автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Изыскание эффективных методов физико-химического модифицирования илисто-глинистых отходов промывки золотосодержащих песков

т* О»

. » Л» «3«

На правах рукописи

фЛ-

Попова Галина Юрьевна

ИЗЫСКАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ИЛИСТО-ГЛИНИСТЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫВКИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ ПЕСКОВ Сна примере Забайкалья)

Специальность 05.15.11 - "Физические процессы горного

производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Чита 1998

Работа выполнена на кафедре "Обогащение полезных ископаемых и вторичного сырья" Читинского государственного технического университета.

Научный руководитель: д.т.н., профессор Мязин В.П. Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Карасев К.И.

Ведущее предприятие: А/0 "Забайкалзолото"

Защита состоится И декабря 1998 г. в Ю00 часов на заседании совета Д 064.80.01 Читинского государственного технического университета (г.Чита, ул.Горького, 28, корп. ГЕО, ауд.9).

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, прошу отправлять по адресу: 672039, г.Чита, ул.Александро-Заводская, 30, ученому секретарю Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Читинского государственного технического университета.

Автореферат разослан " Я. " МА^у^М^ 1998 г.

к. т.н., доцент Кирик Л.В.

Ученый секретарь

специализированного

совета, д.г.-м.н., профессор

Актуальность работы: В последнее время в Восточной Сибири наиболее четко прослеживается тенденция вовлечения в разработку глинистых россыпных месторождений. Удельный вес их в общем объеме в ряде случаев достигает 70 %. Существующие способы разработки глинистых месторождений (подземный, дражный, гидромеханизированный, скреперно-бульдозерный, экскаваторный) предусматривают обязательное использование процесса промывки песков водой. При этом из общего объема промывки песков в продуктивную фракцию (концентрат) выделяется до 1 %. остальное в виде хвостов выбрасывается в окружающую среду, дополнительно образуя техногенные отвалы из галечных и эфельных пород. При обращении с образуемыми отходами промывки песков основными технологическими операциями являются: удаление галечной фракции, транспортирование массопотока эфельных хвостов с выделением твердой и жидкой фазы в рабочих котлованах и Очистных сооружениях, складирование и размещение осадка илисто-глинистых частиц, водоотведение. Характерно, что выход илисто-глинистых частиц (-100 мкм) в общем объеме образуемых хвостов достигает 20 % и более и в основном определяется исходным содержанием глины в россыпи и эффективностью промывки песков. Наличие взвешенных тонкодисперсных частиц в транспортирующем потоке гидросмеси и сделанный прорыв на основе последних достижений физико-химии дисперсных сред обуславливают применение реагентных добавок для интенсификации скорости их осаждения и повышения качества сточных и оборотных вод.

Модифицированный илисто-глинистый осадок за счет агрегирования илисто-глинистых частиц в ассоциаты и их дальнейшего сцепления между собой представляет собой продукт с новыми свойствами, расширяющими область его применения в качестве композиционного материала для противофильтрационного экранирования площадок гидротехнических сооружений, а также и в других областях народного хозяйства, например стройиндустрии. Однако до сих пор должного внимания этому вопросу не уделялось и направленных исследований по комплексному использованию илисто-глинистого осадка, выделенного из отходов промывки золотосодержащих песков, не проводилось.

Представленная работа выполнена в соответствии с Комплексной программой ГК ВО РФ "Рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов" (87.35.02), программой "Экологически чистое производство" и госбюджетной тематикой ЧитГТУ "Разработка способов

физико-химического модифицирования свойств минерального сырья для создания природоохранной технологии при добыче и переработке россыпей".

Целью работы является повышение эффективности физико-химического модифицирования илисто-глинистых отходов промывки золотосодержащих песков для вовлечения их в хозяйственный оборот в качестве дополнительного источника сырья.

Для решения поставленной цели решены следующие задачи:

- проведена комплексная оценка вещественного состава илисто-глинистой фракции хвостов промывки золотосодержащих песков;

- произведен выбор оптимальных расходов водорастворимых полимеров полиакриламидного типа и разработаны режимы их дозирования;

- дана оценка прочности сформированных агрегатов в системе "глина-полимер-вода", получаемых на основе илисто-глинистых отходов при различном соотношении твердого в воде, типа применяемого полиэлектролита и особенностей минералогического состава глинистой Фракции;

- выбраны оптимальные технологические режимы формирования композиционного материала во взвесенесущем массопотоке эфельных хвостов с учетом особенностей минералогического состава глинистых частиц;

- разработаны рекомендации по созданию технологических линий физико-химического модифицирования илисто-глинистого осадка при обращении с отходами промывки глинистых золотосодержащих песков;

- произведена количественная оценка физико-механических свойств образцов модифицированного илисто-глинистого осадка - коэффициента относительной водопроницаемости и предела прочности при сжатии;

- апробирована технология физико-химического модифицирования илисто-глинистых отходов промывки труднообогатимых золотосодержащих песков на объектах россыпной золотодобычи Забайкалья и дана комплексная эколого-экономическая оценка использования композиционных материалов при сооружении противофильтрационных экранов.

Научная идея работы заключается в управлении свойствами осадка илисто-глинистых отходов промывки золотосодержащих песков на основе регулирования физико-химических взаимодействий в дисперсных средах.

Методы исследования: гранулометрический, микроскопический.

дифференциально-термический, рентгеноструктурный, седиментационный и минералогический анализы; фотометрический метод; физико-механическая и физико-химическая оценка сеойств сфлокулированного осадка; методы математической статистики и математического моделирования; технико-экономические расчеты с учетом снижения наносимого ущерба природным водотокам.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Выбор типа полиэлектролитов и их расходов в технологии физико-химического модифицирования илисто-глинистых отходов промывки золотосодержащих россыпей осуществляется на основе комплексной оценки прочностных свойств осадка, сформированного из мелких минеральных частиц (-100 мкм) с учетом особенностей минерального состава вмещающих глин и заряда макромолекул водорастворимого полимера. что позволило научно обоснованно подойти к получению композиционного материала при обращении с отходами.

2. Получение заданных свойств композиционного материала на основе физико-химического модифицирования илисто-глинистого осадка достигается путем выбора эффективных режимов обработки полиэлектролитами взвесенесущего массопотока хвостов при регулировании соотношения компонентов в системе "жидкое-твердое-полимер".

3. Создание методических основ построения технологических схем получения композиционного материала из отходов промьшки золотосодержащих песков основано на физико-химическом модифицировании вмещающих глинистых фракций и управлении свойствами для повышения комплексности использования сырья и расширения области его использования на объектах золотодобычи. Рациональная физико-химическая технология создания противофильтрацион-ных завес базируется на модифицированных свойствах илисто-глинистого осадка.

