных производственных областях, на элементный состав воды, осветляемой с его помощью. В качестве образцов для исследования были отобраны илисто-
глинистые отложения россыпных золотоносных месторождений юга Дальнего Востока, к которым ПАА проявил достаточную осаждающую активность.
Образец илисто-глинистых частиц №3 был отобран из отстойника промывной воды участка Ниман (Софийский узел, территория бывшего прииска Кербинский). Он представлен смесью гидратизи-рованного каолинита и монтмориллонита, образец представлен частицами, гидравличекой крупности менее 5 мкм, имеющими преимущественно плоскую форму, толщина частиц 50-100 нм. Гидравлическая крупность частиц определялась экспериментально методом седиментационного осаждения. Образец состоит из 51 % SiO2 и 32 % А12О3, которые являются основными окислами; красящие окислы представлены соединениями железа и титана: 12,5 % Fe2О3 и 0,53 % ТЮ2, присутствуют 1,46 % MgО; 0,59 % СаО; 0,06 % Р; 0,07 % Мп; обнаружены следы калия и натрия. В глинах содержится ряд микроэлементов: 116,86 г/т 2п; 114,91 г/т Sr; 66,79 г/т Сг; 38,43 г/т 2г; 32,72 г/т Си; 21,91 г/т Y; 21,05 г/т РЬ; 11,67 г/т Cs; 8,09 г/т As; 7,66 г/т Со; 4,87 г/т Sn; 1,40 г/т Т1; 0,92 г/т Мо; 0,76 г/т ^; 0,45 г/т Sb; 0,27 г/т Вц 0,17 г/т Cd; Se и Те не обнаружены.
Образец илисто-глинистых частиц №34 доставлен с прииска Соловьевский (россыпь Нагима) пробы отобраны с глубины 60 м, содержание золота в глинах варьирует в пределах 200-600 мг/т. Он представлен смесью гидратизированного каолинита и монтмориллонита, основным породообразующим минералом образца является каолинит, частицы которого имеют гидравлическую крупность менее 10 мкм, обладают плоско-округлой формой толщиной 0,1-3 мкм. Гидравлическая крупность частиц также определялась экспериментально методом седиментационного осаждения. Усредненная проба представлена основными окислами: 58,3 % SiO2 и 29,2 % А12О3; в качестве красящих окислов присутствуют соединения железа и титана: 9,71 % Fe2О3 и 1,24 % ТЮ2, кальций, калий и натрий в сумме составляют 1,3 %. Анализ на микроэлементный состав не проводился.
На рис. 3 представлены микрофотографии образцов исследованных глин (слева №3, справа №34). Снимки получены с
Рис. 3. Микрофотографии образцов исследованных глин слева образец ХаЗ (участок Ниман), справа образец Х»34 (россыпь Нагима)
Таблица 1
Результаты термогравитационных исследований образцов глин
образец потеря массы (%) в области температур эффект 200°С эффект 600°С эффект 1000°С
250- 300°С 500- 600°С До 900°С До 1000°С
і 2 3 4 5 6 7 8
№ 3 1 2 4,3 4,3 Мин150 Мин550 нет
№34 0,99 4,97 5,96 6,13 200 980
9 10
Железнение после 1000 Состав
Слабое Каолинит - о лл ри о м нтм о м + й И о зиро з ратиз р д и г
нит
Отсутствует Каолинит
помощью растрового электронного микроскопа “LEO EVO 40 HV” (Карл Цейс, Германия). Образцы для съемки были подготовлены методом суспензирования водной дисперсии глины в спирте, с последующим ее высушиванием и напылением Au, увеличение до 100000. При съемке образцов глинистых минералов дополнительно к детектору вторичных электронов (SE-детектор) был использован детектор обратно рассеянных электронов (QBS-детектор), благодаря чему фазы с более высоким средним атомным числом при получении изображений отражаются в контрасте более ярко по сравнению с фазами с меньшим атомным числом. Толщина частиц оценивалась по энергии электронов прошедших сквозь частицу и отраженных от глубжележащей поверхности, что проявляется на снимке как «прозрачность» частицы. На снимках прозрачными выглядят частицы толщиной до 50 нм. Частицы глин образца №3 более плоские и мелкие, что позволяет сделать вывих од о преимущественно монтмориллонитовой природе, образец №34 представлен более округлыми и грубыми частицами гидратизированного каолинита, находящимися в переходной к монтмориллониту форме.
Термогравитационные методы исследования образцов (дери-ватограф Паулик Паулик Эрдей) подтвердили рентгенооптические результаты. Данные термогравитационных исследований приведены в табл. 1.
Таблица 2
Элементный состав воды, отобранной из осветленного слоя над осадком суспензии, не подвергавшейся флокуляционному осаждению, и суспензии сфлокулированной ПАА (образец №і)
Элемент ПДК (мкг/дм3) Вода до обработки ПАА Вода после обработки ПАА Кратность очистки (раз)
р 0,1 45,80 15,54 2,95
Сг 50 1,80 1,42 1,27
Fe 300 425,87 103,31 4,12
Со 100 13,52 3,03 4,46
Си 1000 15,48 10,78 1,44
Zn 5000 360,30 120,86 2,98
As 50 0,85 0,33 2,58
Se 10 15,27 15,37 -
Sг 7000 22,99 9,42 2,44
Мо 250 0,09 0,05 1,80
Cd 1 0,25 0,12 2,08
Sn - 0,16 0,11 1,45
Sb 50 0,08 0,03 2,67
Те 10 0,37 0,27 1,37
Cs - 0,24 0,18 1,33
0,5 0,46 0,30 1,53
Т1 0,1 0,07 0,04 1,75
РЬ 30 0,82 0,30 2,73
ВІ 100 0,01 0,004 2,50
Образцы также были подвергнуты технологическому испытанию в качестве потенциального сырья для керамического производства. Согласно результатов испытаний, образец №34 перспективен в качестве беложгущегося сырья для фарфорового производства, а образец №3 может быть использован для выделки строительной керамики и продукции санитарно-технического назначения.
