автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Повышение эффективности промывки глинистых песков на основе физико-химической минералоподготовки

РГ6 0Д

' ' """ РОССИЙСКАЯ Амдамй НАУК

ДШНЕВОСТСУШОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ТпСТИТЛ1 ГОРНОГО Л31А

На правах. ргукогшси

ТГГТТгт^ 7М ТТ'Л т>тгт<т/->т-!отТг* *

УЖ 622.58.31; 622.734

ПСВДП2КЙБ Э^^ЕКТКБКОСТК ПРОмЫВЖ ГОиСТНл лЛ ССЫС13Е 131. АС—^... ^' ^С.V.. .1 :,[;нЕРАлсподготоЕК1:

Сг.ацг.алькость C5.I5.II - "¿г.зЕчвск;е процессы горного про:! 32 оде тез"

/¿'ГОР

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Хабаровск К83

Работа выполнена в Читинском политехническш институте

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ГАлзян Б.П.

Социальные оппоненты: доктор технических наук, чл.кор. ЛТП РФ

Рашкин А.В.

кандидат технических наук,

С окол .Г.

Ьедощая организация: Забайкальский научно-

исследовательский австятут

Защита состоится ¿$ шя 1993 года в 10 часов на заседании специализированного Совета К 003.02.01 в Институте горного дала Дальневосточного отдаления РАН по адресу: 680000, г.Хабаровск, ул.Тургенева, 51.

С диссертацией мояно ознакаммться в библиотека ГГ" ДЮ РАН с I до 17 час.30 млн.

Аорслерат разослан п2<?п апрзля 19:13 г. «1С X*

Ученый секретарь с пе цг'.ал:: зн роранн ого С ове та, канцздат то :шичоск::х наук / Г.Л.ГСурсахян

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Перспетивы развития горнодобывающих предприятий связаны с вовлечением в отработку сложных глинистых и высокоглинистых месторождений.

Технология переработки глинистых песков, в первую очередь, осложняется преобладанием в них повышенного содержания труднораз-мываемых глин, цементирующих минеральные зерна ценного компонента и дающих большой выход глинистых шламов. По этой причине потери ценного компонента как из-за низкой эффективности дезинтеграции глинистых пород, так и неудовлетворительного извлечения мелких классов достигают по данным практики более 5и%. Актуальность проблемы приобретает особую значимость в связи с требованиями рационального природопользования в условиях оборотного водоснабжения.

Разработанные методы физико-химической интенсификации процессов минералоподготовки позволяют разрешить сложившиеся противоречия, но широкое их применение сдерживается из-за отсутствия научно-обоснованных рекомендаций по совместному применению нетоксичных реагентов диспергаторов и флокулянтов.

Диссертационная работа посвящена решению научной и народнохозяйственной задачи рационального освоения сложных глинистых и высокоглинистых месторождений с учетом требований экологии горного производства на основе направленного использования эффективных полиэлектролитных комплексов (диспергаторов и флокулянтов) в процессах подготовки песков к обогащению при сохранении природных экосистем.

Работа выполнена в соответствии с координационным планом ВПО "Союзалмаззолото" по разделу КП.2 ОП рабочей программы ЬИР и ОКР и комплексной программы Минвуза РСФСР "Экологическая технология. Человек и окружающая среда" (код 62.4b.94, 04.07.7b).

Цель работы - разработать рациональные технологические схемы минералоподготовки глинистых металлоносных песков на основе научных и экспериментальных данных физико-химической дезинтеграции и агрегирования шламов с использованием нетоксичных составов полиэлектролитов, позволяющие значительно повысить эффективность их обогащения.

Основная идея работы заключается в том, чтобы установленные закономерности взаимодействия полиэлектролит-

ных комплексов (реагентов - диспергаторов и флокулянтов) с глинистыми частицами использовать для интенсификации процесса подготовки высокоглинистых металлоносных песков к обогащению и для разработки рекомендаций по кондиционированию оборотных и сточных вод.