Научная новизна работы:

- выявлены три характерные минеральные разности глин (гидрослюдистая, каолинитовая, монтмориллонитовая). обуславливающие различие дисперсных систем на объектах россыпной золотодобычи Забайкалья. Преобладающими минералами илисто-глинистых частиц являются глина и кварц, присутствие остальных (полевые шпаты, карбонаты. гидроокислы железа) незначительно;

- усовершенствована методика комплексной оценки прочности сфлокулированного осадка из илисто-глинистых частиц при обработке

водорастворимыми полимерами на основе контактного взаимодействия частиц в системе "глина-полимер-вода";

- установлена параболическая зависимость силы сцепления рыхлых агрегатов в осадке илисто-глинистых частиц от расхода водорастворимого полимера с учетом особенностей минерального состава илисто-глинистых фракций россыпных месторождений и заряда макромолекул полиэлектролита;

- экспериментально установлено, что наибольшая прочность сцепления агрегатов из илисто-глинистых частиц в осадке зависит не только от эффективности использования полиэлектролитов полиакрила-мидного типа, имеющих большую молекулярную массу, но и в существенной мере от содержания твердого в технологической воде. Опти-.мальный расход полиэлектролита при этом должен находиться в диапазоне (3-5)*10~3кг/м3. Эффект физико-химического модифицирования свойств глинистых частиц ограничивается содержанием твердого не более 30-50 кг/м3. что подтверждается исследованиями других авторов:

- выведены уравнения зависимости силы сцепления агрегатов осадка от расхода полиэлектролита и минерального состава глинистых частиц, позволяющие научно-обоснованно подойти к выбору оптимального расхода реагента с учетом преобладающей разности вмещающих глин при получении композиционного материала из илисто-глинистых отходов промывки песков. На поверхности распределения, построенной в трехмерном пространстве, четко фиксируются два пика определяющих эффектов флокуляциии илисто-глинистых частиц с использованием ани-оногенных полиэлектролитов. При использовании катионогенных полиэлектролитов такая зависимость четко не прослеживатеся;

- выявлена характерная экспоненциальная зависимость коэффициента относительной водопроницаемости от мощности слоя сформированных при оптимальных расходах катионогенных и атоногенных полиэлектролитов. позволяющая установить численное значение определяющего параметра противофильтрационного экрана, закладываемого для практического использования, при котором исключается фильтрация;

- количественной оценкой прочности при сжатии образцов сформированных при флокуляции глинистых частиц, отобранных в хвостох-ранилищах, показана перспектива их дальнейшего использования в стройиндустрии. Прочность при сжатии композиционных материалов после обработки анионогенными полиэлектролитами возрастает на 40%;

- разработаны методические основы построения технологических схем интенсивного выделения осадка взвешенных частиц из отходов промывки глинистых песков и последующего его нанесения на фильтрующую поверхность, основанные на выявленных закономерностях физико-химического взаимодействия в системе "глина-полиэлектролит-вода". используя последние достижения физико-химии дисперсных сред;

- установлено, что применение модифицированных илисто-глинистых отходов позволяет повысить эффективность использования композиционных материалов для создания противофильтрационных экранов и изготовление строительных кирпичей;

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена большим объемом лабораторных и экспериментальных исследований и их удовлетворительной сходимостью при доверительной надежности не менее 90 %. Полученные при этом величины определяющих показателей апробированы в промышленных условиях (на трех объектах россыпной золотодобычи Забайкалья).

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- произведена систематизация вещественного состава илисто-глинистых хвостов класса крупности -100 мкм, позволяющая научно-обоснованно подойти к созданию композиционных материалов для дальнейшего их использования;

- предложена и обоснована технология получения композиционных материалов на основе илисто-глинистых хвостов и анионогенных полиэлектролитов, позволяющая расширить область применения отходов промывки золотосодержащих песков в народном хозяйстве;

- обоснованы параметры и разработаны рекомендации по формированию минимальной высоты слоя композиционных материалов для снижения водопроницаемости хвостохранилищ на объектах россыпной золотодобычи;

- разработаны, испытаны и внедрены физико-химические методы агрегирования и размещения илисто-глинистых хвостов в водно-шламовых схемах отстойных сооружений транспортно-обогатительных комплексов при разработке месторождений "Джармагатай", "Горохон" (ассоциация "Забайкалзолото") и "Спорный" (А/0 "Забайкалзолото"). Суммарный эколого-экономический эффект за счет предотвращения загрязнения водотоков, прилегающих к горным работам, составил 72 млн.479 тыс.руб.(в ценах 1995 года).

Личный вклад автора.

- выполнен анализ вещественного состава вмещающих глин россыпных золотосодержащих месторождений Забайкалья;

- усовершенствована методика оценки прочности сформированного осадка из илисто-глинистых частиц при реагентной обработке гидросмеси;

- проведены экспериментальные исследования в лабораторных и промышленных условиях и произведена математическая обработка данных, позволяющая установить зависимости прочности агрегированного осадка от минерального состава илисто-глинистых хвостов, типа и расхода водорастворимого полимера и обоснованы эфективные режимы получения композиционных материалов;

- экспериментально установлена высота слоя композиционных материалов. наносимых на экранируемую поверхность, для исключения фильтрационных потерь технологической воды;

- проведены испытания образцов сформированного осадка илисто-глинистых частиц, отобранных с месторождений Забайкалья, по ряду физико-механических свойств на пригодность их использования в качестве сырья для получения строительного кирпича;

- обоснована физико-химическая технология режимов дозирования анионогенных полиэлектролитов для получения композиционных материалов на основе илисто-глинистых хвостов;

- проведены опытно-промышленные и промышленные испытания разработанной технологии на трех объектах россыпной золотодобычи Забайкалья и дана эколого-экономическая оценка снижения ущерба от загрязнения природных водотоков.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на ежегодных внутривузовских научно-технических конференциях ЧитГТУ в период с 1994-1998 гг.; на международной-конференции "Экологически чистые технологические процессы в решении проблем охраны окружающей среды". Иркутск, 1996 г.; на научно-технической конференции Приволжского Дома знаний "Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических, медицинских отходов и осадков сточных вод", Пенза, 1997 г.; на симпозиуме "Неделя горняка - 1997", на семинаре "Интенсификация и оптимизация технологических процессов обогащения", Москва, 1997 г.

Публикации. Основные положения диссертационной работы представлены в двенадцати работах, из них: восемь научных статей, четыре тезиса докладов на научно-практических конференциях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 98 наименований и 4-х приложений. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, включая 29 таблиц и 25 рисунков.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность проф.. д. г.-м.н. Наркелюну Л. Ф.. доц.. к. т.н. Лаврову А. Ю., доц., к.т.н. Сафроновой И.И., аспирантам Сапожникову С.Ю., Смоличу К. С. за поддержку и всестороннюю помощь.

Также выражаю особую благодарность всем сотрудникам кафедры за помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертационной работы дана оценка россыпной золотодобычи на основе отходов, накапливаемых при разработке глинистых месторождений. Содержание илисто-глинистых частиц в общем объеме взвесенесущих массопотоков эфельных хвостов (рисунок 1) зависит от содержания в них глины и эффективности промывки песков, а также от принятых способов разработки месторождений. По данным практики, частный выход илисто-глинистых хвостов при дражном и гидромеханизированном способах разработки глинистых месторождений Забайкалья в ряде случаев достигает до.50 % от общего объема отходов. Причем наибольшее количество тонкодисперсных глинистых частиц накапливается во взвесенесущих массопотоках непродуктивной эфель-ной фракции.

