CC BY
57
3. Короткий цикл (11-12 минут) адсорбции-десорбции азота на пробах, отобранных после стадии десорбции золота, показывает снижение удельной поверхности, что может объяснять наличие илистых отложений в порах.
4. Параметр «удельная поверхность» сорбента может являться информативным параметром при управлении технологическим процессом, что позволит оптимизировать процесс реактивации и повысить извлечение золота.
Статья поступила 12.11.2015 г.
Библиографический список
1. Ёлшин В.В. Теория и практика сорбционного извлечения благородных металлов из растворов и пульп активными углями: авторефер. дис. ...
3. Половнева С.И., Носенко А.А., Мамин Т.Р. Освоение методики определения удельной поверхности: мат-лы науч.-практич. конференции с международным участием. Иркутск, ИРНИТУ, 2015. 183 с.
доктора техн. наук. Иркутск, 2000. 40 с.
2. Минеев Г.Г., Минеева Т.С., Жучков И.А. Теория гидрометаллургических процессов, ч. 1. Иркутск: ИПИ, 2010. 400 с.
4. Brunauer S. Surface Area Determination (eds. D.H. Everett, R.H. Ottewill). Butterworth, London, 1970. 63 p.
УДК 669.71
ВЛИЯНИЕ ПОЛИАКРИЛАМИДА НА СГУЩЕНИЕ И ПРОМЫВКУ КРАСНЫХ ШЛАМОВ ИЗ НИЗКОКРЕМНИСТЫХ БОКСИТОВ
© В.И. Саламатов1, О.В. Саламатов2, Б.А. Байбородин3
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты исследования процессов сгущения и промывки красных шламов, полученных из низкокремнистых бокситов с применением полиакриламида. Изучено влияние полиакриламида на агрегативную и кинетическую устойчивость пульп красных шламов. Показано, что обработка пульп шламов полиакриламидом в оптимальной дозировке обеспечивает рост скорости осветления как на стадии предварительного сгущения, так и в процессе декантационной промывки. Установлено, что полиакриламид понижает сорбцию щелочного алюми-натного раствора дисперсной фазой пульпы и тем самым способствует росту эффективности промывки осадков красных шламов от ценных компонентов.
Ключевые слова: полиакриламид; сгущение; декантационная промывка; красный шлам.
POLYACRYLAMIDE EFFECT ON THICKENING AND WASHING OF RED MUDS PRODUCED
FROM LOW SILICATE BAUXITES
V.I. Salamatov, O.V. Salamatov, B.A. Bayborodin
Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The paper provides the results of studying thickening and washing of red muds produced from low silicate bauxite with the application of polyacrylamide. The effect of polyacrylamide on aggregative and kinetic stability of red mud pulps is studied. It is shown that slurry treatment with an optimal dosage of polyacrylamide ensures the growth in the rate of lightening both at the stage of preliminary thickening and during washing in a decanter. Polyacrylamide is found to decrease the sorption of alkali aluminate solution by a pulp dispersed phase and, thereby, to contribute to the improvement in the efficiency of cleaning red muds from valuable components. Keywords: polyacrylamide; thickening; decanter washing; red mud.
1
Саламатов Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры машиностроительных технологий и материалов, тел.: 89149367088, e-mail: auto@istu.edu
Salamatov Viktor, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering
Technologies and Materials, tel.: 89149367088, e-mail: auto@istu.edu
2Саламатов Олег Викторович, аспирант, тел.: 89086547000, e-mail: auto@istu.edu
Salamatov Oleg, Postgraduate, tel.: 89086547000, e-mail: auto@istu.edu
3Байбородин Борис Алексеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой мировой экономики, тел.: (9532)344515, e-mail: auto@istu.edu
Bayborodin Boris, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of World Economy, tel.: (9532) 344515, e-mail: auto@istu.edu
Обезвоживание технических суспензий с извлечением ценных компонентов и последующей промывкой осадков широко распространено в различных отраслях экономики [1]. Необходимость глубокой технологической переработки [2] рудного сырья зачастую ведет к образованию значительных объемов высокодисперсных пульп. Ввиду крайне низкой скорости осветления сгущение и промывка таких пульп невозможны без использования флокулянтов [3, 4]. С целью повышения производительности сгустительного оборудования широко применяются высокомолекулярные синтетические флокулянты, среди которых наибольшее распространение получили полиакриламидные [5].
