автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка комбинированногофлокуляционно-ультразвуковогоспособа очистки оборотных и сточныхвод предприятий россыпнойзолотодобычи

о

Ci

C\r

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА

На правах рукописи

Лебухов Владимир Иванович

УДК 541.18, 541.18.041; 543; 502.7; 627.142

Разработка комбинированного флокуляционно-ультразвукового способа очистки оборотных и сточных вод предприятий россыпной золотодобычи

Специальность 05.15.11. Физические процессы горного производства.

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Хабаровск 1997

Работа выполнена в Институте горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИГД ДВО РАН) и в Хабаровском государственном техническом университете (ХГТУ).

Научный руководитель: доктор технических наук, член-корреспондент Международной Академии Минеральных ресурсов Ковалев A.A.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, член-корреспондент Российской Академии Естественных Наук Мязин В.П.

кандидат технических наук

Фомин С.Н.

Ведущая организация Открытое акционерное общество

(ОАО) «Приморзолото», (г.Хабаровск)

Защита состоится 21 ноября 1997г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 003.92.01. в Институте горного дела ДВО РАН по адресу: 680000, г. Хабаровск, ул. Тургенева - 51

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института горного дела ДВО РАН

Автореферат разослан"_"_ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

A.A.Ковалев

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Сокращение запасов богатых, доступных и легкопромывистых золотоносных россыпей ведет к вовлечению в переработку месторождений с низким содержанием ценного компонента и высокими концентрациями илисто-глинистых минералов. Разработка таких месторождений наносит серьезный ущерб окружающей природной среде и, в первую очередь, водным объектам. Для решения комплекса экологических и технологических задач все более широкое применение находят методы реагентной очистки с помощью коагулянтов и флокулянтов.

Новым перспективным направлением в очистке оборотных и сточных вод, получившим развитие в Институте горного дела ДВО РАН, является комплексный физико-химический метод, основанный на реагенпгых и реагент-но-ультразвуковых формах воздействия на водно-минеральную смесь.

Несмотря на большое число публикаций, связанных с проблемой реагент-ного (флокуляционно-коагуляционного) осаждения суспензий, закономерности флокулирующего действия водорастворимых полимеров (ВРП) на реальные полнминеральные системы изучены недостаточно, нет единого мнения о механизмах взаимодействия и седиментации минеральной фазы, недостаточно изучено воздействие на суспензии комбинаций флокулянтов, малочисленны и разрозненны публикации по исследованиям взаимодействий флокулянтов с минеральными частицами в водных средах при воздействии на них ультразвуковых (УЗ) полей. Основная часть работ, посвященных изучению флокулянтов и процессов флокуляции, базируется на использовании модельных (искусственных) систем. В связи с вышеизложенным, актуальными являются исследовашм флокулирующей способности ряда ВРП и их композиций по отношению к природным полиминеральным суспензиям. С этой целью в настоящей работе проведены исследования, оценивающие влияние на скорость и полноту осаждения природных суспензий таких факторов как тип флокулянта и его молекулярная масса, минеральный состав и концентрация дисперсной фазы. Определена чувствительность водных дисперсий к воздействию поля ультразуковой стоячей волны (УЗСВ) при различных дозах осаждающих агентов.

Работа проведена в соответствии с координационными планами НИР ИГД ДВО РАН по направлению "Создание и внедрение эффективной технологии и реализующих ее технических средств для осветления промышленных стоков при промывке песков россыпных месторождений".

Цель диссертационной паботи стоит в разработке комбинированного реагентно-ультразвукового способа для интенсификации процесса осветле-

ния минеральных водных дисперсий путем изучения флокулирующей активное™ реагентов и уточнения механизмов взаимодействия ВРП и их композиций с глинистыми частицами природных водно-минеральных смесей в УЗ полях.

В соответствии с указанной целью решались следующие задачи:

- Определение влияния отдельных факторов (гранулометрический, минеральный и количественный состав твердой фазы, концентрация ВРП, размер и структура макромолекулы флокулянта) на скорость и полноту осаждения природных водноминеральных дисперсий.

- Изучение влияния поля УЗСВ на флокуляционное осаждение минеральной суспензии, разработка аппаратных средств для реализации обнаруженного эффекта.