Методы реагентного воздействия на разбавленные глинистые суспензии в водно-шламовых циклах горнообогатительных предприятий широко освещены в печати. Разработке теории и практики физико-химического воздействия на тонкодисперсные рудные и нерудные минеральные частицы посвящены работы проф. Неберы В. П., Борца М. А.. Байчен-ко A.A., Матвеева A.A., Мязина В.П., Карасева К.И., Ковалева A.A., Секисова Г.В., Тимофеевой С.С., Тальгамера Б.Л., Потаповой Т:С. и др. Химические процессы реагентной обработки гидросмесей и методы интенсификации процессов осаждения взвешенных частиц в технологической воде в последнее время нашли свое отражение в сформированном научном направлении по физико-химической минералоподготовке сложного труднообогатимого сырья россыпных месторождений.

Проблеме использования модифицированных осадков в народном хозяйстве, в том числе и глинистых, посвящено множество работ. Однако системному изучению отходов промывки золотосодержащих песков

Рисунок 1 - Принципиальная схема образования отходов и распределения массопотоков при промывке золотосодержащих песков (дражный и гидромеханизированный способы)

должного внимания до сих пор не уделялось. Причем механизм взаимодействия полиэлектролитов с илисто-глинистыми Фракциями суспензий и взвесенесущих потоков с позиции физико-химии дисперсных систем и технологической минералоподготовки осадков слабо изучен.

Наибольший вклад в развитие представлений и механизме флоку-ляции дисперсных систем полиэлектролитами внесли выдающиеся отечественные и зарубежные ученые, такие, как Ла Мер, Кэмп, П.А.Ре-биндер, В.П.Небера, Б.В.Дерягин, C.B.Кузькин, Д.И.Вейцер, С.В.Каминский, Е.Д. Бабенков, Фролов ¡0. Г. и др. При изучении механизма управления дисперсными системами с помощью полиэлектролитов наибольшее внимание уделяется разработке эффективных режимов агрегирования минеральных частиц и оптимизации режимов их дозирования. Однако с позиции физико-химического модифицирования свойств осадка в таких высококонцентрированных массопотоках, как илисто-глинистые хвосты, процессы флокуляции изучены крайне слабо. Требуется дальнейшая проработка по выбору типа и оптимизации режимов дозирования полиэлектролитов с учетом особенностей минерального состава гли-

- и -

нистых частиц и содержания твердого в гидросмеси. При этом установлению численных значений силы сцепления между сформированными агрегатами и оценке физико-механических характеристик выделенного осадка должно уделяться особое внимание.

С использованием системного анализа глинистых месторождений, установлен высокий выход илисто-глинистых хвостов при промывке золотосодержащих песков. При этом с точки зрения защиты природных водотоков от загрязнения 'настоятельно возникает потребность концентрации мелкодисперсных частиц в отстойных сооружениях для последующего использования их как в технологических процессах золотодобычи, так и в стройиндустрии.

Во второй главе дана краткая характеристика вещественного-состава илисто-глинистых фракций хвостов сложных россыпных месторождений Забайкалья. Путем оценки гранулометрического состава хвостов глинистых золотосодержащих россыпей на территории Читинской области (таблица 1) установлено, что выход илисто-глинистых фракций при промывке песков сильно колеблется и зависит прежде всего от исходного содержания вмещающей глины, а также от эффективности используемых средств промывки.

Таблица 1 - Гранулометрический состав хвостов промывки золотосодержащих песков

Размер Ьтакций мкм

Месторождение +200 -200 -100 -50 -20 -10 -2.5 -1.0 -0.1

+ 100 +50 +20 +10 +2. Ь + 1.0 +0. 1

Выход, %

Мельничная 15.2 9.0 4.8 11.0 7.0 11.0 11.0 4.0 27.0

Б. Сыпчугур 19.2 8.7 7.2 7.0 5.8 8.7 7.2 7.2 20.0

Далаиха 18.2 8.6 6.8 5.2 6.2 8.6 17.5 10.5 18.4

Апрелково 12.3 9.4 3.3 8.8 11.0 17.3 12.9 3.0 22.0

Горохон 19.7 6. Ь 5.9 6.8 10.0 8.8 7.5 18.3 16.5

Спорный 15.6 9.2 4.0 5.0 6.7 12.5 8.1 9.5 29.4

Джармагатай 13.5 9.3 6. 1 7.9 11.3 10.4 13.2 5.6 22.7

Частный выход илисто-глинистых фракций крупностью -100 мкм достигает 30 %. Причем в составе твердой фазы илисто-глинистых частиц присутствуют смеси как нерудных (в большинстве глинистых), так и рудных минералов. Глинистые взвеси на 60-70 % состоят из алевролита и 30-40 % из пелита. Главные минералы отходов промывки песков представлены глинистыми минералами и кварцем. В числе преобладающих глинистых минералов доминирует гидрослюда, затем по значимости следует каолинит и монтмориллонит. Основные группы

представлены гидрослюдисто-каолинитовыми. гидрослюдисто-монморил-лонитовыми разностями с примесью каолинита. Характерно, что вышеуказанные минералы не встречаются в чистом виде, а образуют сложные полиминеральные комплексы.

Специальным анализом твердой фазы глинистых частиц в потоке по классам крупности (таблица 2) установлено, что частный выход тонкодисперсных фракций крупностью -5 мкм колеблется в пределах от 24 до 68 %.

Таблица 2 - Дисперсный анализ илисто-глинистых отходов

Месторождение

+40

Класс крупности, мкм

1-40+20 1 -20 +10 110 +5 I

Выход, %

Горохон

Спорный

Джармагатай

Далаиха

Мельничная

Б. Сыпчугур

2 6 10 14 68

2 18 10 20 50

12 13 25 20 30

5 12 18 41 24

8 9 15 33 35

5 14 9 25 47

Плотность взвешенных частиц колеблется в пределах от 2300 до 3500 кг/м3, а численное значение их электрокинетического потенциала изменяется от -20 мВ до -50 мВ, что предопределяет особенность физико-химии полидисперсных систем илисто-глинистых хвостов промывки золотосодержащих россыпей.

В третьей главе приведены методики и результаты исследований физико-химических методов модифицирования илисто-глинистых хвостов полиакриламидными полиэлектролитами. Раскрыта сущность физико-химического модифицирования илисто-глинистых хвостов, которая заключается в направленной обработке полиэлектролитами, равномерно распределенных в объеме взвесенесущего массопотока эфельной фракции, с целцр укрупнения ("сшивки") мелких частиц -100 мкм в агрегаты и перевода их в осадок. При этом операции контактирования и уплотнения осадка являются необходимым условием для обеспечения конечного эффекта физико-химического модифицирования глинистых фракций хвостов.