Основные задачи исследований:

- установить влияние физико-химических свойств глинистых частиц на механизм их взаимодействия с нетоксичными натрийсодержащими реа-гентами-диспергаторами;

- обосновать составы полиэлектролитных комплексов, обеспечивающие рациональное сочетание процессов диспергирования и флокулирова-ния;

- обосновать принципы построения рациональных технологических схем физико-химической минералоподготовки, сгущения шламов (перед обогащением продуктивной фракции) и промывки глинистых песков.

Методы исследований включают: анализ и обобщение результатов исследований, математическую обработку экспериментальных данных с помощью тренд-анализа, проведение полупромышленных и промышленных испытаний предлагаемой технологической схемы минералоподготовки.

Ьаучные положения:

- эффективное применение реагентов-диспергаторов при дезинтеграции глинистых и высокоглинистых песков достигается использованием обобщающего физико-химического критерия, на основании которого осуществляется сравнительная оценка эффективности действия реагентов;

- рациональное сочетание процессов диспергирования и флокулирования глинистых частиц обеспечивается на основе нетоксичных соединений натрия и анионактивных водорастворимых полимеров;

- повышение эффективности промывки глинистых и высокоглинистых песков может быть достигнуто путем использования рациональных технологических схем подготовки песков к обогащению на основе сочетания процессов дезинтеграции вмещающих глин и флокуляции взвешенных частиц.

Новизна полученных результатов заключается в следующем:

- установлена закономерность изменения дозирования реагентов от минерального и дисперсного состава глин;

- выявлена возможность сочетания нетоксичных полиэлектролитных

комплексов на основе натриевых соединений и водорастворимых полимеров ;

- вскрыта закономерность изменения дозировок сочетаемых комплексов реагентов от минерального и дисперсного состава глинистого сырья;

- разработан метод физико-химического уцравления процессами диспергирования и флокулирования в технологических схемах подготовки песков к обогащению и их дальнейшей переработке.

Конкретное личное участие автор а :

- разработана методика комплексной оценки направленного изменения физико-химических свойств глинистых металлосодержащих песков на основе взаимосвязи физико-химических критериев I ^- потенциал, удельная поверхность и обменная емкость глины) с параметрами эффективности промывки песков;

- разработан состав полиэлектролитных комплексов и способ его применения в технологии добычи и переработки глинистых песков;

- показана эффективность применения нетоксичных соединений натрия в качестве диспергаторов и возможностью сочетания их с процессом флокулирования с целью построения экологически надежных технологических схем.

Достоверность научных исследо -в а н и й подтверждена удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований, апробацией и внедрением предложенных технологических схем и технических средств физико-химической минералоподготовки на предприятиях Забайкалья и Дальнего Востока, авторскими свидетельствами и рационализаторским предложением, два из которых внедрены в производство.

Практическое значение. Предложенные принципы построения технологических схем промывки металлоносных песков опробованы, решением технического совета рекомендованы к внедрению на россыпных месторождениях Забайкалья, где и используются в течении последних лет. Разработанный обобщающий физико-химический критерий сравнительной эффективности применения реагентов-диспергато-ров использован при постановке лабораторных работ по курсу "Исследование руд на обогатимость" в Читинском политехническом институте.

Реализация работы. Разработанная технологическая схема подготовки песков к обогащению, основанная на физико-химической минералоподготовке с применением нетоксичных соединений натрия с внесением их непосредственно в массив и дезинтегрирующие

аппараты. Следующей операцией является флокуляция диспергированных илисто-глинистых шлаыов и выводом их перед обогащением продуктивной фракции. Предложенная технология опробована и решением технического совета рекомендована к внедрению в Алтагачанском РУ Забайкальского ГОКа.

Внедрено авторское свидетельство "Диспергатор для дезинтеграции глинистых песков" № 1054967 ВОЗВ о/ОО, 07.04.90 Бвл. № 13, получено удостоверение на рационализаторское предложение "Состав для кондиционирования сточных вод в условиях Нижнеамурского ГОКа" от 29.12.6Ь г. * 26.