- Установление оптимального режима приготовления рабочих растворов для флокулянтов различных типов и оптимизация режимов введения реагентов в осаждаемую суспензию для получения максимальных скорости и полноты осаждения твердой фазы.

- Исследование флокулирующей способности композиций ВРП, а также их сочетаний с коагулянтами.

- На основании полученных экспериментальных данных расширение представлений о механизме флокуляции ВРП минеральных суспензий.

- Разработка и внедрение новых технологических схем водоснабжения, во-дооборота и водоотведения при эксплуатации конкретных золотоносных россыпных месторождений Дальнего Востока

Научная новизна.

- Разработан комбинированный реагентно-ультразвуковой способ разделения водно-минеральных дисперсий, обеспечивающий интенсификацию очистки оборотных и сточных вод предприятий золотодобычи в 1,8-10 раз. Исследованы физико-химические закономерности процесса седиментации при совместном воздействии ультразвука и осаждающих агентов.

- Исследована кинетика процесса флокуляции природных полиминеральных дисперсий полимерами ионного и неионного типов. Определен характер влияния молекулярной массы, строения, состава функциональных групп широкого спектра флокулянтов на параметры осаждения полиминеральных частиц различного гранулометрического состава.

- Установлен ряд степени убывания флокуляционной способности ВРП: ПОЭ > ПАА-Р > ЭР-14937 > БапПок N-520? > ГПАА > И-98-2 > ПАА > Нус1гориг > №38 > ХП > АА/ДМАЭМА > КФП > ПДМАЭМА/МХУК > ВМЦ применительно для природных полиминеральных дисперсий золотоносных россыпей.

- Предложен критерий реализации двух конкурентных механизмов флоку-ляции минеральных суспензий в зависимости от соотношения длины макромолекул ВРП и размера связываемых частиц;

- Разработан способ осветления глинистых суспензий с использованием композиций флокулянтов неионного и анионного типов (ПАА+ПОЭ, ПАА-Р+ПОЭ, ПОЭ+ПАА) и композиций флокулянтов с коагулянтами (DP-14937+H2S04, Sanflok N-52OP+H2SO4, DP-14937+СаОНг, DP-14937+хлоридный плав, Sanflok N-520P+CaOH2;

-Впервые изучена в широком диапазоне концентраций флокулирующая способность композиций флокулянтов неионного и анионного типов (ПАА+ПОЭ, ПАА-Р+ПОЭ, ПОЭ+ПАА) и композиций флокулянтов с коагулянтами (DP-14937+H2S04, Sanflok N-52OP+H2SO4, DP-14937+СаОНз, DP-14937+хлоридный плав, Sanflok N-520P+CaOH2) при осаждении природных полиминеральных илисто-глинистых водных дисперсий. Практическая ценность работы.

Выявленные особенности флокулирующего действия ВРП на полиминеральные суспензии, позволяют эффективно управлять процессом разделения фаз и использовать флокулянты в оптимальных условиях.

На основании исследований флокулирующих свойств ВРП в отношении илисто-глинистых водных дисперсий ряда месторождений Хабаровского края определены дозы и режимы введения ВРП в широком диапазоне концентраций твердой фазы. Разработаны, испытаны и внедрены на приисках Кербинском, Херпучинском, и в старательской артели "Прогресс" технические решения, новые схемы и технологии очистки сточных и оборотных вод с годовым экономическим эффектом 2 807 ООО руб. в ценах 01.01.1989 г. Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на 4Ш международном симпозиуме по горной химии "MinChem'92", Киев - 1992; международной конференции "Экология: международные стандарты, нормы и правила." Минск -1992. Одиннадцати Всесоюзных конференциях: в Одессе (1988, 1989 г.г); А.Ате (1988 г.); Ярославле (1989, 1991 гг.); Москве (1989, 1990 гг.); Свердловске (1989 г.); Батуми (1991г); Волгограде (1991 г); Хабаровске (1991 г). Шести региональных конференциях в Хабаровске (1989, 1990, 1991, 1995 гг.); Якутске (1990 г); Ташкенте (1990 г.)

Публикации:

Основные результаты работы опубликованы в методических рекомендациях, 11 статьях, 22 тезисах докладов и 2 авторских свидетельствах на изобретения.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Материал работы изложен на 180 страницах, в том числе 61 рисунок, 37 таблиц, литературный список из 172 наименований.

