Исследования по совершенствованию системы оборотного водоснабжения в условиях россыпной золотодобычи Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© Т.Н. Мельникова, Н.Г. Ятлукова, Е.Н. Смирнова, А.А. Приходько, 2005

УДК 622.793.5

Т.Н. Мельникова, Н.Г. Ятлукова, Е.Н. Смирнова,

А. А. Приходько

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ РОССЫПНОЙ ЗОЛОТОДОБЫЧИ

ля современной промышленности характерен непрерыв-

ный рост водоемких производств. Изучение водных ресур-

сов России показало, что назрела угроза недостатка воды требуемого качества. В этой связи особое значение приобретают вопросы очистки и многократного использования воды для технического водоснабжения объектов россыпной металлодобычи, характеризующихся большими объемами потребления воды при промывке песков. Кондиционирование оборотных вод на драгах и промпри-борах позволит существенно сократить использование свежей воды и улучшить состояние поверхностных и подземных вод.

В технологических процессах при многократном использовании воды в ней накапливается большое количество тонких шламов, илисто-глинистых частиц, которые затрудняют процесс промывки песков и отрицательно влияют на реологические свойства воды. Это значительно снижает скорость осаждения мелких зерен ценного компонента гидросмеси и ухудшает технологические показатели разделения минеральных зерен на гравитационных аппаратах. Потери металла при этом достигают 15-30 %. Поэтому для эффективной работы оборотных схем водоснабжения необходимо проводить кондиционирование оборотной воды [1].

Для интенсификации процесса осветления воды от взвешенных веществ отстаиванием применяются физико-химичес-кие методы, осуществляемые при использовании реагентов - коагулянтов, флокулянтов или их смесей [2].

Использование коагулянтов и флокулянтов позволяет в десятки, сотни раз увеличить скорость осаждения тонкодисперсных илисто-глинистых частиц и является наиболее эффективным методом

кондиционирования оборотной воды при организации схем водоснабжения предприятий россыпной металлодобычи [1].

Целью данной работы являлись теоретические и экспериментальные исследования по совершенствованию системы оборотного водоснабжения в условиях россыпной золотодобычи.

Правильная организация процессов приготовления реагентов позволяет при минимальном их расходе получить максимальный эффект очистки воды. Процессу растворения реагентов в специальной литературе уделяется мало внимания.

Определим продолжительность растворения реагентов при перемешивании как:

где р2 - плотность растворяемого материала; Ск - конечная концентрация раствора;

где Снас - концентрация насыщения; р - коэффициент массоотдачи от твердой частицы к жидкости; g - ускорение свободного падения.

где Е0 - скорость диссипации энергии; V - кинематическая вязкость; Б0 - коэффициент молекулярной диффузии.

Используя анализ размерностей, можно получить:

где с - коэффициент, определяемый опытным путем.

Для механического перемешивания с = 0,25 и Е0 = К/р^ (р1 -плотность растворителя) [3].

(1)

(2)

(3)

Рис. 1. Стадии растворения полимера: а - твердый полимер после введения в растворитель; б - полимер, набухший в растворителе; в - сольватированные молекулы полимера, диффундирующие из набухшего полимерного образца

Важными факторами, влияющими на взаимодействие «глина-полимер», являются концентрация полимера и условия растворения. Первая стадия процесса растворения полимера характеризуется медленным проникновением молекул растворителя в полимерный клубок, заставляя его набухать. При этом молекулы полимера находятся в пределах матрицы, не диффундируя наружу. На второй стадии, когда все сегменты сольватированы, макромолекула как единое целое в виде разрыхленного клубка отделяется от набухшего полимера и медленно диффундирует из полимерной фазы. Схематическое изображение различных стадий растворения полимеров приведено на рис. 1.

Схема разбавленного раствора полимера представлена на рис.

2.

Невозмущенные размеры макромолекулы данной степени полимеризации в растворе зависят только от строения цепи: числа и длины связей в основной цепи, валентных углов и энергии не валентных взаимодействий. Эти факторы определяют способность изолированной цепи к конформационным превращениям, т.е. ее гибкость.