Фактический экономический эффект составил 34 тыс.рублей (29.12.66г.), эколого-экономическая эффективность составила 100 тыс.рублей (22.II.88r.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы по мере их выполнения докладывались на Внутривузовс-ких ежегодных конференциях (Чита, 19Ь2, 1983, 1986, 1988, 1990, 1991гг.), на конференциях "Молодые ученые Забайкалья" (Чита, 1982, 1987, 1989 гг.), на Всесоюзной конференции по проблемам подготовки сырья к обогащению (г.Фрунзе, 1990г.) - стендовый доклад; участвовала в конкурсе научно-исследовательских работ по линии НТО и отмечена дипломом Всесоюзного Совета научно-технических обществ (Москва, 1988г.). В марте 1993 года докладывала основные положения диссертационной работы на конференции в Механобре (г.Санкт-Петербург). Результаты работы докладывались на научно-технических совещаниях в Алтагачанском РУ Забайкальского ГОКа и ассоциации предприятий Забайкалзолото, рудник Любовь.

Публикации . По результатам выполненных исследований опубликовано 7 статей, получено четыре авторских свидетельства.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Одним из основных вопросов повышения эффективности промывки глинистых песков является снижение потерь ценного компонента за счет интенсификации процессов размыва и дезинтеграции вмещающих глин. Глины металлоносных песков представлены, как правило, полидисперсными и полиминеральными включениями: монтмориллонитом, каолинитом, гидрослюдой и в зависимости от их дисперсного и минерального состава обладают различной промывистостью.

Для оценки эффективности промывки труднообогатимых глинистых песков на практике подучили применение следующие критерии проыы-вистости: пластичность, максимальная влагоемкость, коэффициент дезинтеграции глинистого сырья по выходу в надрешетный и подрешетный продукт обогатительных аппаратов. Иногда для определения эффективности промывки используют косвенные показатели: затраты электроэнергии, расход воды на промывку I тонны исходного сырья. Однако, используя эти критерии, невозможно учесть структурные и кристалло-химические изменения, происходящие в сложном полиминеральном комплексе глин.

Вопросами подготовки вмещающих глин металлоносных песков с целью интенсификации промывки занимается раздел горной науки - минерал оподготовка. Впервые целесообразность введения категории мине-ралоподготовки на горнорудном предприятии была предложена профессором Секисовым Г.В., дальнейшее развитие эта категория получила в работах профессора Мязина В.П. и других авторов.

В последнее время в трудах П.А.Ребиндера, Е.М.Сергеева, Р.И. Злочевской, Ф.Д.Овчаренко, А.Ф.Лебедева и других авторов разработаны физико-химические критерии, являющиеся составной частью категории ыинералоподготовки, учитывающие особенности кристаллохимичес-кого строения глин и обменных процессов, происходящих на границе раздела фаз "жидкое-твердое". В качестве жидкой среды выступает основной дезинтегрирующий агент - вода или водный раствор реагента-диспергатора. Образуемая многокомпонентная система "глина-жидкая среда" должна рассматриваться как многофакторная зависимость. Проделанный анализ научно-технической информации показал, что в работах, выполненных институтами МГРИ, КЩМ, институтом горного дела Севера, Иргиредмет и других, рассматривается взаимосвязь двух факторов (расход реагента ^г: обменная емкость; расход реагента —— выход размытой и неразмытой глины; расход реагента = число пластичности и т.д.). Поэтому при выборе реагентов-диспергаторов в процессе минералоподготовки данные сравнительной оценки их эффективности существенно отличаются, т.к. разными авторами используются разные отдельно взятые критерии, не учитывающие всей сложности системы "глина-вода". Учесть изменения, происходящие внутри такой системы, по отдельному критерию невозможно.

В данной работе предлагается произвести выбор реагентов-диспергаторов с учетом особенностей многокомпонентной системы, путем

учета всей совокупности критериев. Предложено в качестве обобщающего комплексного критерия использовать отдельные следующие взаимоувязанные физико-химические показатели, рассматривающие изменения в системе "глина-вода", на границе раздела фазпотенциал, удельная поверхность частицы и обменная емкость. Особенность реагентного воздействия и эффективность их действия на вмещающие глины металлоносных песков вскрыта с использованием тренд-анализа полученных экспериментальных данньп^. Общий вид уравнения полиномного типа:

оС

-/A.^^V, Ш

L - t

где -1 U - численное значение, изменение i -потенциала, обменная ' 1 1

емкость, изменение удельной поверхности;

- прогнозный параметр (расход реагента); ¿о - свободный член модели; Dl [l-i . коэффициент модели; i i, mL - стенные показатели.

