СПОСОБ ОБЕСШЛАМЛИВАНИЯ ОБОРОТНЫХ САПОНИТСОДЕРЖАЩИХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF DESLIMATION OF CIRCULATING SAPONITE-CONTAINING WATERS AND DEVICE ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для обесшламливания технических (оборотные воды, сливы хвостохранилищ и др.) вод, содержащих тонкодисперсные взвешенные вещества, образованные разрушением минералов монтмориллонитовой группы (напр., сапонита).
-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 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 pH 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].
3
Все перечисленные способы и устройства обесшламливания 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.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ интенсификации процесса обесшламливания оборотных сапонитсодержащих вод, включающий обработку оборотной воды электрическим током в пластинчатом монополярном электролизере бездиафрагменного типа [статья: В.А. Чантурия, Б.Е. Горячев. Обогащение алмазосодержащих кимберлитов. Горный журнал, 2007, №2, с.43-44]. Способ основан на перезарядке минеральных частиц при контакте с анодной поверхностью с целью их последующей коагуляции (укрупнения).
Недостатками указанного способа 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.
Целью изобретения является повышение степени очистки и интенсификации процесса обесшламливания оборотных вод от сапонитсодержащих веществ.
3
3
Технический результат заключается в снижении содержания сапонитсодержащих веществ в оборотной воде до требуемого уровня качества воды оборотного водоснабжения обогатительной фабрики (менее 30 г/дм) при степени очистки оборотных вод до 99,5%. 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 (напр., сапонита).
Указанная цель достигается обработкой вод электрическим током с одновременным разделением на сгущенный продукт и осветленную жидкость, включая воздействие электрического тока на барабаны-катоды и барабан-анод, и, как следствие, на пропускаемую между ними оборотную воду, при этом одновременно с барабанов-катодов извлекают осветленный слив, а с барабана-анода - сапонитсодержащие вещества.
3
3
3
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема сепаратора для реализации электрохимического воздействия на сапонитсодержащие воды; на фиг.2 - изменение выхода слива с аппарата в зависимости от частоты вращения барабанов-катодов; на фиг.3 - изменение содержания твердой фазы в сливе аппарата в зависимости от его производительности при исходном содержании шламов 82 г/дм; на фиг.4 - изменение содержания твердой фазы в сливе аппарата в зависимости от содержания шламов в питании при производительности аппарата 40 дм/ч и напряжении 30 В; на фиг.5 - изменение извлечения сапонита в зависимости от величины напряжения на электродах при производительности аппарата 40 дм/ч; на фиг.6 - зависимость степени очистки сапонитсодержащих вод от производительности аппарата по осветленному сливу и исходного содержания шламов при напряжении 30 В; в таблице приведены рабочие параметры опытной установки.
Устройство (электрохимический сепаратор) содержит два отрицательно заряженных барабана - 1 (катоды), положительно заряженный барабан - 2 (анод), элеваторное колесо - 3, приводы элеватора - 4, шнек - 5, переливные карманы - 6, подшипниковые узлы - 7, пружинное скребковое устройство - 8, токосъемники - 9, прижимные пластины - 10.
Способ реализуется следующим образом.
-1
-1
На сапонитсодержащую оборотную воду воздействуют электрическим током при ее прохождении объема между барабанами-катодами и барабаном-анодом, выполненными из электропроводящего материала (напр., сталь марки Ст.3). Барабаны-катоды наполовину погружают в оборотную воду. Барабан-анод находится под барабанами-катодами ровно посередине (поверхности всех барабанов параллельны). Расстояние между барабаном-анодом и барабанами-катодами регулируют поднятием или опусканием барабана-анода. Напряжение между разноименно заряженными барабанами выдерживают от 30 до 60 В. Вращение барабанов-катодов осуществляют в противоположные стороны с частотой от 10 до 40 мин. При этом частоту вращения барабана-анода выдерживают в пределах от 0,5 до 2,0 мин, т.к. ее увеличение приводит к обводнению сгущенного сапонитсодержащего продукта. Извлечение сапонитсодержащих веществ с поверхности барабана-анода осуществляют непрерывно.