Полиакриламид является достаточно эффективным флокулянтом для многих технических суспензий. Так, при сгущении глинистых, кварцево-глинистых, серицито-вых и сульфидных пульп в нейтральных и слабощелочных средах применение по-лиакриламида позволяет увеличить скорость осветления в десятки раз при достаточно хорошем качестве слива [6].
При техническом синтезе и полимеризации полиакриламида получают сополимер акриламида и акрилатов натрия. Макромолекулы технического ПАА наряду с амидными группами CONH2 содержат некоторое количество групп COONa. В воде происходит гидролиз CONH2 с образованием катионной группы амидиния CONH3+ и диссоциация групп COONa с образованием анионной группы COO-- .
Таким образом, частично гидроли-зованный полиакриламид имеет в своем составе как катионные, так и анионные группы, приобретающие положительные и отрицательные заряды, и является катион-но-активным полиэлектролитом.
В зависимости от условий получения различают несколько модификаций по-лиакриламида: ПАА-СГС; ПАА-СГК; ПАА-3С; ПАА-Г. Первые три вида полиакрила-мида получают путем высаживания ПАА из 8% желе ацетоном с последующими фильтрацией и сушкой, и в товарном виде они представляют собой гранулы разного цве-
та. ПАА-Г является гелеобразным, гидро-лизованным флокулянтом.
В работе были испытаны флокули-рующие действия вышеуказанных модификаций ПАА при сгущении красных шламов, полученных после автоклавного выщелачивания низкокремнистых (байеровских) бокситов. Дозировка флокулянта рассчитывалась в граммах на 1м3 Для проведения опытов использовали пульпу, содержащую 68 г/л твердого и 160 г/л Na2Oк.
Рабочий раствор гранулированного полиакриламида готовился следующим образом: навеску сухого ПАА из расчета получения 0,5% раствора по основному веществу ставили на набухание в теплой воде на сутки. Применяли в виде 0,1% раствора.
Рабочий раствор ПАА-Г готовили следующим образом: на 26 частей 8% ПАА, растворенного при энергичном перемешивании в подогретой воде, добавляли 1 часть NaOH и перемешивали в течение 30 минут, затем раствор выдерживали 16 часов в термостате при Т = 65°^ Гидролизо-ванный раствор флокулянта разбавляли до 0,1% концентрации.
Исследование флокулирующих свойств разных модификаций ПАА показали, что наибольший эффект от применения флокулянта наблюдается в узкой концентрационной площадке (рис. 1). Даже при небольшом избытке или недостатке флокулянта скорость осветления пульпы понижается. Лучшие флокулирующие свойства наблюдаются для ПАА-Г при Wосв = 21 мм/мин (рис. 1, кривая 4).
Одним из важных показателей влияния флокулянтов на процесс сгущения является качество слива, характеризующееся остаточным содержанием дисперсных частиц. Близкие к технологическим показателям процесса сгущения пульп красных шламов сливы получены после применения ПАА-Г (128-132 г/л). Для сливов, полученных после осаждения пульп красных шла-мов, обработанных другими модификациями ПАА, отмечается значительное превышение по качеству дисперсных частиц: для
I
ф
Е
ф ш
о о
о о
о
о
26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
9 12 15
Расход добавки, г/м3
18
21
24
1
Рис. 1. Влияние полиакриламида на скорость осветления красного шлама: - кривая скорости осветления с применением ПАА-3С; 2 - то же с ПАА-СГС; 3 - то же с ПАА-СГК; 4 - то же с ПА-Г
ПАА-СГК - 150 г/л; для ПАА-3С - 285-295 г/л; для ПАА-СГС - 360-375 г/л.