Графическое решение уравнения позволяет рассматривать трехмерную зависимость и дает объемное представление взаимосвязи физико-химических Показателей, фрагмент плоскостной схемы и карты распределения представлены на рис.1. На схеме прослеживаются области рационального применения реагента, соответствующим классу крупности Ь-7 мк расход реагента составляет ЬО г/т и Ib-ЗО мк расход равен 200-3UU г/т. В результате было установлено, что на эффективность применения реагента-диспергатора существенное влияние оказывают кристаллохимические особенности глинистого минерала, ha основании обобщающего критерия, учитывающего физико-химические и структурные особенности глинистого сырья, были предложены для глин Забайкалья (преобладающим минералом является монтмориллонит) одновалентные ре-агенты-диспергаторы. Сравнительную оценку реагентов-диспергаторов рекомендовано проводить на основании кристалло-химических особенностей вмещающих глин. По экспериментальным данным одновалентные катионы в большей степени увеличивают межплоскостное расстояние между пакетами глинистого минерала, действия этих реагентов наиболее эффективно для монтмориллонитовой разности, в меньшей степени он проявляется для каолинитовой разности. Ьти данные подтверждены лиотроп-ным рядом:

Li > А/Л к% № > М^ V Са> 6аV И > /Г > h '

ha основании проведенного сравнительного анализа в качестве реагентов-диспергаторов предлагается использовать соединения натрия,

25.0

к г

Я"

х

О «

»

к е-о о

X

с

а

и

о о

20,0 15,0 10,0

50 150 300

Расход реагента, г/т

РисЛ Влияние расхода смеси гексаметафосфата натрия и едкого натрия на изменение физико-химических свойств глинистой фракции

часть из которых является отходами промышленности, выявленные составы защищены авторскими свидетельствами (а.с. № 15554967 и а.с. № 1169743). Помимо высокой химической активности натриевые соединения нетоксичны, санитарно-токсикологический показатель предельно-допустимой концентрации для катиона натрия, принятый Госкомприроды РФ от 3.U3.90г. ШС-оо/Ь-7л), равен 120 мг/л.

При разработке глинистых и высокоглинистых месторождений наряду с высокими показателями дезинтеграции песков, необходимо изучать и стабилизирующее влияние диспергаторов при осветлении технологической воды флокулянтами. Б случае высокой степени дезинтеграции глинистой породы накопление илисто-глинистых частиц в технологической воде идет значительно быстрей, что в свою очередь мешает технологическому процессу. Поэтому проблему разработки трудно-обогатимого сырья необходимо решать не только с учетом перевода сырья из трудно- и среднеобогатимого в сырье обогатимое, но и кондиционированием технологической воды.

В качестве основных критериев при выборе эффективных режимов дозирования реагента и оценки его флокулирущей способности были приняты косвенные показатели: скорость осаждения частиц, прозрачность осветленного слоя, высота сгущенного осадка.

Современные представления по проблемам флокуляции взвешенных частиц предполагают, что закрепление реагента происходит на адсорбционных центрах. Характер закономерностей изменения скорости оседания частиц (рис.2 и рис.3), прозрачности осветленного слоя воды и высоты сгущенного осадка имеет тенденции увеличения. При этом установлено, что в результате предварительной обработки глинистых песков (натрийсодержащими реагентами) приводит к появлению дополнительных активных центров на поверхности глинистых минералов. Результаты исследований свидетельствуют, что при определенных дозировках и режимах подачи реагентов (на основе натриевых соединений и высокомолекулярных водорастворимых флокулянтов) представляется возможность существенно повысить показатели качества очистки технологической воды.