основное содержание работы

Сравнительный анализ существующих способов разделения водномине-ральных дисперсий с применением фильтрующих материалов, гидроциклонов, ламельных отстойников, устройств использующих для разделения фаз механические колебания, импульсные поля взрывного типа, магнитные и электрические поля, реагентные (флокуляци онн ы с и коагуляционные) способы осветления оборотных и сточных вод показал, что реагентная технология является наиболее прогрессивной и экономичной, не требует сложного оборудования, не энергоемка, не нуждается в высококвалифицированном обслуживающем персонале, применяемые реагенты нетоксичны, просты в использовании, обладают малой удельной массой и высокой эффективностью действия. В этом направлении работает ряд видных ученых внесших существенный вклад в его развитие; К.С. Ахмедов, Е.Д. Бабенков, A.A. Баран, A.A. Байченко, Е.В. Бунэ, Т.А. Буголина, J1.H. Буцева, Л.А. Велнчан-ская, J1.B. Гандурина, П.А. Гембицкий, П.П. Гнанок, В.Ф. Громов, Н.Х. Загаров, А.К. Запольский, A.A. Ковалев, Г.П. Корнеева, JI.A. Кульский, В.Ф. Куренков, А.Ю. Лавров, A.M. Лазуткин, A.A. Матвеев, Р.Ф. Мустафаев, В.А. Мягченков, В.П. Мязин, В.П. Небера, К.А. Никифоров, Э.И. Полянский, В.Н. Салов, A.C. Тевлина, Э.Н. Телешов, и другие. Изучение активности водорастворимых полимеров и коагулянтов

Исследования флокулирующего действия ВРП - неионных флокулянтов иолиоксиэтиленов (ПОЭ) (образцы с молекулярной массой М or 1 до 6 млн у.е.), синтетических флокулянтов полиакриламидного ряда ГПАА и ПАА (образцы с М=1,5 млн у.е.), ПАА-Р (образец с М=4,5 млн у.е.), DP-14937, Sanflok N-520P, Hydropur, природных химически модифицированных реагентов ВМЦ (образец с М=100000 у.е.), КФП (образец с М=100000 у.е.), синтетических флокулянтов ПДМАЭМА/МХУК, АА/ДМАЭМА, № 38 (образцы с М в интервале от 500 до 100000 у.е.), И-98-2 (образец с М=170000 у.е.), коагулянта ХП в отношении полиминеральных илисто-глинистых суспензий месторождений "Семи", "Латышевский", "Соловьевское", "Орого", "Песецкий", "Херпучинка", "Чимкнг", обладающих сходным минеральным составом, представленным в основном илли-

том, мусковитом и кварцем, с меньшими содержаниями гидромусковита и монтмориллонита.

В отдельных образцах обнаружены аллофановые минералы и полевые

Таблица1

Гранулометрический состав глин месторождений_

массовое (%) содержание для различных фракций частиц (мкм)

месторождение -74 +40 -40 +20 -20 +10 -10 +5 -5 +3 -3 +1 -1 +0

"Семи" 2.10 3.65 53.16 16.12 12.37 9.87 2.73

"Латышевский »» 1.14 2.69 6.54 9.16 15.27 39.10 26.10

"Соловьевское «* 10.19 73.18 для фракций -40.+5 18.63 для фракций -5 +0

"Орого" 2.72 5.94 57.17 14.06 11.53 6.71 1.87

"Пессцкий" 54.00 для фракций -74 +10 46.00 для фракций -10+0

"Херпучиика" 13.2« 18.83 27.45 8.67 17.19 12.43 2.15

"Чимкит" 5.76 4.98 32.63 34.77 19.76 1.36 0.74

шпаты. Характерный гранулометрический состав глин месторождений представлен в Табл. 1 Определено влияние реагентов на скорость осаждения природных полиминеральных дисперсий, высоту и плотность образующихся осадков, остаточное содержание твердой фазы в надосадочной жидкости. Для природных полиминеральных дисперсий по эффективности фло-кулирующей способности полимеров выстроен ряд степени ее убывания: ПОЭ > ПАА-Р > БР-14937 > 80 БапАок N-520? > ГПЛЛ > И-98-2 > ПАА > НуЛ-ориг > №38 > ХП > АА/ДМАЭМА > КФП > ПДМА-ЭМА/МХУК > ВМЦ. На рисунках 1-4 представлена скорость осаждения частиц илисто-глинистой суспензии в зависимости от подаваемой дозы реагента, (месторождение Семи; т/ж = 10 г/л; подача реагента наплывом).