В качестве реагентов-модификаторов илисто-глинистых хвостов были выбраны два характерных типа полиэлектролитов полиакриламид-ного типа: ВР1-4937, магнафлок Е-10 - анионогенные; магнафлок 592 и магнафлок 1597 - катионогенные. Прочность сфлокулированного осадка илисто-глинистых хвостов оценивалась на основе кинетики уп-

лотнения осадка и разрушения его в капиллярной трубке с определением численных значений силы сцепления сформированных агрегатов.

В результате математической обработки экспериментальных данных установлена параболическая зависимость скорости уплотнения (Уупл.) и разрушения (Ураз.) осадка от расхода реагента Р. Характерно, что эффективные режимы модифицирования совпадают - расход полиэлектролита в гидросмеси коррелирует с максимальной скоростью уплотнения осадка и минимальной скоростью его разрушения. Найденные численные значения коэффициентов при флокуляции глинистых частиц на пробах преобладающих минеральных разностей (каолинит, гидрослюда. монтмориллонит) сведены в таблицу 3.

Таблица 3 - Численные значения коэффициентов а, Ь, с полинома второй степени

Полиэлектролит Преобл.ми нерал в глинистой разности Значения коэффициентов

Ура8.-Г(Р)

а Ь с а Ь С

0Р1-4937 Магнафлок Е-10 анионогенные полиэлектяолиты -1.9832 -2.0896 0.2375 0.2553

каолинит 2.7685 3.1421 1.5050 1.0601 -0.1535 -0.0973 14.5557 13.4042

ОРГ-4937 Магнафлок Е-10 Гидрослюда 2.5142 2. 6587 1.9634 1.7892 -0.1368 -0.1185 13. 7600 10.6957 -2.4478 -1.6460 0. 2678 0.1803

БР1-4937 Магнафлок Е-10 Монтмориллонит 2.7685 3.1421 1.5050 1.0601 -0.1535 -0.0973 10. 3428 10.0814 -1.8428 -2.6389 0. 2ООО 0.2875

Магнафлок 592 Магнафлок 1597 кач гионогенные полиэлектоолиты -1.5364 -1.5942 0.1678 0.2000

Каолинит 3.0471 2.4414 0.9139 1.0596 -0.0910 -0.0910 11.6085 13. 3742

Магнафлок 592 Магнафлок 1597 Гидрослюда 2.0192 2.5314 1.5519 1.2200 -0.1562 -0.1214 11.2085 11.7542 -2.2042 -1.6128 0. ¿351 0.1785

Магнафлок 5920 Магнафлок 1597 Монтмориллонит 3.0471 2.4414 0.9139 1. 0596 -0.0910 -0.0910 10.3600 8. 3857 -2.7835 -0.8821 0.3035 0.0964

По уплотнению сформированных агрегатов в осадке при внесении реагентов лучшие показатели имеют анионогенные полиэлектролиты. По относительной эффективности агрегирования глинистых частиц их можно, в первом приближении, расположить в следующий ряд: БР1-4937 > магнафлок Е-10 > .магнафлок 1597 > магнафлок 592. Эффективность использования полиэлектролитов существенно зависит от концентрации

твердого в технологической воде. По экспериментальным данным, содержание твердого в технологической воде должно находиться в пределах от 10 до 30 кг/м3. Повышение эффективности уплотнения рыхлы> хлопьев в разбавленных суспензиях, по-видимому, объясняется тем, что макромолекула полиэлектролита более полно разворачивается е системе "твердое-полимер-вода" и тогда в большей степени проявляется вероятность возникновения мостичных связей между ними. Фотометрическими наблюдениями зафиксировано формирование более крупных рыхлых хлопьев за счет частичного захвата воды. Характерно, что чем выше крупность хлопьев, тем выше их седиментационная скорость. Слипание агрегатов при меньшем слое адсорбционного слоя межагрегатной воды возрастает, а следовательно, можно предположить о повышении прочности структуры осадка из сфлокулированных илисто-глинистых частиц.

Для выявления оптимальных режимов физико-химического модифицирования осадка с учетом минеральной разности глинистых частиц и реагентного режима представилось необходимым дополнительно исследовать многофакторное изменение значений силы сцепления илисто-глинистых агрегатов. Для этого сила сцепления (Гсц) была рассмотрена как функция от расхода полиэлектролита (Р) и преобладающей минеральной разности. В качестве численного параметра для характеристики глинистые минеральные разности, которые, как известно, представляют собой смесь глинистых минералов, был введен параметр - эффективное межплоскостное расстояние 1эф. Это расстояние в случае однородного состава минеральной разности глины было бы равно действительному межплоскостному расстоянию 1, которое известно для всех типов глин.

Для того чтобы найти Гсц как функцию от Р и 1эф, сначала были выведены факторные зависимости Рсц = {"(Р) и Гсц = Шэф). Затем методом сложения этих зависимостей по сечениям были выведены функции Гсц = (Р, 1эф) для каждого исследованного полиэлектролита, которые имеют вид

Гсц = а+Ь*1эф+с*1эф2+(1*Р+е*Р*1эф+/*1э41г*Р+^Рг^*1эф*Рг+П*.1э4,2*Р2+ М*Р3+ЬРМэфП*1эфг*Р3+т*Р4+гг*Р4*1эф+о*РЫэфг

Практическая значимость полученных зависимостей заключается в том, что, зрая минеральный состав илисто-глинистых отходов, представляется возможным прогнозировать диапазон оптимальных дозировок полиэлектролитов, для того чтобы получить осадок с максимальной

силой сцепления хлопьев.

Изображение корреляционной зависимости между исследуемыми признаками с помощью пространственной диаграммы позволило получить поверхность распределения при использовании полиэлектролитов ани-онногенного и катионогенного типов (рисунок 2).

Рисунок 2 - Зависимость силы сцепления сфлокулированных агрегатов от расхода анионогенных (а) и катионогенных (б) полимеров с учетом минеральной разности глин

Анализ поверхности распределения показал, что для каждой глинистой разности имеется определенный диапазон расхода полиэлектролита, когда четко наблюдается возрастание силы сцепления, а затем, наоборот, ее значение идет на спад. С увеличением эффективного межплоскостного расстояния сила сцепления сфлокулированных хлопьев в осадке возрастает. Этими исследованиями подтверждены выводы других авторов о том. что вероятность адсорбции макромолекул полимера зависит от сдельной поверхности глинистых частиц и в значительной

степени зависит от межплоскостного расстояния ионных пакетов.

Экспериментальной оценкой прочности осадка, с учетом различия основных глинистых минералов вмещающих глин, установлено, что ре-комендуемы% расход водорастворимых полимеров составляет от 0.003 до 0.005 кг/м3. Ери этом эффективность анионогенных полимеров выше, чем катионогенных. Наибольший эффект прочности образуемых агрегатов выявлен у монтмориллонита, наименьший - у каолинита.

В четвертой главе дано обоснование технологических режимов создания композиционных материалов путем модифицирования илисто-глинистых отходов. Выделены основные операции при обращении с илисто-глинистыми отходами. К ним отнесены: транспортирование мас-сопотоков эфельных хвостов, реагентная обработка гидросмеси, выделение твердой и жидкой фазы, складирование твердой фазы, удаление осветленной воды.