Реальную гибкость можно охарактеризовать длиной статистического термодинамического сегмента, которая определяется из невозмущенных размеров макромолекулы. Реальную цепь полимера, содержащую п звеньев длиной I, можно рассматривать как идеализированную свободно сочлененную цепь из г сегментов, каждый длиной Ь, причем Ь>1, г<п. Средние размеры такой цепи:

Рис. 2. Схема разбавленного раствора полимера: 1 - молекула растворенного вещества; 2 - граница гидродинамической сферы; 3 - цепь статистического клубка; 4 - связанный растворитель

h02 = zb2 , (4)

При этом полная длина цепи z-b, а контурная длина- n ■ l ■ sin V / 2 , т.е. z ■ b = nl ■ sinv/2, (5)

где V - валентный угол.

Тогда, длина сегмента из уравнений (4) и (5) равна

2

b =------0----- , (б)

n ■ l ■ sinv/2 2

Й о определяем из формулы Флори-Фокса:

3/2

|У| = , (7)

L J M

где ^ - вязкость раствора; Ф - постоянная Флори; Ф = 2,844 023; М

- молекулярная масса полимера.

При увеличении размеров и асимметрии макромолекул возрастает их способность снижать турбулентное трение и устойчивость к воздействию гидродинамического поля. Приведенные зависимости позволяют оценить гибкость и длину макромолекулы полимера.

Рис. 3. Зависимость скорости осаждения от типа реагента: 1 - ПАА - ГС; 2 -

Санфлок; 3 - Зетаг; 4 - Санфлок + реагент «Х»; 5 - ПАА - ГС + Л12(В04)3

Экспериментальные исследования проведены на материале пробы эфелей месторождения р. Нижнего (Южного) Соболиного. В работе использовали суспензию глинистого материала (концентрация твердого вещества - 2,5 %, крупность - менее 0,1 мм). В приготовленную суспензию вводили раствор реагентов концентрацией 0,1 %. Определение скорости осаждения проводили при помощи седиментационного анализа.

Кинетика осаждения с использованием различных реагентов (ПАА, Санфлок, Зетаг, реагент «Х») и их смесей приведена на рис. 3.

Основные типы флокулянтов имеют следующие особенности, которые необходимо учитывать при их использовании:

- способность образовывать комковидные структуры при контакте сухого порошка флокулянта с водой, которые в дальнейшем плохо растворяются;

- возможность деструкции макромолекул в растворе при высоких гидродинамических режимах;

- существенное увеличение вязкости растворов при повышении концентрации флокулянта в растворе;

- способность деструкции макромолекул при длительном хранении (старение флокулянта);

- узкие области оптимальных расходов флокулянтов при различных технологических режимах.

Анализ данных показывает, что совместное использование по-лиакриамидного флокулянта катионного типа и нового реагента «Х» позволит, по-видимому, усилить перевод структуры ПАА из глобулярной в фибриллярную. Это приводит к максимальной эффективности осветления оборотных вод.

Таким образом, проведенные экспериментально-теоретические исследования позволяют разработать рациональные технологические решения, обеспечивающие кондиционирование оборотных вод и илисто-глинистых фракций. Исследования в данном направлении следует продолжать, как в плане разработки научных основ, так и в плане их практической реализации в условиях действующих предприятий.

------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ковалев А.А. Интенсификация процессов гравитационного обогащения золотосодержащих россыпей Владивосток: ДВО АН СССР, 1991. - 200 с.

2. Личаев В.Р., Есеновская Л.Н., Чикин Ю.М. Руководство по выбору и проектированию систем водосна-бжения, водоотведения и способам водоподготовке при разработке россыпных месторождений. Иркутск; Из-во Иркутского ун-та, 1990. - 160 с.

3. Гвоздев В.Д, Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. М.: «Химия», 1988. - 110 с.

4. Воробьев П.Д., Крутько Н.П., Воробьев Д.Н. и др. Повышение эффективности флокуляции глинистых шламов путем комбинированного введения флоку-лянтов.// Обогащение руд. 2005, № 2. С. 11 - 14.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------

Мельникова Т.Н. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник,

Ятлукова Н.Г. - заведующий лабораторией Смирнова Е.Н. - лаборант,

Приходько А.А. - лаборант-исследователь,

Институт горного дела ДВО РАН.