Сравнительная оценка режимов дозирования (реагентов на основе натриевых соединений и водорастворимых флокулянтов) открывает новое направление в области регулирования физико-механических свойств цементирующего материала песков и агегативной устойчивости илисто-глинистых частиц. При этом расход флокулирущего реагента

Рис.2. Изменение свойств технологической воды под действием флокулянта (ПАА-ГС) (в присутствии

алюмината натрия)

I - 3 г/м3; 2-0 г/м3 I - 0 г/м3: 2-5 г/м3

3-10 г/м3; 4-15 г/м3 3-10 г/м3; 4-20 г/м3; 5 - 30г/м3

го

4 в 12 Ii

Расход флокулянта, г/м"

SQ

Расход флокулянта, v/u~

Рис.3. Изменение свойств технологической вода под действием флокулянта в присутствии

алюмината натрия

I - Ü г/м3; 2-5 г/м3; 3-10 г/м3 Содержание алюмината натрия: о

4 - 20 г/м ; Ь - ЬО т/иГ

о

может быть снижен до 2-3 иг/л.

Лабораторные и промышленные испытания реагентов-диспергаторов и флокулянтов на объектах Забайкалья и Приморья показали возможность их эффективного применения в технологии промывки труднообо-гатимых глинистых песков.

Однако введение нового передела в технологическую схему промывки песков приводит к негативному влиянию - накоплению шламов в технологической воде, по этой причине резко возрастают потери мелких классов ценного компонента и могут достигать д0%. Следовательно, повышение эффективности дезинтеграции глинистых песков в голове процесса необходимо решать в комплексе с вопросами удаления шламов. Поэтому компановка схемы цепи аппаратов промывочных установок должны предусматривать дополнительную возможность кондиционирования многократно используемой технологической воды. В этой связи предложено удалять шламы из технологической схемы на стадии подготовки песков к обогащению (рис.4).

Отличительной особенностью предложенных схем заключается в следующем, что после дезинтегрирующих аппаратов вся пульпа попадает на классификацию, продуктивную фракцию подвергают дальнейшему обогащению на гравитационных аппаратах, предварительно выделив из нее взвешенные глинистые частицы. Заложенные принципы построения эффективных технологических схем переработки глинистых песков были опробированы на редкометальных и золотосодержащих месторождениях Забайкалья. В качестве реагента диспергатора использовано техническое решение, защищенное авторским свидетельством № 155э496? СССР МКИ ВОЗВ Ь/00 "Диспергатор для дезинтеграции глинистых песков". Кроме того эффективность предложенных реагентов проверена в условиях Ьижнеамурского ГОКа, где получено удостоверение на рационализаторское предложение "Кондиционирование сточных и оборотных вод" № 26 от 06.12.6Ьг.

Экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии при дражной разработке месторождения Хангорок составил 34 тыс.рублей (по итогам промывочного сезона 1986г.). Эколого-экономический эффект за счет предотвращения ущерба природным водотокам составил 100 тыс.рублей (1989г.). По прогнозной оценке с использованием методики 1993 года эколого-экономический эффект достигает десятки миллионов рублей.

в

о

X

о

со о

0)

о Я"

о

X р.

с

о

о

с:

3

X

л

ч о

0> о

Е-» 0)

ев 3"

С-, о

о о.

г е

о

и

о

п

Кондиционирование сточных и оборотных вод

флокуляция шламов полиэлектролитами

Рис.4. Основные принципы, положенные в основу построения технологических схем

ОБЩИЕ вывода И РЕКОМЕНДАЦИИ

В работе дано решение актуальной научной задачи повышения эффективности промывки глинистых и высокоглинистых песков на основе сочетания процессов дезинтеграции и флокуляции с использованием нетоксичных реагентов. Основные научные и практические результаты выполненной диссертационной работы следующие:

1. Предложен обобщающий критерий сравнительной оценки эффективности применения нетоксичных полиэлектролитных комплексов, основанный на данных физико-химических характеристик илисто-глинистых частиц (изменения величины ^ -потенциала, обменной емкости и удельной поверхности частиц), позволяющий произвести сравнительную оценку эффективности действия реагентов-диспергаторов.

2. Экспериментальными исследованиями и математической обработкой данных с помощью тренд-анализа установлены рациональные области реагентов-диспергаторов с учетом кристалло-химической особенностью вмещающих глин россыпных месторождений в зависимости от класса крупности глинистых частиц. Расход реагента колеблется от 50 г/т до 200-300 г/т.