Выбор направления эффективного использования композиционных материалов на основе составов "илисто-глинистая фракция-полимер-вода" в технологических операциях базировался на данных практики с комплексной оценкой их физико-механических свойств. Первое направление использования композиционных материалов - создание противофильтрационных экранов. При этом в качестве оценочного критерия использовали коэффициент относительной водопроницаемости образцов Когн в., приготовленных на основе композиционных материалов: Когн в = (864 х Q)/(S х t х I), где й - объем профильтровавшейся жидкости, м3; I - гидравлический градиент; S - поперечное сечение фильтрационной трубки, м2; t - время, с.

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что на коэффициент относительной водопроницаемости композиционных материалов влияет как тип. так и расход применяемого полиэлектролита. Наиболее предпочтительным для создания композиционного материала из илисто-глинистых отходов промывки песков является применение полиэлектролитов анионогенного типа. С нанесением экрана на основе модифицированных илисто-глинистых хвостов фильтрационные свойства горных пород резко снижаются. Выбор толщины слоя композиционных материалов из илисто-глинистых хвостов зависит от минеральной разности вмещающих глин. Толщина слоя композиционного материала, при котором водопроницаемость становится равной нулю, для различных типов глинистых модифицированных фракций варьирует в пределах от 0.1 до 0.2 м. Технологические показатели противофильтрационного

экранирования выше при использовании глин монтмориллонитового типа.

На основании разработанных технологических режимов создания противофильтрационного экрана из илисто-глинистого осадка и проведенных лабораторных и опытно-промышленных испытаний разработаны методические основы построения технологических схем по экранированию элементов гидротехнических сооружений модифицированным осадком илисто-глинистых хвостов золотосодержащих россыпных месторождений. Построение технологических схем противофильтрационного экранирования технологических площадок базируется на последовательности реализации процессов при обращении с отходами промывки песков: транспортирование взвешенных массопотоков, полиэлектролитное модифицирование, выделение осадка, удаление жидкой фазы, уплотнение, нанесение на экранируемую поверхность.

Второй областью практического применения композиционного материала из отходов промывки песков является стройиндустрия. С этой целью готовились образцы красного кирпича на основе состава из модифицированных илисто-глинистых хвостов промывки песков и глины Читинского карьера. Исследования проводились по известной методике ВНИИСТРОМа. Сводные данные результатов испытаний представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты физико-механических испытаний лабораторных образцов красного кирпича

Температура обжига, 0 С Состав массы, процент (объемный) Формовочная влажность, % Общая усадка Предел прочности при сжатии, МПа Водопог- лощение, % М Р 3, циклов

Глина Отходы

100 0 22-24 8.6 170.5 14.0

80 20 22-24 8.1 180.8 14.2

950 25 .

50 50 20-22 7.3 200.6 13.7

0 100 19-21 6.2 239.1 13.6

Проведенными физико-механическими испытаниями композиционных материалов на основе модифицированных илисто-глинистых хвостов подтверждено направление использования этих составов при производстве красного кирпича. При этом физико-механические характеристики значительно улучшаются по сравнению с используемой в произ-

водстве кирпича естественной карьерной глиной. С повышением содержания композиционного материала в испытанных образцах увеличивалась прочность и снижалась усадка.

Выполненная физико-механическая оценка композиционного материала из модифицированных илисто-глинистых хвостов позволила подтвердить правильность выбранного направления для их эффективного использования при сооружении противофильтрационных экранов технологических площадок, а также для повышения качества изделий при производстве красного кирпича.

В пятой главе приведены результаты промышленных испытаний и дана эколого-экономическая оценка эффективности использования композиционных материалов илисто-глинистых хвостов объектов золотодобычи Забайкалья.

Промышленные испытания прогивофильтрационного экранирования проведены на трех технологических площадках: месторождение "Джар-магатай" (А/с "Горняк") - экранирование ложа и дамб обвалования отстойника в системе водоочистки от взвешенных веществ и создание противофильтрационного экрана для ликвидации утечек нефтепродуктов на площадках хранения емкостей, используемых для заправки горной техники; месторождение "Горохон" (А/с "Горняк") - экранирование ложа и дамб обвалования последнего отстойника в системе водоочистных сооружений и экранирование технологической площадки, позволяющих исключить попадание нефтепродуктов в р.Оленгуй; месторождение "Спорный" (А/с "Саяны") - экранирование последнего отстойного сооружения для снижения фильтрационных сбросов в р. Б. Сыпчугур. Эффективность противофильтрационного экранирования технологических площадок при двух способах нанесения модифицированного осадка оценивалась на основании вышеуказанных критериев.

Первый способ заключался в гравитационном осаждении сформированных агрегатов из илисто-глинистых хвостов на экранируемую поверхность и последующем естественном уплотнении рыхлых хлопьев.

Второй способ экранирования технологических площадок осуществлялся следующим образом. Выделенный в отстойном сооружении осадок из илисто-глинистых хвостов после предварительного удаления осветленной воды подвергался естественному уплотнению и проморозке. Затем по мере оттаивания и подсушки производили послойную срезку и укладку осадка бульдозерной техникой (рисунок 3). Толщина слоя композиционного материала, уложенного на борта дамб и оставленного

на ложе отстойного сооружения, была принята в соответствии с ранее установленными режимами не менее 0.2 м.

осадка на экранируемую поверхность

Эффективность противофильтрационного экранирования технологически х площадок оценивали путем взятия проб и измерения содержания взвешенных веществ и нефтепродуктов. Данные испытаний приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Сводные данные по внедрению разработанной технологии на объектах испытания

Месторождение Спорный Горохон Джармагатай

Объем отстойного сооружения. м3 1850 1620 1210

Котн в горных пород, слагаюищх гидротехнические сооружения, м/сут 16-20 15-18 18-24

Фильтрационный расход воды за сезон до экранирования. м3 920-930 870-880 945-955

Расход водорастворимого полимера. кг*10"3/м3 5 4 4-5

Содержание загрязняющих веществ в фильтруемой воде, мг/л 1. взвешенные в-ва 2. нефтепродукты 4000-7000 1.97-1.98 6000-8000 1.04-1.05 5000-7000 1.46-1.47

Котн в после нанесения слбя композиционного материала, м/сут (1. 4-2) * 10— (2.1-2. 9)*10— (9. 3-10) *10—

Фильтрационный расход воды за сезон после экранирования 24.3-24.8 20.1-20.6 13.4-13.7

Содержание загрязняющих веществ в фильтруемой воде, мг/л 1. взвешенные в-ва 2. нефтепродукты 2000-3000 0.081-0.09 2500-4200 0.069-0.075 1800-2600 0.09-0.095

Полученные положительные результаты послужили основанием для внедрения разработанной технологии на объектах россыпной золотодобычи (акты промышленных испытаний от 20 августа 1995 г.. 17 августа 1995 Г., 28 июля 1994 г.).

