СПОСОБ СГУЩЕНИЯ САПОНИТОВОЙ СУСПЕНЗИИ
METHOD OF THICKENING SAPONITE SUSPENSION

Изобретение относится к способам, используемым в области горно-рудной промышленности при процессах обогащения алмазоносных кимберлитовых пород для получения оборотной воды, свободной от суспензии глинистых материалов, преимущественно сапонита, путем сгущения суспензии.
Особенностью кимберлитовых трубок алмазоносного месторождения имени М.В.Ломоносова в Архангельской области РФ является преобладание в них сапонита, отличающегося высокой степенью физико-химической активности, который в водной среде самостоятельно диспергируется и стабилизируется, образуя тонкодисперсную, гелеобразную и неконсолидирующуюся суспензию с низкой плотностью образующегося осадка. Сгущение сапонитовой суспензии предопределяет получение оборотной воды, т.е. воды, повторно подаваемой для обогащения алмазоносной породы.
Известен способ сгущения сапонитовой суспензии путем ее замораживания и последующего оттаивания, приводящего к разрушению диффузного слоя минеральных частиц, их агрегации и возникновению ближних коагуляционных связей с образованием осадка и с его последующей дегидратацией и консолидацией (Автореферат дисс. на соискание уч. ст. канд. геолого-минерал. наук "Условия накопления сапонитосодержащих осадков и технология их сгущения в хвостохранилище месторождения алмазов им. М.В.Ломоносова" Карпенко Ф.С., Учреждение РАН Ин-т геоэкологии им. Б.М.Сергеева РАН, М., 2009 г.).
Способ носит временный, обратимый характер, требует значительного землеотвода и больших материальных затрат на обустройство и организацию работ.
Известен способ коагуляции, применяемый для очистки жидкости от взвешенных частиц путем их сгущения с помощью коагулянтов. При этом коагуляция имеет своей целью дестабилизировать дисперсную систему и способствовать соединению и слипанию частиц под действием молекулярных сил сцепления, чтобы получить в конечном итоге выпадающий из суспензии осадок. Дестабилизация коллоидов осуществляется посредством добавления коагулянтов, например солей алюминия и железа. В результате гидролиза солей в растворе образуются многозарядные ионы металлов, которые уменьшают силы отталкивания между коллоидными частицами. После нейтрализации сил отталкивания любое легкое перемешивание раствора приводит к сталкиванию частиц, и силы притяжения заставляют частицы слипаться друг с другом, что приводит к образованию крупных агломератов, удаляемых отстаиванием или фильтрацией (М.Хаммер "Технология обработки природных и сточных вод", Стройиздат, 1979, с.18-20).
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ сгущения суспензии методом отстаивания, при котором происходит отделение частиц водной суспензии под действием силы тяжести. Скорость оседания частиц зависит от их размера, плотности и от вязкости среды (БСЭ, 2-е изд., т.31, с.438 - прототип).
Основным недостатком известного способа является длительность процесса отстаивания суспензий таких мелких частиц, как частицы сапонита, что может привести к отрицательным последствиям при разработке алмазоносных месторождений.
3
3
10
2
2
Химическая формула молекулы сапонита NaMg[AlSiO](OH)·4HO, в виде примесей в нее входит Fe, а также Cr, Ni, Сu, Li, в качестве изоморфной примеси в состав входит Ca.
Особенностью сапонита, отрицательно влияющей на способность молекул частиц его водной суспензии к присоединению коагулянта или молекулы другой частицы, является большое содержание в составе сапонитовых глин магния (5-8%), а также кальция (3-5%), благодаря чему сапонитовые глины обладают большой гигроскопичностью. Атомы магния и кальция, входящие в состав молекулы сапонита, имеют ненасыщенные связи, присоединяющие к молекуле сапонита молекулы воды, в связи с чем молекула сапонита становится нейтральной, т.е. неспособной соединяться с молекулой коагулянта или молекулой другой частицы сапонита и выпадать в осадок достаточно быстро.
Большое количество магния и кальция повышает структурную вязкость сапонитовой суспензии, препятствуя коагуляции ее частиц, что не позволяет достигнуть значительной скорости сгущения сапонитовой суспензии, а следовательно, и большой скорости образования оборотной воды, что требует вовлечения в технологический процесс дополнительного количества свежей воды.
Кроме того, низкая скорость сгущения сапонитовой суспензии может привести к переполнению хранилищ сапонитовой пульпы, загрязнению близлежащих естественных водоемов и приостановке работ по добыче алмазов.
Технической задачей изобретения является создание нового способа, при котором повышается скорость сгущения сапонитовой суспензии.
2
Техническая задача решается при реализации способа сгущения сапонитовой суспензии путем оседания ее частиц для последующего отделения образующегося осадка, в котором, согласно изобретению, в суспензию под давлением до 2 кгс/см вводят углекислый газ в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка.
В таком способе после введения в сапонитовую суспензию углекислого газа возможна обработка ее коагулянтом, преимущественно сернокислым алюминием.
При практическом использовании способа количество углекислого газа следует применять с учетом величины давления подаваемого газа и концентрации суспензии.
2
Введение в сапонитовую суспензию под давлением до 2 кгс/см углекислого газа в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка разрушает структуру молекул в сгущаемой суспензии, выделяя в раствор карбонаты магния и кальция и образуя вакансии на освободившиеся места атомов магния и кальция в молекуле сапонита, замещаемые ионами водорода или металлов с ненасыщенными молекулярными связями, к которым присоединяются молекулы других частиц сапонита, образуя осаждающиеся с высокой скоростью агломераты. Это позволяет сгущать сапонитовую суспензию на больших площадях хранилищ сапонитовой пульпы с высокой производительностью, полностью удовлетворяя потребность обогатительной фабрики в оборотной воде.
Возможная обработка сапонитовой суспензии коагулянтом, преимущественно сернокислым алюминием, после введения в суспензию углекислого газа может значительно увеличить скорость сгущения сапонитовой суспензии, а следовательно, еще больше увеличить производительность обогатительной фабрики.
Образцы раствора сапонитовой глины Архангельского алмазоносного месторождения были исследованы в лаборатории кафедры водоснабжения Санкт-Петербургского Государственного Архитектурно-Строительного Университета для оценки возможности седиментации и фильтрации.
Пример 1.
Представлен образец в объеме 1 литра. Раствор имеет красно-коричневый цвет с концентрацией сапонитовой суспензии 180 г/л. Возможность осаждения проверялась по общепринятой методике в мерных цилиндрах с применением коагулянта (сернокислый алюминий и ВПК-420). В течение 3-х часов осаждение практически не происходило.
Пример 2.
2
Представлены два образца раствора с концентрацией сапонитовой суспензии 460 г/л объемом по 900 мл. Один из образцов был обработан пропусканием через него под давлением 1,5 кгс/см углекислого газа в количестве 250 г на 1 кг сухого осадка. Сгущение сапонитовой суспензии осуществлялось в 2-х пористых стаканах производства ООО "Калан" (изделие ЭФВП-Ст - 100×110-200). В каждый из стаканов было влито по 870 мл раствора, В результате через 1 сутки из стакана с раствором, необработанным углекислым газом, выделено 50 мл воды, а из стакана с раствором, обработанным углекислым газом, выделено 175 мл воды.
Представленные примеры позволяют сделать вывод, что обработанный углекислым газом раствор сапонитовой суспензии приобретает свойство более быстрого сгущения.
2
Таким образом, введение углекислого газа в сапонитовую суспензию под давлением до 2 кгс/см в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка увеличивает скорость ее сгущения при отстаивании, определяя преимущество заявляемого способа над прототипом.