СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ САПОНИТСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF EXTRACTION OF SAPONITE-CONTAINING SUBSTANCES FROM RETURN WATER AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для извлечения тонкодисперсных сапонитсодержащих взвешенных веществ из оборотной воды, слива хвостохранилищ и др.
-1
2
Известен способ очистки растворов от взвешенных (в т.ч. глинистых) частиц, в котором сточную воду отстаивают, затем фильтруют через гранулированный графитовый материал со степенью угловатости 200-400 м, помещенный между катодом и анодом. Плотность тока поддерживают в пределах 20-50 А/м [Патент RU 2038319, кл. C02F 1/46, опубл. 27.06.1995].
Известен способ очистки сточной воды, в котором сточную воду с предварительно введенным кислородом воздуха через диспергатор в виде пористой перегородки пропускают через загрузку из смеси железной стружки с гранулами активированного угля при одновременном воздействии на воду электрического тока, подаваемого от внешнего источника на дополнительный анод, выполненный в виде стального стержня, размещенного в загрузке и изолированного от нее перфорированной трубой из диэлектрического материала, и корпус, выполненный в виде катода [Патент RU 2057080, кл. C02F 1/46, опубл. 27.03.1996].
Известен способ очистки жидкости от взвешенных и коллоидных примесей, в котором она проходит через последовательно установленные электролизер, флотатор и фильтр [Патент SU 1761676, кл. C02F 1/00, опубл. 15.09.1992].
2
Известен способ обезвоживания илового осадка, включающий его обработку в диафрагменном электролизере в области положительного электрода с последующим разделением на сгущенный продукт и осветленную жидкость. Обработку осадка проводят при рН 1-4 при плотности электрического тока 1-3 - мА/см в течение 0,5-2,0 часов, затем насыщают воздухом под давлением, далее разделение осуществляют флотацией [Патент RU 2006477, Кл. C02F 1/46, опубл. 30.01.1994].
Наиболее близкими аналогами по технической сущности и достигаемому результату для заявленных способа извлечения сапонитсодержащих веществ из оборотной воды и устройства являются способ и устройство интенсификации процесса обесшламливания оборотных сапонитсодержащих вод [статья: В.А. Чантурия, Б.Е. Горячев. Обогащение алмазосодержащих кимберлитов. Горный журнал, 2007, №2, с.43-44]. Способ включает обработку оборотной воды электрическим током в устройстве с последующим разделением на сгущенный продукт и осветленную жидкость. Способ основан на перезарядке минеральных частиц при контакте с анодной поверхностью с целью их последующей коагуляции (укрупнения). Устройство включает пластинчатый монополярный электролизер бездиафрагменного типа.
Недостатками указанных способа и устройства являются:
1. Способ не позволяет сразу разделить сапонитсодержащие воды на сгущенный сапонитсодержащий продукт и осветленный слив, а только интенсифицирует последующий процесс обесшламливания оборотных сапонитсодержащих вод: содержание шламов в оборотной воде в зависимости от продолжительности процесса последующего осветления после предварительной электрохимической обработки воды снижается в 1,6-5,6 раз.
3
2. Конструкция электролизеров не предусмотрена для обработки вод с высокой (более 50 г/дм) концентрацией твердой фазы, так как при этом происходит зарастание анодов, выполненных в виде пластин, тонкодисперсными минеральными частицами, что приводит к выходу электролизеров из строя.
3
3
3. Низкое содержание (менее 240 г/дм) твердой фазы в осадке после процесса осветления, а также высокое ее содержание в осветленном сливе (3-12 г/дм) при низком содержании шламов в исходной воде, т.е. низкая степень очистки.
3
Все перечисленные способы и устройства для очистки технических вод, содержащих тонкодисперсные взвешенные вещества, не позволяют извлечь сапонитсодержащие вещества из оборотных вод с одновременным получением осветленного слива и непригодны для очистки вод с концентрацией глинистых частиц до 257 г/дм.