Эколого-экономической оценкой, произведенной с учетом приведенных затрат и составляющей ущерба от загрязнения природных водотоков взвешенными веществами и нефтепродуктами, установлено, что общий годовой эффект по трем месторождениям составил 72 млн.479 тыс.руб. (в ценах 1995 г.). Для расчета использованы известные методики расчета ущерба при сбросе загрязняющих веществ.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Осуществлено теоретическое обобщение и решена народно-хозяйственная задача из области физических процессов горного производства по получению композиционных материалов на основе научно-обоснованного выбора составов из илисто-глинистых хвостов промывки золотосодержащих песков и водорастворимых полимеров при разработке глинистых россыпей Забайкалья.

2. Комплексной оценкой вмещающих глин с золотосодержащих россыпей Забайкалья выявлено содержание трех характерных полиминеральных разностей: гидрослюдисто-каолинитовая, гидрослюдисто-монт-мориллонитовая. каолинито-гидрослюдистая. В числе преобладающих глинистых минералов, определяющих особенность физико-химии дисперсной фазы эфельных хвостов в системе "крупность частиц-тип глинистого минерала", доминирует гидрослюда, где содержание тонкодисперсных фракций < 5*10~б м достигает до 70 %.

3. Усовершенствована методика оценки физико-химических свойств модифицированного илисто-глинистого осадка хвостов, включающая оценку как по кинетике уплотнения, так и по скорости разрушения осадка с определением численного значения сил сцепления агрегатов из минеральных частиц крупностью < 100 мкм.

4. Математической обработкой экспериментальных данных выявлена параболическая зависимость кинетики уплотнения и разрушения осадка от расхода водорастворимых полимеров в гидросмеси и режимов их дозирования. Оптимальный расход водорастворимых полимеров анио-ногенного типа колеблется в пределах (3-5)*10~3кг/м3 гидросмеси. При этом достигается наибольшая прочность осадка из сформированных агрегатов илисто-глинистых частиц.

5. Сила сцепления сформированных рыхлых агрегатов из илисто-глинистых частиц зависит не только от расхода полиэлектролита и его типа, но и от минеральной разности вмещающих глин.

6. Оценкой физико-механических свойств модифицированных илисто-глинистых хвостов установлена возможность их использования как композиционного материала для противофильтрационного экранирования технологических площадок и гидротехнических сооружений при высоте слоя толщиной 0.02 м. Подтверждена эффективность использования модифицированного илисто-глинистого осадка в составе композиционных материалов для изготовления кирпичей.

7. Разработаны методические основы при обращении с отходами промывки песков на основе технологических приемов выделения илисто-глинистого осадка из взвесенесущего массопотока хвостов, удаления жидкой фазы, уплотнения композиционного материала и нанесения его на экранирующую поверхность. Разработанная технология физико-химического модифицирования хвостов прошла опытно-промышленную и промышленную апробацию на глинистых месторождениях Забайкалья. Эколого-экономический эффект за счет снижения загрязнения прилегающих водотоков от взвешенных веществ и нефтепродуктов на месторождениях "Джармагатай", "Горохон", "Спорный" (А/с "Горняк". А/с "Саяны") составил в ценах 1995 г. 72 млн.479 тыс.руб.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. МязинВ.П.. Литвинцева 0.В.. Закиева Н.И.. Попова Г.Ю.. Сафронова И. И. Создание технических средств реализации физико-химических методов воздействия на гидросмеси с целью повышения технологических показателей обогащения и перехода на экологически безопасные технологии переработки минерального сырья. Вестник ЧитПИ. юбилейный выпуск. - М.: МГГУ, 1995.

2. МязинВ. П.. Литвинцева 0. В., Попова Г. Ю., Сафронова И. И. Экологически безопасные методы повышения эффективности кондиционирования сточных и оборотных вод передвижных обогатительных фабрик. Горный информационно-аналитический бюллетень. В. 3 - М.: МГГУ. 1995.

3. Мязин В.П., Литвинцева О.В.. Попова Г.Ю., Сапожников С.Ю., Авдеев П.Б. Замкнутое водоснабжение транспортно-обогатительных комплексов. Материалы конференции "Хозяйственно-питьевые и сточные

воды. Проблемы очистки и использования". 27-28 ноября 1996 г. Пенза, 1996.

4. Попова Г.Ю. Повышение эффективности технологии экранирования гидротехнических сооружений при оборотном водоснабжении промп-риборов. Тез.докл.международной конференции "Экологически чистые технологические процессы в решении проблем охраны окружающей среды". Иркутск. 1996.

5. Мязин В.П., Литвинцева О.В., Попова Г.Ю.. Сапожников С.Ю. Природоохранный комплекс по защите водотоков от загрязнения сточными водами промприборов и драг. Горный журнал № 9-10. - М., 1996.

6. Попбва Г.Ю. Использование хвостов промывки металлоносных песков при строительстве гидротехнических сооружений. Вестник ЧитГТУ: Вып.5. - Чита: ЧитГТУ, 1997.

7. Мязин В.П., Попова Г.Ю., Татауров С.Б. Использование реа-гентов-кольматантов для снижения фильтрационных потерь воды в системах оборотного водоснабжения промывочных установок. Обогащение руд: Сборник научных трудов. - Иркутск: ИрГТУ, 1997.

8 . Мязин В.П., Попова Г.Ю.. Авдеев П. Б., Мязина В.И. Эффективное направление использования отходов промывки металлоносных песков в качестве композиционных материалов. Международная научно-практическая конференция "Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов, осадков сточных вод". 15-17 апреля 1997. - Пенза. 1997.

9 . Попова Г. Ю., Самоходкина Т.В. Использование илисто-глинистых отходов промывки металлоносных песков для решения проблемы Фильтрации сточных вод. Первая научная конференция по геолого-технологической изученности и повышению эффективности обогащения минерального сырья (материалы конференции). Чита: ЧитГТУ, 1997.

10. Мязин В.П.. Попова Г.Ю., Мязин A.B. Физико-химическая оценка полиэлектролитного модифицирования илисто-глинистого осадка промывки песков при сооружении противофильтрационных экранов / Вестник Читинской организации научно-технического общества строителей. Сб. научных статей. - Чита: ЧитГТУ, 1998.

11. Попова Г.Ю., Лавров А.Ю. Противофильтрационное экранирование водоудерживающих дамб с использованием композиционных материалов. Первая научно-техническая конференция, посвященная открытию Горного института (материалы конференции), часть 1. Чита: ЧитГТУ, 1998.

читинский государственный технический университет

«Л,"

V

Г?

На правах рукописи

и

Попова Галина Юрьевна

ИЗЫСКАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ илисто-гжнистых ОТХОДОВ ПРОМЫВКИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ ПЕСКОВ (на примере Забайкалья)

Специальность 05.15.11 - "Физические процессы горного

производства"

Научный руководитель - ¿.т.н., проф., чл.-корр. АЕН РФ

Мязин В.П.

