Ж.К. Узденбаева, доктор технических наук А.К. Адрышев, кандидат технических наук В.П. Колпакова,

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева

Основы создания ресурсосберегающих технологий очистки сточных вод полиметаллических обогатительных фабрик

Специфика флотационных обогатительных фабрик состоит в том, что вода в них используется в качестве реакционной среды, в которой происходит процессы отделения ценных минералов от пустой породы и разделение минералов друг от друга. Во всех технологических процессах вода контактирует с тонко измельченной рудой и постоянно выщелачивает из нее растворимые компоненты, главным образом соли тяжелых металлов. При возвращении сточных вод в оборот происходит накапливание загрязняющих компонентов – флотационных реагентов, ионов тяжелых металлов (Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺), увеличивается рН среды, жесткость и окисляемость.

Целью природоохранных мероприятий является разработка теоретических основ оборотного водоснабжения обогатительных фабрик предприятий цветной металлургии, которые позволили бы обобщить и научно обосновать эффективные методы очистки и предвидеть возможности наиболее полного использования промышленных стоков.

Правильно выбранные методы очистки промышленных стоков обогатительных фабрик позволяют радикально улучшить существующее состояние охраны подземных и поверхностных вод, а в дальнейшем внедрение бессточных технологий прекратит загрязнение природной среды.

На основе анализа результатов многолетних опытно-экспериментальных исследований систем водоснабжения и водоотведения, оптимизации схем водооборота на промышленных предприятиях разработаны научно-технические принципы и методологические основы создания бессточных систем водоснабжения полиметаллических обогатительных фабрик (ПОФ).

В результате всестороннего изучения промышленных стоков ПОФ предлагается разделить их на три основные группы:

1) технологические потребители, в которых вода непосредственно участвует в технологическом процессе обогащения руд, измельчении, флотации, гидротранспорте и газоочистке;

2) технические потребители, в которых вода используется для охлаждения агрегатов, гидроуплотнения песковых насосов и заливки вакуум-насосов;

3)санитарно-гигиенические потребители, использующие воду для гидроуборки и гидрообеспыливания производственных помещений.

Вода, используемая для технических целей, не должна: выделять механических и солевых отложений свыше допустимой величины; вызывать абразивный и коррозийный износ; способствовать развитию биологических обрастаний.

Вода для санитарно-гигиенических целей должна быть безвредной для здоровья обслуживающего персонала и не обладать отрицательными органолептическими свойствами. На основе глубокого изучения опыта работы действующих ПОФ Восточно-Казахстанской области, характеристик обогатительного оборудования и действующих нормативных документов сформулированы требования к качеству оборотной воды используемы для технических и санитарно-гигиенических водопотребителей ПОФ.

Водопотребление в зависимости от производительности и технологии обогащения, полиметаллических руд составляет: технологическое - 75 - 95%, техническое – 5-15%, санитарно-гигиеническое - 2 -10%.

На ПОФ образуются следующие виды сточных вод:

1) технологические хвосты - жидкие отходы непосредственно от процесса флотации;

2) сливы и фильтрат от сгущения и обезвоживания концентратов - жидкие отходы вспомогательных процессов обогащения;

3) смывная вода - стоки смыва полов и стен, после охлаждения оборудования и гидрообеспыливания производственных помещений.

По характеру концентрации загрязнений производственные сточные воды ПОФ можно разделить на две категории:

1) с высоким содержанием грубодисперсных примесей (ГДП) и относительно низкой концентрацией paствopенных примесей;

2) с высоким содержанием растворенных примесей и низкой концентрацией ГДП.

К первой категории относятся технологические хвосты, содержание ГДП в которых составляет 10-20% по весу, плотный остаток представлен водорастворимыми солями минералов руд, органическая часть загрязнений составляет остаточные флотореагенты. К этой категории относятся также смывные и сточные воды газоочистки, загрязненные в основном ГДП и нефтепродуктами. Эти сточные воды представляют собой устойчивую суспензию, пептизированную остаточными флотореагентами. Выход их составляет 60-70% от общего расхода сточных вод.

Ко второй категории относятся сливы сгустителей и фильтрат вакуум-фильтров, основными загрязнениями которых являются растворенные соли тяжелых металлов Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺. Содержащиеся ГДП представляют собой малоустойчивую суспензию, способную к коагуляции и флокуляции. Выход этой категории сточных вод составляют 30-40% от общего расхода.

При возврате отработанных сточных вод обратно в технологический процесс и создание оборотной системы водоснабжения ПОФ наблюдается неизбежный и закономерный процесс – накопление в оборотной воде от цикла к циклу водооборота вредных примесей. Возникает необходимость вывода с водооборота определенного количества сточной воды так называемой продувочной воды, которая характеризуется высокой концентрацией загрязняющих веществ и малым объемом сточной воды. В случае использования в качестве оборотной воды одних лишь хвостов флотации будет происходить накопление тонкодисперсной минеральной взвеси (шламов) и остаточных органических флотореагентов, а при использовании общих хвостов – растворенных ионов, особенно главных солевых ионов тяжелых металлов Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺ и остаточных органических флотореагентов. Все это в условиях водооборота изменяет флотируемость руд, затрудняет селекцию и приводит к снижению показателей обогащения, достигнутых при прямоточной системе водоснабжения. Процесс накопления вредных примесей в оборотной системе не беспределен и заканчивается с образованием устойчивой равновесной системы в цикле водооборота. [1] .