рзэзд р8Е№Па(М/л)

Рнс.1 1-КФП; 2-АА/ДМАЭМА; 3-ВМЦ; 4-ПДМАЭМА/МХУК; 5-ХП.

Исследования скорости осаждения минеральной фазы и полноты разделения водоминеральной дисперсии глин месторождений "Семи", "Латышевский", "Соловьевское", "Орого", "Песецкий", "Херпучинка" в зависимости от молекулярной массы (М) полиоксиэтиленов, изменяющейся в интервале от 1 до 6 млн у.е., и исходного содержания (Сп>.ф.) твердой фазы в дисперсии, изменяющегося в интервале 9-60 г/л., показали, что использование образцов ПОЭ с М 2106, 4106, 610° приводит к полному осветлению суспензий со скоростями, достигающими 16, 25, 36

реохд ркгЕна (кт1п)

Рис.2 1-ПАА; 2-Х» 38,3-Нуёгориг; 4-ПАА-Г; 5-И-98-2.

Рис. 3 1-ПАА-Р; 2-ПОЭ-6(св), Рнс.4 1-5апЯок N 520-Р, 2-ОР-14937

3-ПОЭ-4(св); 4-ПОЭ-6{ст); 5-ПАА(гель).

см/мин соответственно, при расходе флокулянтов 0,1 мг/г твердой фазы в исследованном диапазоне Сщ.ф.

Определение зависимостей скорости осаждения минеральной дисперсии и полноты разделения фаз от концентрации раствора ПОЭ и способов его подачи в суспензию показало, что наиболее высокие результаты достигаются при введении всей расчетной дозы флокулянта в суспензию отдельными частями поочередно в виде 0,1°,о водного раствора. При этом каждая порция содержит дозу флокулянта достаточную для достижения его концентрации в гидросмеси 0.5 мг'/л. Введение следующей дозы производится после сме-

шивания предыдущей с осветляемой суспензией, показано, что необходимое время перемешивания составляет от 5 до 40 секунд. Такой метод вреде-ния реагентов определен как дозирование наплывом, его использование позволяет на 5-30% снизить расход флокулянтов сохранив скорость и глубину разделения. Выявление закокомепностей^пределяЕощих активность ВРП Для изучения кинетики флокуляционного осаждения частиц суспензия была разделена по крупности на классы-74+40, -40+20, -20+10, -10+5, -5+3, -3+0 мкм. Установлено, что с уменьшением крупности частиц до размеров

Таблица 2.

Расход флокулянта "Ну(1гориг" от размера частиц суспензии

показатель -3+1 -5+3 -10+5 -20+10 -40+20 -74+40

средний диаметр зерна (мкм) 1,5 4 7,5 15 30 55

площадь поверхности твердой фазы (см2) 5104 1,810" НО4 6103 2,8103 1,4103

оптимальная доза флокулянта (мг/л) 9,8 6,5 5,5 4,0 2,0 0,3

коэф-т изменения площади пов-тн твердой фазы (раз) 36 13 7Д 43 2,0 1,0

коэф-т изменения оптимальной дозы фл-та (раз) 12 8 7 5 2,5 1,0

характерных длине молекулы ВРП, наблюдается возрастание оптимальной дозы реагента пропорционально увеличению площади поверхности твердой 45 [и,/р фазы, а при дальнейшем уменьшении крупности оптимальный расход реагента возрастает значительно медленней. В качестве примера в Табл. 2 приведены зависимости расхода флокулянта "Нуйгориг" от размера образующих суспензию частиц.