Целью изобретения является извлечение сапонита из оборотных вод и сливов хвостохранилища и повышение степени их очистки от сапонитсодержащих веществ.
3
3
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в снижении содержания сапонитсодержащих веществ в оборотной воде до уровня качества воды оборотного водоснабжения обогатительной фабрики (менее 30 г/дм) при степени очистки оборотных вод более 88%. Изобретение может быть использовано для обесшламливания технических (оборотные воды, сливы хвостохранилищ и др.) вод, характеризующихся высоким (до 257 г/дм) содержанием тонкодисперсных взвешенных веществ, образованных разрушением минералов монтмориллонитовой группы (например, сапонита).
-1
Указанная цель достигается тем, что в способе извлечения сапонитсодержащих веществ из оборотной воды оборотную воду, имеющую сапонитсодержащие вещества, подвергают воздействию электрического тока в емкости в виде ванны из электропроводящего материала, выполняющей функцию катода, в которую наполовину погружен вращающийся (частота вращения от 10 до 20 мин) барабан, выполняющий функцию анода при напряжении на электродах от 30 до 36 В и, при этом извлечение сапонитсодержащих веществ осуществляют с поверхности барабана-анода непрерывно скребком, а исходную оборотную воду, содержащую сапонитсодержащие взвешенные частицы, подают в ванну в направлении вращения барабана.
Трехслойные пачки талькового типа группы сапонитов имеют нескомпенсированные изоморфные замещения в октаэдрических и тетраэдрических слоях. Поэтому пачки характеризуются избыточным отрицательным зарядом, который компенсируется вхождением дополнительных катионов между пачками.
Способ основан на наличии у сапонитов отрицательного заряда, что предполагает возможность их налипания на положительно заряженный электрод - анод.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан сепаратор для извлечения сапонитсодержащих веществ из оборотных вод, на фиг.2 представлены данные рационального извлечения сапонита в зависимости от величины напряжения между катодом и анодом и от частоты вращения барабана, на фиг.3 - данные о содержании твердой фазы (сапонита) в осветленном сливе в зависимости от производительности аппарата, на фиг.4 - данные о извлечении твердой фазы (сапонита) в сгущенный продукт в зависимости от производительности аппарата, на фиг.5 - данные о извлечении воды (жидкой фазы) в осветленный слив в зависимости от производительности аппарата, на фиг.6 - степень очистки осветленного слива в зависимости от производительности аппарата, на фиг.7 - данные о содержании твердой фазы (сапонита) в сгущенном продукте в зависимости от производительности аппарата, в таблице представлены технические характеристики опытного аппарата.
Сепаратор состоит из барабана 1, поверхность которого изготовлена из электропроводящего материала (сталь, алюминий и др.) Барабан 1 приводится во вращение от двигателя через редуктор и ременную передачу 2. Поверхность барабана 1 через токосъемник 3 и шины подключена к положительному полюсу источника постоянного напряжения. Ванна 4 расположена под барабаном 1. Сапонитсодержащие вещества проходят по питающей полости 5 и счищаются скребком 6
Способ осуществляется следующим образом:
-1
Оборотную воду, имеющую сапонитсодержащие вещества, подвергают воздействию электрического тока в емкости, выполненной в виде ванны из электропроводящего материала, исполняющей функцию катода, в которую наполовину погружают вращающийся барабан, исполняющий функцию анода, подают напряжение на электроды от 30 до 36 В, а частоту вращения барабана устанавливают от 10 до 20 мин, при этом извлечение сапонитсодержащих веществ осуществляют с поверхности барабана непрерывно скребком, а исходную оборотную воду подают в ванну в направлении вращения барабана.