Исходя из результатов предварительных испытаний, для интенсификации процесса декантационной промывки был использован ПАА-Г.
В ходе промывки концентрация щелочного алюминатного раствора в сливах понижается от первой ступени (максимальная концентрация) до последней (минимальная концентрация).
В ходе исследования было рассмотрено влияние концентраций каустической щелочи на флокулирующие свойства ПАА (рис. 2). Из сравнения кривых 1 и 2 видно, что применение добавок ПАА-Г значительно ускоряет отстаивание шлама. В то же время кривые скорости осветления с добавкой и без добавки ПАА-Г аналогичны. Это указывает на то, что влияние щелочности пульпы на свойства частиц шлама и флокулирующие свойства ПАА протекают в одном и том же направлении, усиливающем или ослабляющем их взаимодействие. При концентрации 20 г/л NaOк отмечается изоэлектрическое состояние и, как следствие, максимальная скорость отстаивания шламов. С другой стороны, концентрация NaOк оказывает существенное влияние на способность ПАА связывать дисперсные частицы шлама в агрегаты.
В интервале концентрации 40-135 г/л при температуре 98оС степень гидролиза полимера достигает 60-70%. При такой степени гидролиза сильно поляризованные нитевидные макромолекулы ПАА свертываются и в значительной степени утрачивают способность связывать отдельные частицы в агрегаты с образованием мостиков. В то же время при высокой концентрации щелочи наблюдается деструкция макромолекул полиакриламида, что также ведет к снижению его флокули-рующей способности.
В области низких концентраций щелочи (менее 40 г/л) степень гидролиза в макромолекулах ПАА не выше 30%. В этом случае образуется оптимальное количество активных в сорбционном отношении групп, что обусловливает высокую коагулирующую способность полиэлектролита.
Использование полиакриламида в ходе промывки осадков красных шламов позволяет увеличить скорость осветления на ступенях промывки. На рис. 3 представлены зависимости скорости осветления от номера ступени в ходе противоточной четырехкратной декантационной промывки для пульп красного шлама, обработанных ПАА-Г в оптимальной дозировке (кривая 2) и без ввода флокулянта (кривая 1).
0
3
6
50 45 I 40
S
S
1 35
S
гс 30
Г t— f —f
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Концентрация Ыа20к , г/л
Рис. 2. Влияние концентрации каустической щелочи на скорость осветления красного шлама при температуре пульпы 96-98°С: 1 - без добавки ПАА-Г; 2 -при вводе ПАА-Г в оптимальной
дозировке
Известно, что образующиеся при вводе ПАА агрегаты малопрочны и легко разрушаются при механическом перемешивании пульпы в репульпаторах. В лабораторных условиях влияние этого фактора удается снизить и сохранить ранее образованные агрегаты, что позволяет оценить нарушение агрегативной и кинетической устойчивости в условиях, когда дисперсные частицы в максимальной степени связаны в
агрегаты (флокулы). При этих условиях мы можем наблюдать, что процесс промывки существенно зависит от физико-химического состояния пульпы, которое меняется с изменением концентрации щелочного алюминатного раствора. Наличие выположенного максимума (рис. 3, кривая 2) отвечает изоэлектрическому состоянию системы, наблюдающемуся в области низких концентраций Na2Oк («20 г/л).