Дисперсии глин с содержанием твердой фазы 10 г/дм3 готовились на бидистиллированной воде из образцов, имеющих природную влажность. Суспензии были подвержены флокуляционному осаждению действием полиакриламида. Нами использовался раствор, приготавливаемый из гранулированного полиакриламида, выпускаемого ПО «Оргсинтез».
Таблица 3
Элементный состав воды, отобранной из осветленного слоя над осадком суспензии, не подвергавшейся флокуляционному осаждению, и суспензии сфлокулированной ПАА (образец №34)
Элемент ПДК (мкг/дм3) Вода до обработки ПАА Вода после обработки ПАА Кратность очистки (раз)
р 0,1 52.73 21,01 2,51
Сг 50 2,98 2,07 1,44
Fe 300 2597,25 578,58 4,49
Со 100 0,71 0,08 8,88
Си 1000 12,31 4,42 2,79
Zn 5000 70,89 3,90 18,18
As 50 0,53 0,49 -
Se 10 0,17 0,13 -
Sг 7000 1,61 1,52 -
Мо 250 0,47 0,30 1,6
Cd 1 0,023 - сорбируется
Sn - 0,09 0,05 1,80
Sb 50 0,03 0,03 -
Те 10 0,043 - сорбируется
Cs - 0,23 0,07 3,29
0,5 0,18 0,08 2,25
Т1 0,1 0,03 0,01 3,00
РЬ 30 1,69 0,36 5,44
ВІ 100 0,02 0,01 2,00
Опыты проводились по стандартной методике методом осаждения в цилиндрах. Вся доза флокулянта подавалась дробно в 4 этапа. Скорость осаждения суспензии измерялась методом подвижной границы. На рисунке представлена скорость осаждения частиц илисто-глинистой суспензии в зависимости от дозы подаваемых реагентов.
Нами показано, что эффективное разделение водоминеральной дисперсии протекает с достаточными для технологических потребностей скоростями. Но следует отметить, что в процессе разделения не удается сразу получать прозрачные отстои и для полного осветления поверхностного слоя на глубину до 2 см требуется от 6 до 20 часов. На модельных системах без добавок флокулянта аналогичной прозрачности удалось
Расход ПАА (мг/л)
Рис. 4. Зависимость скорости осаждения илисто глинистых частиц от дозы вводимого реагента. Подача реагента дробная в 4 этапа
достичь для образца № 34 через 7 суток, а для образца № 3 через 16 суток. Прозрачность определялась визуально и контролировалась с помощью фотоэлектроколориметра КФК-2.
Пробы бидистиллята и образцов надосадочной воды отбирались в специальные контейнеры, консервировались азотной кислотой и анализировались на 19 элементов с помощью масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой ICP-MS ELAN DRC II (Перкин Элмер, США). Бидистиллированная вода содержала элементы в следующих концентрациях: 39,57 мкг/дм3 Fe; 16,09 мкг/дм3 P; 14,30 мкг/дм3 Zn; 1,28 мкг/дм3 Cu; 0,89 мкг/дм3 Sr; 0,62 мкг/дм3 Cr; 0,16 мкг/дм3 Se; 0,05 мкг/дм3 Hg; 0,05 мкг/дм3 As; 0,04 мкг/дм3 Sn; 0,04 мкг/дм3 Те; 0,02 мкг/дм3 Co; 0,02 мкг/дм3 Mo; 0,02 мкг/дм3 Cd; 0,02 мкг/дм3 Pb; 0,01 мкг/дм3 Sb; 0,01 мкг/дм3 Cs; 0,01 мкг/дм3 Tl; 0,002 мкг/дм3 Bi;
Результаты исследований приведены в таблицах 2 и 3, в которых показан элементный состав отстоявшегося слоя надосадочной жидкости суспензии, не подвергшейся и подвергшейся флокуляци-онному осаждению.
Проведенные эксперименты показали, что флокуляционное осаждение полиакриламидом природных илисто-глинистых суспензий позволяет снизить содержание в надосадочной жидкости, а значит и в осветленной воде, ряда токсичных элементов. В частности, образец илисто-глинистой суспензии, отобранной с месторождения Ниман (образец №3) сфлокулированный ПАА проявил наи-
большую сорбционную активность в отношении Fe, Со, 2п, Sb, Sr, Р, As, РЬ, Ві, Cd, а образец илисто-глинистой суспензии, отобранной с месторождения Нагима (образец №34), сфлокулированный тем же реагентом, наиболее активен к Fe; Со; Си; 2п; Р, Cs; Т1; РЬ.
---------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ковалев А.А., Лебухов В.И. Проблемы водоподготовки при переработке россыпных месторождений Северо-Востока СССР // Проблемы и перспективы развития горного дела на Северо-Востоке ССР: Материалы научно-практического семинара. Июнь 1990 г. - Ч. 2. - Якутск: ИГД СОАН СССР. - 1990. - С. 381 - 387.
2. Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. - Л.: Химия, 1987. - 208 с.
3. НебераВ.П. Флокуляция минеральных суспензий. - М.: Недра, 1983. - 288
с.
4. Лебухов В.И. Флокулянты в россыпной металлодобыче. - Хабаровск: РИЦ ХГАЭП, 2004. - 132 с.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------
Лебухов В.И - кандидат технических наук, доцент, заместитель декана по научной работе и международному сотрудничеству, Хабаровская государственная академия экономики и права.