Исследование влияния длины макромолекул флокулянтов на их расход при осаждении Рис. 5 "'Зависимость "максимальной илисто-глинистых суспензий показало, что с скорости осаждения флохул от увеличением длины Ь макромолекул проис-крупности илисто-глинистых час- ходит снижение расхода С флокулянта по за-тиц при оптимальном расходе реа- с=к.]/ь (1)

геигоз. ( х.еми т/ж=10г/л) * '

1-ПАА-гель; 2-ПАА, ЗПААГ; А™ флокулятов полиакрнламидного ряда 4-ПАА-Р; 5-Hydropur. выявлено численное значение коэффициента

К =1,87 10^

На рисунке 5 представлены характерные кривые зависимостей максимальных скоростей осаждения от крупности илисто-глинистых частиц. Для объ-

яснения "седловинного" характера кинетических кривых предложен обобщенный механизм организации минеральных частиц суспензий во флокулы под воздействием ВРП, объединяющий два способа связывания частиц мак-• ромолекулами и учитывающий возможность адсорбции макромолекулы как на двух, так и на большем количестве частиц. Теоретически определена плотность флокулы р( = рф-р2 для двух вариантов флокулообразованияа откуда с помощью выражения аналогичного формуле Стокса:

у=к0А2(р1-р2) (2)

где к0 - постоянный коэффициент; А - радиус флокулы (см); р2 - плотность жидкости (г/см2), рф - истинная плотность флокулы (г/см2), найдена скорость осаждения флокул, сформированных по каждому из способов агрегирования. Использованы приближения - флокула представлена шаром радиуса А, частицы суспензии одинаковыми недеформируемыми шарами диаметра с1 с приведенной к воде плотностью рй.

Для первого варианта агрегации молекулы полимера представимы жесткими стержнями длины Ь и сечением Б, приведенной к воде плотностью р[ Принято условие, что каждая частица покрыта молекулами полимера одинаково плотно по всей поверхности, а расположение молекул нормально

поверхности частицы. Две связанные частицы находятся на расстоянии соответствующем длине полимера (см рис. 6). В данном приближении найдем плотность флокулы р,:

Рис. 6 Элементарная ячейка флокулы(а), формирова- р)= (аР(/6 + Ьрь)тсс12/8Ф3 (3) ние по первому типу флокулообразования (б). ф=Ь+<1 - размер элементарной

ячейки соответствующий размеру покрытой полимером частицы Для описания второго механизма флокулообразования оставлены прежние

---п - б) / У" обозначения, и изменено одно

из допущений - макромолекулы флокулянта представимы как нити с активными группами по всей длине Ь и с Рис.7 Элементарная ячейка флокулы(Я), формирова- очень малым поперечньш се.

ние по второму типу флокулообразования (б). , ,„ ,, '

чением (\Б «<1). Т.е. частицы

представимые в виде шариков одинакового размера могут разместиться на

макромолекуле так, как показано на рис.7. Плотность флокулы

р, = (раго!3/6 + р,28с1) • [1/(ё + V Б)2] А ^3/2. (4)

-Ф-

а) О

V =

Подставив численные значения коэффициентов (для флокулянтов полиак-

V-9 3

Б ~ 12-10 м, рь = 0,115 г/см , для минеральных частиц ра=1,65 г/см3) получим скорость осаждения флокул первого типа агрегирования: V = к0А2И2 (0,275 (1 + 0,15 Ь) / ((I + Ь)2] (5) аналогично для флокул, сформированных по второму типу:

коА2(0,523 + 2-10"16/(12)>/3/2. (6)

На рис.8 показаны расчетные кривые зависимости изменения скорости осаждения флокул от размера минеральных частиц, их поведение подтверждает экспериментально полученную зависимость (см рис.5) и позволяет установить критерии действия каждого из механизмов:

- при соблюдении соотношения с1>ЗЬ агрегирование частиц проходит преимущественно по первому механизму, когда адсорбция ВРП Рис. 8 Скорость осаждения флокул возможна не более чем на двух частицах, в зависимости от крупности состав— при выполнешга условия <]<Ь агрегация ляющих их частиц (расчетные кри- часхиц проходит по второму механизму, ко-вые). _ .

гда при образовании флокулы возможна адсорбция одной макромолекулы более чем на двух частицах, - при Ь<с1<ЗЬ следуег ожидать конкуренции двух механизмов флокуляции.