Оборотную воду, содержащую сапонитсодержащие взвешенные вещества, имеющие отрицательный заряд, подают сверху между двумя барабанами-катодами в направлении вращения барабанов (вращаются в противоположные стороны).
Устройство работает и при вращении барабанов-катодов навстречу подаваемой исходной шламосодержащей воде - в противоточном режиме.
Устройство оборудуют прижимными пластинами - 10 для более эффективной работы и снятия осветленного слива с барабанов-катодов после выхода поверхности барабанов из оборотной воды (рабочего объема) при их вращении. В случае отсутствия прижимных пластин осветленный слив получается переливом.
Таким образом, оборотную воду, содержащую сапонитсодержащие вещества, подвергают воздействию электрического тока. На барабанах-катодах из оборотной воды за счет электроосмотических явлений извлекают водную фазу, а глинистый материал за счет электростатических (электрофоретических) сил закрепляют на положительно заряженной поверхности барабана-анода. При этом в проточном режиме контролируют параметры сепарации: производительность, линейный ток, напряжение, частоту вращения барабанов.
Устройство работает следующим образом.
Поверхность барабанов - 1 и 2 выполнена из электропроводящего материала, а сами барабаны крепятся к корпусу через подшипниковые узлы - 1, оборудованные уплотнителями-сальниками для предотвращения попадания шламов внутрь подшипников, барабаны-катоды - 1 приводятся во вращение от одного двигателя, через редуктор, карданный вал и цепную передачу, барабан-анод - 2 приводится во вращение от серводвигателя через планетарный редуктор, элеваторное колесо - 3 также приводится во вращение от двигателя через редуктор, поверхность барабанов-катодов - 2 через токосъемники и шины подключена к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения, поверхность барабана-анода - 2 через токосъемники и шины подключена к положительному полюсу источника постоянного напряжения.
Исходная сапонитсодержащая вода подается в устройство (электрохимический сепаратор) сверху между барабанами-катодами - 1, частицы минералов монтмориллонитовой группы, имеющие отрицательный заряд и находящиеся в воде, проходя по двум питающим полостям, образованным между барабанами-катодами - 1 и барабаном-анодом - 2, за счет электростатических сил закрепляются на положительно заряженной поверхности барабана-анода и удаляются с нее пружинным скребковым устройством - 8 в область дна ванны электрохимического сепаратора и далее разгружаются с помощью шнека - 5 в ванну элеваторного устройства, а далее черпаками элеваторного колеса; а осветленный слив за счет осмотического движения воды к катодам собирается в области барабанов-катодов - 1 и отводится при их вращении с помощью прижимных пластин - 10 через отверстия в двух переливных карманах - 6.
Описание экспериментов
3
3
3
3
3
Напряжение между барабанами-катодами и барабаном-анодом - 30 В (данная величина выбрана на основании теоретических исследований электроповерхностных свойств частиц сапонита, их электрофоретической скорости и осмотической скорости воды в сапонитсодержащих водах). При этом, рациональная производительность аппарата, обеспечивающая требуемое качество осветленного слива при степени очистки от 75 до 88,3% (в зависимости от содержания шламов в исходной оборотной воде - 80-257 г/дм), составляет 40 дм/ч. Увеличение производительности аппарата по сливу до 60 дм/ч, регулируемое частотой вращения барабанов-катодов (фиг.2), при величине напряжения между барабанами-катодами и барабаном-анодом 30 В, приводит к повышению содержания твердой фазы в осветленном сливе до 40 г/дм (фиг.3), что выше требуемого содержания - 30 г/дм.
3
3
3
3
3
3
На фиг.4 представлены результаты изучения зависимости содержания твердой фазы в сливе аппарата от содержания шламов в исходной оборотной воде при производительности аппарата по сливу - 40 дм/ч и напряжении 30 В. Установлено, что содержание шламов в исходной воде практически не влияет на качество осветленного слива: увеличение содержания шламов в исходной воде более чем на 200 г/дм(с 50 до 257 г/дм) приводит к незначительному увеличению содержания шламов в осветленном сливе с 20 г/дм до 30 г/дм, т.е. всего на 10 г/дм.