Устройство работает следующим образом:
Оборотную воду из слива хвостохранилища, имеющую сапонитсодержащие вещества в количестве до 257 г/л крупностью менее 5 мкм, в проточном режиме подают в ванну 4, расположенную под барабаном 1. Ванна 4 через шину подключена к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения. Сапонитсодержащие вещества, проходя по питающей полости 5, образованной барабаном 1 и ванной 4, за счет электростатических (электрофоретических) сил закрепляются на барабане 1. В процессе вращения барабана 1 на его поверхности формируется слой сапонитсодержащих веществ, который счищаются скребком 6. Хвосты (осветленный слив) отводятся в хвостохранилище или в технологический процесс. Продукт сепарации по разгрузочному лотку удаляется для последующего использования. Для увеличения времени контакта оборотной воды с барабаном 1 оборотную воду, имеющую сапонитсодержащие вещества, подают в ванну 4 в направлении вращения барабана 1.
-1
Оптимальное извлечение сапонитсодержащих веществ достигается при напряжении на электродах от 30 до 36 В и частоте вращения барабана от 10 до 20 мин.
Описание экспериментов.
3
-1
3
Исходное содержание шламов ~200 г/дм, частота вращения барабана-анода 10 мин, напряжение между барабаном и ванной сепаратора - 30-36 В. Данная величина напряжения выбрана на основе результатов изучения электрофоретической скорости частиц сапонита к аноду в зависимости от напряжения и предварительных исследований по изучению влияния напряжения на извлечение сапонитсодержащего продукта (фиг.2) при производительности сепаратора 8 дм/ч (продолжительность обработки исходной воды 1,5 мин).
3
3
3
3
3
3
3
3
В последующих экспериментах была установлена рациональная производительность аппарата - 4 дм/ч (продолжительность обработки 3 мин), обеспечивающая требуемое (менее 30 г/дм) качество осветленного слива по содержанию твердой фазы - 25 г/дм (фиг.3), при извлечении сапонита в сгущенный продукт 93% (фиг.4), извлечении воды в осветленный слив 57% (фиг.5) и степени ее очистки 87,5% (фиг.6). При этом содержание твердой фазы в сгущенном (сапонитовом) продукте составило около 393 г/дм (фиг.7). Увеличение производительности аппарата по сливу до 6 дм/ч (продолжительность обработки 2,3 мин) и 8 дм/ч, регулируемое количеством подаваемой воды, при величине напряжения между барабаном и ванной 30 В, приводит к повышению содержания твердой фазы в осветленном сливе до 49 г/дм и 72 г/дм (фиг.3), что выше требуемого содержания, а также к снижению извлечения сапонита в сгущенный продукт с 93 до 86 и 59% (фиг.4) и, как следствие, степени очистки воды с 87,5 до 75,5 и 41% (фиг.6), соответственно.
Таким образом, в условиях проведенных экспериментов установлено следующее:
3
3
- выход осветленного слива из исходной оборотной воды, характеризующейся содержанием твердой фазы 200 г/дм, составляет от 57 до 72%, при степени очистки шламосодержащей воды от 41 до 99% и содержании твердой фазы в сливе от 2 до 118 г/дм;
3
- извлечение сапонита в сгущенный продукт составляет от 76 до 99,4%. При этом сгущенный продукт характеризуется содержанием твердой фазы от 392,7 до 429 г/дм.
Таблица
Технические характеристики опытного аппарата
№
Наименование параметра
Ед. измерения
Величина
1
Производительность по исходному питанию
дм<sup>3</sup>/ч
1,0-8
2
Максимальное содержание твердой фазы в исходной воде
г/дм<sup>3</sup>
257
3
Производительность по осветленному сливу до
дм<sup>3</sup>/ч
6
4
Продолжительность обработки воды
Мин
1,5-6
5
Производительность по сгущенному продукту
дм<sup>3</sup>/ч
0,5-4
6
Производительность по твердому осадку до
кг/ч
1,4
7
Удельный расход электроэнергии на обработку 1 м<sup>3</sup> воды
кВт·ч/м<sup>3</sup>
8-36
8
Средняя величина потребляемого линейного тока (постоянного)
А
2
9
Величина рабочего напряжения
В
30-36
10
Расстояние между барабаном - катодом и барабаном - анодом
мм
11
11
Частота вращения барабана
мин<sup>-1</sup>
10-20
Объем ванны аппарата
дм<sup>3</sup>
120