Анализ полученных результатов позволил предложить эффективный способ флокуляции мелкодисперсных трудноосадимых суспензий в два этапа, когда вначале в суспензию вводится высокомолекулярный ВРП в концентрации достаточной для образования большого количества микрофлокул, а на втором этапе добавляется реагент, связывающий микрофлокулы и изменяющий реологические свойства жидкости. В целях проверки нового способа были проведены исследования флокулирующего действия композиций флокулянтов неионного и анионного типов (ПАА+ПОЭ, ПАА-Р+ПОЭ, ПОЭ+ПАА). На рис. 9, 10 представлены кинетические кривые осаждения и степень осветления полиминеральной суспензии в зависимости от дозы и очередности подачи реагентов ПОЭ и ПАА-Р. Как следуег из представленных графиков, применение композиций ВРП позволило повысить скорость осаждения суспензий в 2-3 раза при одновременном снижении общего расхода реагентов в 3-8 раз и повышении чистоты надосадочной жидкости в 2 -2,5 раза.

рис 9. Скорость осаждения суспензии ("Семи"; т/ж-10 г/л) в зависимости от дозы и очередности подаваемых реагентов (а - вначале подается ПАА-Р, затем ПОЭ, б - вначале подается ПОЭ. затем ПАА-Р).

очередности подаваемых реагентов (а - вначале подается ПАА, затем ПОЭ, 6 - вначале подается ПОЭ, затем ПАА).

Изучение осаждающей способности композиций флокулянтов с коагулянтами (БР-14937+Н2804; ЭР-14937+ СаОН2> БР-14937+хлоридный плав, 8ап(1ок М-520Р+Н2804, БапАок Ы-520Р+СаОН2) показало, что их применение позволяет при сохранении высокой скорости осаждения суспензий, в 1,2-3 раза сократить расход флокулянта и на 20-80% повысить чистоту осветленной суспензии.

В ходе .исследований оптимизированы дозировка, очередность, способ внесения компонентов композиций в оспетляемую суспензию. Для максимально полного взаимодействия флокулянта с суспензией, между введением реагентов необходима пауза 15-20 секунд при 20°С.

Разработка комбинированного йлокуляцнонно-ультразвукового способа обезвоживания минеральных гидросмесей.

На основе физических представлений о воздействии ультразвука на минеральные дисперсии показана возможность совместного применения УЗСВ и флокулянтов для разделения мелкодисперсных суспензий. Для проведения исследований воздействия УЗСВ и ВРП на трудноосадимые суспензии разработаны методика исследований и необходимое оборудование.

На рис 11 приведена принципиальная схема лабораторной установки для исследования кинетики агрегации тонкодисперсных частиц при совместном воздействии поля УЗСВ и флокулянтов. Эксперименты, проведенные с суспензиями кварца (класс крупности +1-5) и касситерита (класс крупности +10-50) показали, что без добавления флокулянта, в диапазоне мощностей УЗСВ 0,2 - 0,4 вт/см2 скорость осаждения твердой фазы возрастает в 7-10 раз. Дальнейшее увеличение мощности УЗСВ вплоть до 1,0 вт/см2 показывает незначительное (на 8-12%) возрастшше скорости осаждения твердой фазы. Воздействие на суспензию ультразвука не сформированного в виде УЗСВ приводит к протиоположному эффекту - стабилизации дисперсии.

Флокуляционное осаждение суспензии в поле УЗСВ показало, что совместное воздействие флокулянта и УЗСВ увеличивает скорость ее выпадения в осадок по сравнению с каждым из воздействий по отдельности. При концентрации ПАА=4 мг/л. и мощности У3=0.4 вт/см2

расходньЕ! резервуар суспензии с мешалкой,, расходнь(й резервуар раствора флокулгагга

насос-дозатор флокулянта

измернтельная^амера

УЗ излучатель накопитель осадка регулирово<«ая камера

термостат с мнкронасосом!

фотометр с проточной кюветой

перистальтический насос с блоком управления___

приемный резервуар суспензии

Рис. 11 Принципиальная схема лабораторной установки для исследования кинетики осаждения тонкодисперсных частиц под достигнуто на 14% бо- действием ВРП в поле УЗСВ.

лее качественное осветление каарцевой суспензии, при возрастании скорости осаждения в 1.8 раза сравнительно с контрольным экспериментом без наложения УЗСВ. Использование флокулянта ПАА-Г в поле УЗСВ в 1.85 раз увеличивает скорость, и на 18-24% полноту осаждения той же суспензии при дозах расхода реагента 1-2 ыг/л. Показано, что достижение высоких результатов разделения гидросмесей возможно при снижении дозы флокулянта примерно вдвое при условы; обработки суспензий полем УЗСВ оптимальной мощностью 0,4 вт/сы2.