Диссертация, представленная на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЧИТА 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................5

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗОЛОТОДОБЫЧИ В ЗАБАЙКАЛЬЕ С УЧЕТОМ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ПРОМЫВКИ ПЕСКОВ..........................14

1.1. Анализ развития минерально-сырьевой базы золотодобычи и комплексная оценка образуемых отходов.............................................14

1.2. Физико-химическое обоснование методов модифицирования свойств илисто-глинистых хвостов........28

1.3. Цели и задачи исследования..........................36

Глава 2. ОЦЕНКА ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА ИЛИСТО-ГЛИНИСТЫХ

ФРАКЦИЙ ТРУДНООБОГАТИМЫХ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ

РОССЫПЕЙ ЗАБАЙКАЛЬЯ..................................38

2.1. Методика проведения исследований....................38

2. 2. Вещественный состав глинистого цемента связных песков россыпных месторождений..................

2.3. Выводы по главе 2...................................50

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ИЛИСТО-ГЛИНИСТЫХ ХВОСТОВ ПОЛИАК-РИЛАМИДНЫМИ ФЛОКУЛЯНТАМИ.............................51

3.1. Выбор критериев флокуляции минеральных частиц гидросмесей для разработки режимов дозирования водорастворимых полимеров...................51

3.2. Методика проведения опытов..........................55

3.3. Экспериментальная оценка физико-химического модифицирования илисто-глинистого осадка и

анализ полученных данных............................61

3.4. Выводы по главе 3...................................84

Глава 4. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ СОЗДАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ИЛИСТО-ГЛИНИСТЫХ ОТХОДОВ.....................86

4.1. Исследование композиционных материалов из илистоглинистых отходов промывки песков в качестве экранирующей поверхности гидротехнических сооружений.................................86

4.1.1. Методика проведения исследований..................86

4.1.2. Анализ полученных данных..........................88

4.1.3. Методические основы построения технологических линий по нанесению модифицированного осадка илисто-глинистых хвостов на экранируемую поверхность гидротехнических сооружений........................................96

4.2. Использование модифицированных илисто-глинистых отходов для получения стройматериалов........102

4.2.1. Методика испытаний................................102

4.2.2. Физика-механические характеристики сырья и результаты испытаний образцов красного

кирпича...........................................103

4.3. Выводы по главе 4...................................105

Глава 5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕС-

КАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ИЛИСТО-ГЛИНИСТЫХ ХВОСТОВ ОБЪЕКТОВ ЗОЛОТОДОБЫЧИ ЗАБАЙКАЛЬЯ.............107

5.1. Краткие сведения об объектах испытания..............107

5.2. Методика проведения испытаний при обращении

с отходами промывки золотосодержащих песков.........116

5.2. Анализ полученных данных............................122

5.3. Расчет предотвращенного ущерба от загрязнения водотоков, прилегающих к горным работам.........128

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ...................................132

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............................................134

ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................146

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы: В последнее время в Восточной Сибири наиболее четко прослеживается тенденция вовлечения в разработку глинистых россыпных месторождений. Удельный вес их в общем объеме в ряде случаев достигает 70 %. Существующие способы разработки глинистых месторождений (подземный, дражный, гидромеханизированный, скреперно-бульдозерный, экскаваторный) предусматривают обязательное использование процесса промывки песков водой. При этом из общего объема промывки песков в продуктивную фракцию (концентрат) выделяется до 1 %, остальное в виде хвостов выбрасывается в окружающую среду, дополнительно образуя техногенные отвалы из галечных и эфельных пород. При обращении с образуемыми отходами промывки песков основными технологическими операциями являются: удаление галечной фракции, транспортирование массопотока эфельных хвостов с выделением твердой и жидкой фазы в рабочих котлованах и очистных сооружениях, складирование и размещение осадка илисто-глинистых частиц, водоотведение. Характерно, что выход илисто-глинистых частиц (-100 мкм) в общем объеме образуемых хвостов достигает 20 % и более и в основном определяется исходным содержанием глины в россыпи и эффективностью промывки песков. Наличие взвешенных тонкодисперсных частиц в транспортирующем потоке гидросмеси и сделанный прорыв на основе последних достижений физико-химии дисперсных сред обуславливают применение реагентных добавок для интенсификации скорости их осаждения и повышения качества сточных и оборотных вод.

Модифицированный илисто-глинистый осадок за счет агрегирования илисто-глинистых частиц в ассоциаты и их дальнейшего сцепления

между собой представляет собой продукт с новыми свойствами, расширяющими область его применения в качестве композиционного материала для противофильтрационного экранирования площадок гидротехнических сооружений, а также и в других областях народного хозяйства, например стройиндустрии. Однако до сих пор должного внимания этому вопросу не уделялось и направленных исследований по комплексному использованию илисто-глинистого осадка, выделенного из отходов промывки золотосодержащих песков, не проводилось.

Представленная работа выполнена в соответствии с Комплексной программой ГК ВО РФ "Рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов" (87.35.02), программой "Экологически чистое производство" и госбюджетной тематикой ЧитГТУ "Разработка способов физико-химического модифицирования свойств минерального сырья для создания природоохранной технологии при добыче и переработке россыпей".

Целью работы является повышение эффективности физико-химического модифицирования илисто-глинистых отходов промывки золотосодержащих песков для вовлечения их в хозяйственный оборот в качестве дополнительного источника сырья.

Для решения поставленной цели решены следующие задачи:

- проведена комплексная оценка вещественного состава илисто-глинистой фракции хвостов промывки золотосодержащих песков;

- произведен выбор оптимальных расходов водорастворимых полимеров полиакриламидного типа и разработаны режимы их дозирования;

- дана оценка прочности сформированных агрегатов в системе "глина-полимер-вода", получаемых на основе илисто-глинистых отходов при различном соотношении твердого в воде, типа применяемого полиэлектролита и особенностей минералогического состава глинистой

фракции;

- выбраны оптимальные технологические режимы формирования композиционного материала во взвесенесущем массопотоке эфельных хвостов с учетом особенностей минералогического состава глинистых частиц;

- разработаны рекомендации по созданию технологических линий физико-химического модифицирования илисто-глинистого осадка при обращении с отходами промывки глинистых золотосодержащих песков;

- произведена количественная оценка физико-механических свойств образцов модифицированного илисто-глинистого осадка - коэффициента относительной водопроницаемости и предела прочности при сжатии;

- апробирована технология физико-химического модифицирования илисто-глинистых отходов промывки труднообогатимых золотосодержащих песков на объектах россыпной золотодобычи Забайкалья и дана комплексная эколого-экономическая оценка использования композиционных материалов при сооружении противофильтрационных экранов.

Научная идея работы заключается в управлении свойствами осадка илисто-глинистых отходов промывки золотосодержащих песков на основе регулирования физико-химических взаимодействий в дисперсных средах.

Методы исследования: гранулометрический, микроскопический, дифференциально-термический, рентгеноструктурный, седиментационный и минералогический анализы; фотометрический метод; физико-механическая и физико-химическая оценка свойств сфлокулированного осадка; методы математической статистики и математического моделирования; технико-экономические расчеты с учетом снижения наносимого ущерба природным водотокам.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Выбор типа полиэлектролитов и их расходов в технологии физико-химического модифицирования илисто-глинистых отходов промывки золотосодержащих россыпей осуществляется на основе комплексной оценки прочностных свойств осадка, сформированного из мелких минеральных частиц (-100 мкм) с учетом особенностей минерального состава вмещающих глин и заряда макромолекул водорастворимого полимера, что позволило научно обоснованно подойти к получению композиционного материала при обращении с отходами.