3
Повышение напряжения между барабанами до 60 В позволяет повысить производительность аппарата по сливу до 60 дм/ч и/или повысить извлечение сапонита (шламов) до 93% (фиг.5).
-1
3
В зависимости от частоты вращения барабанов-катодов (6-20 мин), обеспечивающей заданную производительность по сливу от 10 до 40 дм/ч (фиг.2), и напряжения обеспечивается:
3
3
- выход осветленного слива из исходной оборотной воды, характеризующейся содержанием твердой фазы до 257 г/дм, до 76%, при степени очистки шламосодержащей воды до 99,5% (фиг.6) и содержании твердой фазы в сливе от 1 до 30 г/дм (фиг.3);
3
- извлечение в сгущенный продукт до 93% минералов монтмориллонитовой группы (сапонита). При этом сгущенный продукт характеризуется содержанием твердой фазы от 450 до 600 г/дм.
В соответствии с вышеизложенным:
3
3
- выход осветленного слива из исходной оборотной воды, характеризующейся содержанием твердой фазы до 257 г/дм, до 76%, при степени очистки шламосодержащей воды до 99,5% и содержании твердой фазы в сливе от 1 до 30 г/дм;
3
- извлечение в сгущенный продукт до 93% минералов монтмориллонитовой группы (сапонита). При этом сгущенный продукт характеризуется содержанием твердой фазы от 450 до 600 г/дм.
На основе разработанной схемы устройства была изготовлена действующая модель сепаратора, технические характеристики которого приведены в таблице, и проведена его апробация в условиях обогатительной фабрики №1 (ОФ №1) ОАО «Севералмаз».
Результаты проведенных экспериментов подтвердили высокую эффективность электрохимического метода и аппарата для обесшламливания оборотных вод ОФ №1.
Пример
Исходные параметры электрохимической сепарации:
3
3
3
- производительность аппарата по исходной воде - 60 дм/ч (по осветленному сливу - 40 дм/ч, по сгущенному продукту - 20 дм/ч);
-1
- частота вращения барабанов-катодов - 20 мин;
-1
- частота вращения барабана-анода - 1 мин;
3
- содержание твердой фазы в исходной воде - 200 г/дм;
- величина напряжения на электродах - 30 В;
- величина линейного тока - 10 А;
Результат:
- извлечение воды в осветленный слив - 72,4%;
- извлечение твердой фазы в сгущенный продукт - 90,8%;
3
- содержание твердой фазы в осветленном сливе - 27,6 г/дм;
3
- содержание твердой фазы в сгущенном продукте - 545 г/дм;
- степень очистки слива - 86,2%.
Таблица
Технические характеристики опытной установки
№
Наименование параметра
Ед. измерения
Величина
1
Производительность по исходному питанию до
дм<sup>3</sup>/ч
80
2
Производительность по осветленному сливу до
дм<sup>3</sup>/ч
60
3
Производительность по сгущенному продукту
дм<sup>3</sup>/ч
10-40
4
Производительность по твердому осадку до
кг/ч
12
5
Удельный расход электроэнергии на получение 1 м<sup>3</sup> осветленного слива
кВт*ч/м<sup>3</sup>
4-12
6
Величина потребляемого линейного тока (постоянного)
А
9-12
7
Величина рабочего напряжения
В
20-60
8
Расстояние между барабаном - катодом и барабаном - анодом
мм
11-30
9
Частота вращения барабанов - катодов
мин<sup>-1</sup>
10-40
10
Частота вращения барабана - анода
мин<sup>-1</sup>
0,01-2
11
Объем ванны аппарата
дм<sup>3</sup>
120
12
Частота вращения вала элеватора
мин<sup>-1</sup>
0,2-5
13
Объем ковша элеватора
дм<sup>3</sup>
0,3
14
Количество ковшей элеватора
шт
3