Автором совместно с А.А.Косалевым разработан аппарат для осветления суспензий, в котором реализован эффект интенсификации флокуляционного осаждения частиц полем УЗСВ. Аппарат (см. рис. 12а) представляет собой устройство состоящее из прямоугольного корпуса 1, одновременно являющегося резонатором УЗСВ, элемента 2 подачи суспензии, снабженного дозатором флокулянтов 10, приемника сгущенных продуктов 4 в виде щелевых отсекателей и приемника осветленной части суспензии 3 в виде патрубка. На рис 126 представлен вариант устройства,снабженный капиллярными отборниками жидкой фазы 13, в котором патрубок является приемником сгущенной части суспензии. В обоих вариантах одна из боковых стенок аппарата является источником УЗ волны - вибратором 5 и представляет собой металлическую пластину 6 с наклеенным на нее УЗ элементом 7, генерирующим УЗ волну, причем вибратор 5 устанавливается посредством узла 8 крепления параллельно противоположной стенке 9 прямоугольного корпуса 1 на расстоянии кратном 1/2 длины волны ультразвука, образуя в совокупности резонатор УЗСВ. Под воздействием УЗСВ суспензия расслаивается, образуя зоны сгущения 11 и осветленные зоны 12.

Аппарат работает следующим образом: В технологическую воду, содержащую мелкодисперсные илисто-глинистые частицы, добавляют раствор высокомолекулярного флокулянта из дозатора 10 подачи флокулянта, после чего технологическая вода, содержащая флокулянт поступает через подводящий суспензию элемент 2 в прямоугольный корпус 1, одновременно являющийся резонатором, формирующим и поддерживающим УЗСВ, под действием которой суспензия расслаивается на зоны сгущения 11 и осветленные 12. В пучностях колебаний УЗСВ скапливаются твердые частицы суспензии и макромолекулы флокулянта, расстояния между частицами уменьшаются, что повышает вероятность их встречи и образошше флокул, собирающихся щелевыми отсекателями 4, как это показано на рис. 12а, либо выпадающих в приемник сгущенных продуктов как показано на рис 12 б

кателями, б - вариант с капиллярными отборниками жидкой фазы.

Вариант конструкции аппарата для осветления суспензии выбирается исходя из конкретных характеристик осаждаемых суспензий. Она признана изобретением и защищена патентом.

Промышленные испытания н результаты внедрения разработанного оборудования и технологий, оптимизация схем очистки и кондиционирования производственных и сточных вод.

Промышленные испытания и внедрение специального водоочистного технологического оборудования, схем водоснабжения, водооборота и водоот-ведения было осуществлено на месторождениях "Семи", "Латышевский", "Орого", "Песецкий", "Херпучинка" и "Чимкит". С помощью разработанной и созданной схемы замкнутого оборотного водоснабжения и флокуля-ционным кондиционированием технологической воды флокулянтом БапЛок N-520? 0,2-1 мг/л их вод драги №99 решена проблема защиты реки Семи от загрязнения сточными и дренажными водами, подавляет накопление в ней мелкодисперсной минеральной фазы и позволяет на протяжении всего промывочного сезона работать без сброса загрязненной технологической воды. Внедрение технологии кондиционирования сточных вод участка Латышевский композицией коагулянта Са(ОН)2 и флокулянта ЭР-14937, вводимых дозой 60 мг/л и 16 мг/л,позволило снизить содержание взвешенных веществ в ручье Латышевский с 35 мг/л до 19,6 мг/л (фоновое содержание 19,4 мг/л). Проведение мероприятий, направленных на ограничение поступления грунтовых вод, кондиционирование флокулянтом ПАА (доза 0,2-1 мг/г твердого) оборотных вод на участке Чимкит позволило перевести ГМУ на полностью

оборотное водоснабжение, снизить содержание взвешешшх веществ в промывной воде в 10-30 раз и полностью исключить попадание загрязненных вод в ручей Чимкит. Использование композиции флокулянта ОР-14937 (5-7 мг/л) с коагулянтами Н2804 (20 мг/л) и Са(ОН>2 (20 мг/л) на месторождении Песецкий позволило снизить содержание взвешенных веществ в сточнпх водах до норм ПДК и исключить загрязнение реки Амгунь. Кондиционирование сточных вод ГМУ Херпучинка флокулянтом БапАок N-520^ вводимого в три этапа общей дозой 2-3 мг/л^позволил достичь норм ПДК в водотоке ручья Херпучинка. Годовой экономический эффект от снижения экологического ущерба составил 2807000 рублей в ценах 01.01.1989 г.