3. Ьа основе выявленных закономерностей разработаны принципы построения технологических схем минералоподготовки для эффективной переработки металлоносных песков с предварительным удалением шла-мистого продукта перед обогащением продуктивной фракции.

4. Предложенный обобщающий физико-химический критерий сравнительной оценки эффективности применения реагентов-диспергаторов реализован при постановке лабораторных работ по курсу "Исследование руд на обогатимость" в Читинском политехническом институте.

5. Впервые в промышленных условиях (в Алтагачанском РУ) опробована технологическая схема минералоподготовки и переработки глинистых песков, позволившая создать замкнутую систему водоснабжения исключив загрязнение взвешенными частицами прилегающих водотоков. Решением технического совета схема внедрена в производство на объектах разработанных редкометальных и золотоносных россыпных месторождениях Забайкалья.

6. Экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии составил 34 тыс.рублей (по итогам промывочного сезона 19Ьог.). Эколого-экономический эффект за счет предотвращения ущерба природным водотокам составил 100 тыс.рублей (19Ь9г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Совершенствование технологии разработки трудноразмывных глинистых пород //Мязин В.П., Кирик Л.В. Разработка россыпных месторождений: Межвузовский науч.сб. М., изд.МГИ, 1986.

2. Применение коагулянтов и флокулянтов для очистки сточных и оборотных вод при разработке глинистых россыпей. Мязин В.П., Ковалев A.A., %хина Л.В. //Журнал "Колыма" № 7, 1989.

3. A.c. № 1169743 СССР, МКИ ВОЗБ 7/00. Диспергатор для дезинтеграции глинистых песков /Мязин В.П., Мухина Л.В., Лавров А.Ю. (.СССР) - 3b37Iö2/22-03. Заявлено 29.0b.63. Опубл.30.07.bb. Бюл.

№ 2Ь.

4. A.c. № II23I36 СССР, МКИ ВОЗВ 1/00, В01Д 21/00. Состав для селективной флокуляции мелких зерен тяжелого компонента и способ его приготовления /Мязин В.П., Ковалев A.A., Мухина Л.В. и др. (СССР) - 3bb72b7/23-26. Заявлено 24.04.63; не публикуется.

Ь. A.c. * I4S4307 СССР, МКИ ВОЗ Л 1/02. Способ приготовления раствора полимера для селективной флокуляции минеральных зерен /Мязин В.П., Кирик Л.В. и др. (СССР) - 4149633/23-03. Заявлено 2I.II.bb. he публикуется.

b. A.c. № 15654967 СССР, МКИ ВОЗВ 5/00. Диспергатор для дезинтеграции глинистых песков /Мязин В.П., Кирик Л.В. и др. (СССР) - № 442Ы51/31-03. Заявлено 23.UD.bb. Опубл.07.04.90. Бел. № 13.

7. Интенсификация промывки глинистых сцементированных песков россыпей путем применения реагентов-диспергаторов //Тезисы докл. в сб. Проблемы рационального природопользования и охраны окружающей среды в Забайкалье, 19Ь9г.

6. Подготовка глинистых россыпей к драгированию с использованием реагентов-диспергаторов /Мязин В.П., Костромин М.В., Кирик Л.В. и др. Журнал "Колыма", 1990г., № 4.

9. Научное обоснование технологии физико-химического разупрочнения глинистых песков при гидравлической и дражной разработке россыпей //Мязин В.П., Кирик Л.В. Разработка россыпных месторождений: Межвузовский науч.сб. - М., изд. МРРИ, 1989г.

10. гаэупрочнение глинистых песков при дражной и гидравлической разработке россыпей с помощью реагентов-диспергаторов /Кирик Л.В./ Доклад Всесоюзной конференции по проблемам разупрочнения глинистых пород; lü-Iü окт.1990г., г.Фрунзе.

II. Процессы воздействия реагентов-диспергаторов натрийсодер-жащих соединений на глинистый цемент с целью улучшения дезинтеграции высокоглинистых песков. Л.В.Кирик //Сб.ст. Химия и технология минерального сырья. Улан-Удэ: БНЦ СО АН СССР, 1991, 29-32.