Жидкая фаза оборотных вод ПОФ является разбавленным раствором молекулярного и ионного состава, которые могут значительно изменяться в системе водооборота по ходу технологического процесса. Эти изменения ионо-молекулярного состава оборотной воды обычно вызваны протеканием химических реакций во флотационной пульпе и оборотной воде при добавлении различных реагентов, влиянием окислительно-восстановительных реакций, частичным растворением минеральных руд, коагуляции и сорбции. Ионно-молекулярный состав жидкой фазы влияет на свойства минералов при их флотации и определяет характер и интенсивность химических взаимодействий во флотационной пульпе. Общим направлением прогнозирования и выяснения стабилизации физико-химического состава оборотной воды служит изучение тех основных факторов, которые изменяют равновесные химические характеристики ионов и молекул в воде.

Итак, установлено, что основными вредными примесями оборотных вод ПОФ для обогащения полиметаллических руд являются тонкодисперсная минеральная взвесь, растворенные ионы тяжелых металлов (Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺) и остаточные органические флотореагенты.

Глубокий анализ экспериментальных и теоретических исследований влияния шламов на флотацию показал, что основное отрицательное влияние на процесс флотации оказывают шламы рудных минералов, которые, налипая на поверхность более крупных зерен нерудных минералов, нарушают селективность флотации.

Обобщая результаты опытно-экспериментальных и теоретических исследований технологии обогащения, водоснабжения, водоотведения и водооборота ПОФ, можно сделать следующие выводы.

1 При создании систем оборотного водоснабжения ПОФ можно использовать в качестве оборотной воды для технологических целей общие хвосты фабрик после простого отстаивания с корректировкой реагентного режима флотации. В отдельных случаях при повышенных требованиях к качеству концентрата и низкой эффективности отстаивания возможна доочистка и кондиционирование части оборотной воды, а также для технических и санитарно-гигиенических целей и для продувки системы.

2 При создании систем оборотного водоснабжения ПОФ, перерабатывающих сложные по составу комплексные руды, необходимо предусматривать поцикловой водооборот промышленных стоков. Например, ионообменная и сорбционная очистка сливов со сгустителей медных и цинковых концентратов в собственные циклы с корректировкой реагентного режима. При этом сливы от сгущения и фильтраты от обезвоживания концентратов подвергаются соответствующей счистке и кондиционированию для использования на технические и санитарно-гигиенические нужды и для восполнения оборотной системы. Для восполнения безвозвратных потерь, имеющих место в любой системе водооборота, производится подпитка оборотной системы свежей (технической водой после соответствующей очистки). В качестве технической воды можно использовать очищенные шахтные воды.

3 Очистка и кондиционирование оборотных вод ПОФ осуществляется теми же способами, которые используются при очистке и кондиционировании сточных вод, сбрасываемых в водоемы. Только глубина очистки может быть иной: в большинстве случаев допускаются более высокие остаточные концентрации примесей. Кондиционирование оборотных вод ПОФ - изменение концентрации отдельных компонентов - также относится к операциям очистки, но выполняется без вывода компонентов из оборота.

4 В зависимости от требований к качеству оборотной воды для несложной (механической и физико-химической) очистки оборотных вод от взвешенных веществ и тяжелых металлов (Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺) следует применять отстаивание в естественных (пруды-отстойники хвостохранилища) и в искусственных (сгустители, отстойники) условиях, в последнем случае эффективным является тонкослойное отстаивание. В системе водооборота предпочтение следует отдавать безреагантной - сорбционной очистке, использование же коагулянтов и других реагентов целесообразно лишь для кондиционирования оборотной воды по изменению ионно-солевого состава или рН. Для глубокой очистки оборотных вод для отдельных технологических операций следует применять фильтрование через зернистую загрузку, а для продувки оборотной системы - сорбционные и ионообменные методы..

5 Для подпитки оборотной системы могут быть использованы шахтные воды после соответствующей очистки и кондиционирования.

Методы очистки сточных вод ПОФ трудоемки, дороги и не всегда технически и экономически обоснованы. Наряду с внедрением природоохранных мероприятий, также ставится задача снижения себестоимости выпускаемой продукции.

Литература

1 М. Мырзахметов. Научно-технические принципы и методические основы создания бессточных систем водоснабжения флотационных обогатительных фабрик. // Рациональные методы очистки природных и сточных вод. Алматы: КазГАСА, 1993.

2 А.К. Адрышев, Ж.К. Узденбаева. Очистка сточных вод и оборотное водоснабжение обогатительных фабрик цветной металлургии // Вестник ВКГТУ, №1, Усть-Каменогорск: ВКГТУ, 2006.