2. Получение заданных свойств композиционного материала на основе физико-химического модифицирования илисто-глинистого осадка достигается путем выбора эффективных режимов обработки полиэлектролитами взвесенесущего массопотока хвостов при регулировании соотношения компонентов в системе "жидкое-твердое-полимер".

3. Создание методических основ построения технологических схем получения композиционного материала из отходов промывки золотосодержащих песков основано на физико-химическом модифицировании вмещающих глинистых фракций и управлении свойствами для повышения комплексности использования сырья и расширения области его использования на объектах золотодобычи. Рациональная физико-химическая технология создания противофильтрацион-ных завес базируется на модифицированных свойствах илисто-глинистого осадка.

Научная новизна работы:

- выявлены три характерные минеральные разности глин (гидрослюдистая, каолинитовая, монтмориллонитовая), обуславливающие различие дисперсных систем на объектах россыпной золотодобычи Забайкалья. Преобладающими минералами илисто-глинистых частиц явля-

ются глина и кварц, присутствие остальных (полевые шпаты, карбонаты, гидроокислы железа) незначительно;

- усовершенствована методика комплексной оценки прочности .сфлокулированного осадка из илисто-глинистых частиц при обработке водорастворимыми полимерами на основе контактного взаимодействия частиц в системе "глина-полимер-вода";

- установлена параболическая зависимость силы сцепления рыхлых агрегатов в осадке илисто-глинистых частиц от расхода водорастворимого полимера с учетом особенностей минерального состава илисто-глинистых фракций россыпных месторождений и заряда макромолекул полиэлектролита;

- экспериментально установлено, что наибольшая прочность сцепления агрегатов из илисто-глинистых частиц в осадке зависит не только от эффективности использования полиэлектролитов полиакрила-мидного типа, имеющих большую молекулярную массу, но и в существенной мере от содержания твердого в технологической воде. Оптимальный расход полиэлектролита при этом должен находиться в диапазоне (3-5)*10~3кг/м3. Эффект физико-химического модифицирования свойств глинистых частиц ограничивается содержанием твердого не более 30-50 кг/м3, что подтверждается исследованиями других авторов;

- выведены уравнения зависимости силы сцепления агрегатов осадка от расхода полиэлектролита и минерального состава глинистых частиц, позволяющие научно-обоснованно подойти к выбору оптимального расхода реагента с учетом преобладающей разности вмещающих глин при получении композиционного материала из илисто-глинистых отходов промывки песков. На поверхности распределения, построенной в трехмерном пространстве, четко фиксируются два пика определяющих

эффектов флокуляциии илисто-глинистых частиц с использованием ани-оногенных полиэлектролитов. При использовании катионогенных полиэлектролитов такая зависимость четко не прослеживатеся;

- выявлена характерная экспоненциальная зависимость коэффициента относительной водопроницаемости от мощности слоя сформированных при оптимальных расходах катионогенных и анионогенных полиэлектролитов, позволяющая установить численное значение определяющего параметра противофильтрационного экрана, закладываемого для практического использования, при котором исключается фильтрация;

- количественной оценкой прочности при сжатии образцов сформированных при флокуляции глинистых частиц, отобранных в хвостох-ранилищах, показана перспектива их дальнейшего использования в стройиндустрии. Прочность при сжатии композиционных материалов после обработки анионогенными полиэлектролитами возрастает на 40%;

- разработаны методические основы построения технологических схем интенсивного выделения осадка взвешенных частиц из отходов промывки глинистых песков и последующего его нанесения на фильтрующую поверхность, основанные на выявленных закономерностях физико-химического взаимодействия в системе "глина-полиэлектролит-вода", используя последние достижения физико-химии дисперсных сред;

- установлено, что применение модифицированных илисто-глинистых отходов позволяет повысить эффективность использования композиционных материалов для создания противофильтрационных экранов и изготовление строительных кирпичей;

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена большим объемом лабораторных и экспериментальных исследований и их удовлетворительной сходимостью при доверительной надежности не менее 90 %. Полученные при этом величины определяющих по-

- и -

казателей апробированы в промышленных условиях (на трех объектах россыпной золотодобычи Забайкалья).

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- произведена систематизация вещественного состава илисто-глинистых хвостов класса крупности -100 мкм, позволяющая научно-обоснованно подойти к созданию композиционных материалов для дальнейшего их использования;

- предложена и обоснована технология получения композиционных материалов на основе илисто-глинистых хвостов и анионогенных полиэлектролитов, позволяющая расширить область применения отходов промывки золотосодержащих песков в народном хозяйстве;

- обоснованы параметры и разработаны рекомендации по формированию минимальной высоты слоя композиционных материалов для снижения водопроницаемости хвостохранилищ на объектах россыпной золотодобычи;

- разработаны, испытаны и внедрены физико-химические методы агрегирования и размещения илисто-глинистых хвостов в водно-шламовых схемах отстойных сооружений транспортно-обогатительных комплексов при разработке месторождений "Джармагатай", "Горохон" (ассоциация "Забайкалзолото") и "Спорный" (А/0 "Забайкалзолото"). Суммарный эколого-экономический эффект за счет предотвращения загрязнения водотоков, прилегающих к горным работам, составил 72 млн.479 тыс.руб.(в ценах 1995 года}.

Личный вклад автора.

- выполнен анализ вещественного состава вмещающих глин россыпных золотосодержащих месторождений Забайкалья;

- усовершенствована методика оценки прочности сформированного осадка из илисто-глинистых частиц при реагентной обработке гидрос-

меси;

- проведены экспериментальные исследования в лабораторных и промышленных условиях и произведена математическая обработка данных, позволяющая установить зависимости прочности агрегированного осадка от минерального состава илисто-глинистых хвостов, типа и расхода водорастворимого полимера и обоснованы эфективные режимы получения композиционных материалов;

- экспериментально установлена высота слоя композиционных материалов, наносимых на экранируемую поверхность, для исключения фильтрационных потерь технологической воды;

- проведены испытания образцов сформированного осадка илисто-глинистых частиц, отобранных с месторождений Забайкалья, по ряду физико-механических свойств на пригодность их использования в качестве сырья для получения строительного кирпича;

- обоснована физико-химическая технология режимов дозирования анионогенных полиэлектролитов для получения композиционных материалов на основе илисто-глинистых хвостов;

- проведены опытно-промышленные и промышленные испытания разработанной технологии на трех объектах россыпной золотодобычи Забайкалья и дана эколого-экономическая оценка снижения ущерба от загрязнения природных водотоков.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на ежегодных внутривузовских научно-технических конференциях ЧитГТУ в период с 1994-1998 гг.; на международной конференции "Экологически чистые технологические процессы в решен