50
Рис. 3. Влияние полиакриламида (ПАА-Г) на скорость осветления по ступеням четырехкратной противоточной декантационной промывки красных шламов: 1 - без флокулянта;
2 - при вводе ПАА-Г
В дальнейшем исследовалось влияние ПАА-Г на процесс отмывки щелочно-алюминатного раствора из красных шла-мов. Для оценки эффективности отмывки ценных компонентов из шламов проводилась прямоточная четырехкратная декан-тационная промывка. Были изучены две серии образцов с различных ступеней промывки (1 -4). Первая серия образцов получена в ходе промывки без ввода флокулян-та, вторая - после обработки пульпы красного шлама ПАА-Г на стадии сгущения. Результаты данного эксперимента оценивались с помощью инфракрасной спектроскопии [7, 8]. На рис. 4 приведены ИК-спектры
исследованных серий образцов красного шлама в области 2000-4000 см-1.
Степень отмывки щелочно-алюминатного раствора оценивалась значением оптической плотности полос поглощения (Д). На рис. 5 представлены зависимости полос поглощения щелочи V 1 от ступени промывки. Аналогичные зависимости были получены и для оптической плотности остаточных полос поглощения от V 2 до V 4. Видно, что с увеличением ступени промывки красного шлама оптическая плотность полос поглощения закономерно падает. Характер кривых указывает на насыщаемость степени отмывки щелочно-алюминатного раствора.
1 2
3
4
4000
3500
3000
2500
2000
Рис. 4. ИК-спектры красных шламов: - полоса поглощения щелочи ЫаОН (3690 см-1); р2 - полоса поглощения воды H2O (3420 см-1); у3 и - полосы поглощения гидраргиллита AlOOH (3270, 3080 см-1): 1 - промывка без ПАА первой ступени; 2 - промывка без ПАА четвертой ступени; 3 - промывка с ПАА первой ступени; 4 - промывка с ПАА четвертой ступени
с о
о
к
а к с
<u
Т
О
0,045 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0
234 Ступень промывки - N
Рис. 5. Зависимость оптической плотности полосы поглощения щелочи V 1 от ступени промывки красного шлама: 1 - при вводе полиакриламида; 2 - без ввода полиакриламида
0
1
5
Полученная зависимость имеет одинаковый характер для обеих серий, однако значение оптической плотности для шламов, промытых в присутствии ПАА-Г, заметно ниже. Это говорит о том, что отмывка ценных компонентов из шлама с флокулянтом идет значительно интенсивнее.
Таким образом, по результатам исследований влияния полиакриламида на процессы сгущения и промывки красных шламов, полученных из низкокремнистых
бокситов, можно сделать следующие выводы:
1. Применение полиакриламида на стадии предварительного сгущения влияет на агрегативную кинетическую устойчивость пульп красных шламов в ходе всей декантационной промывки, обеспечивая рост скорости осветления по ступеням.
2. Полиакриламид увеличивает эффективность отмывки щелочно-алюминатного раствора, понижая сорбци-онную способность дисперсной фазы пульпы.
Статья поступила 06.11.2015 г.
Библиографический список
1. Тюфтин Е.П. Промывка гидрометаллургических пульп. М.: Металлургия, 1970. 223 с.
2. Черняк А.С., Аренс В.Ж. Внедрение химии и микробиологии в технологию горного дела: состояние и перспективы // Вестник ИрГТУ. 2006. № 3 (27). С. 17-23.
3. Авдохин В.М. Основы обогащения полезных ископаемых. М.: Изд-во МГГУ, 2006. Т. 1. 415 с.
4. Фридман С.Э., Щербаков О.К., Комлев А.М. Обезвоживание продуктов обогащения. М.: Недра, 1988. 239 с.
5. Чуянов Г.Г. Обезвоживание, пылеулавливание и охрана окружающей среды. М.: Недра, 1987. 259 с.
6. Скобеев Н.К. Вопросы производства глинозема. М: Гортехиздат, 1963. 237 с.
7. Копылова Е.А., Ни Л.П. Инфракрасная спектроскопия в исследованиях процессов глиноземного производства. Алма-Ата, 1987. 261 с.
8. Плюснина И.И. Инфракрасные спектры минералов. М.: Металлургия, 1977. 175 с.