ВЫВОДЫ

1. Разработан комбинированный флокуляционно-ультразвуковой способ очистки оборотных и сточных вод от мелкодисперсных минеральных частиц на основе реагентно-ультразвукового разделения минеральных гидросмесей, обеспечивающий возрастание скорости процесса в 6-8 раз, полноты осветления в 3-4 раза, позволяющий снизить расход реагентов в 5-6 раз.

2. Изучено влияние дозировки вводимых флокулянтов различного химического состава и строения и обладающих молекулярной массой от 5102 у.е. до 4,5'Ю9 у.е. на скорость и полноту осветления природных полиминеральных дисперсий. Установлен ряд степени убывания флокуляционной способности флокулянтов и композиций на их основе; (ПААР+ПОЭ) > (ПАА+ПОЭ) > ПОЭ > ПАА-Р > (ОР-14937+ХП) > (ОР-14937+Н2804) > (ОР-14937+СаОН2)> (БапАок Ы-520Р+Н2504) > (БапАок Ы-520Р+СаС)Н2) > ОР-14937 > БапИок Ы-520Р > ГПАА > И-98-2 > ПАА > Нус1гориг > №38 > ХП > АА/ДМАЭМА > КФП > ПДМАЭМА/МХУК > ВМЦ. Определено влияние гранулометрического состава частиц образующих природные минеральные суспензии на скорость и полноту их осаждения при изменении крупности часпц от 0 до 74 мкм в интервале концентраций осаждающих агентов от 0,001 мг/г тв. до 8 мг/г тв.

3. Предложен механизм организации минеральных частиц суспензий во флокулы под воздействием ВРП , учитывающий два варианта связывания частиц макромолекулами. Определен критерий действия каждого из вариантов - макромолекула полимера способна связать не более двух частиц если ее характерный размер меньше или равен трети диаметра связываемых частиц, если характерный диаметр связываемых частиц равен или меньше длины макромолекулы флокуляция идет преимущественно по второму типу, при промежуточных значениях соотношений размеров наблюдается конкуренция двух механизмов связывания частиц.

4. Показано, что применение композиций флокулянтов ионного и неионного типов а также композиций DP-14937+ХП, DP-14937+H2S04, DP-14937+СаОН2, Sanflok N-520P+H2S04 , Sanfiok N-520P+CaOH2 позволяет повысить скорость осаждения суспензий в 2-3 раза при одновременном снижении в 1,2-8 раз расхода реагентов и повышении чистоты осветленной жидкости в 1,2-2,5 раза.

5. Применительно к природным полиминеральным водным дисперсиям установлена зависимость расхода (С) флокулянтов полиакриламидного ряда от средней длины (L) его макромолекул: C=Ki/L, найдено численное значение коэффициента К=1,87'Ю"5 мкм/моль/л.

6. Разработано лабораторное оборудование и предложены технологические схемы и аппараты для реализации флокуляционного осаждения минеральной дисперсии в поле УЗСВ.

7. Оптимизированы схемы водоснабжения, водооборота и водоотведе-ния предприятий россыпной золотодобычи Кербинского, Херпучинского приисков и старательской артели "Прогресс". Проведены промышленные испытания и осуществлено внедрение специального водоочистного технологического оборудования и технологий очистки сточных и оборотных вод с экономическим эффектом 2 807 ООО рублей в ценах 01.01.1989 года.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. A.c. SU 1426950, МКИ AI С 02 F 1/36. Аппарат для осветления суспензий / Ковалев A.A., Лебухов В.И.; ВНИИПИ,- № 4214429/23-26; Заявл. 25.03.87. Опубл. 30.09.88, Бюл. № 36, - 4 е.: ил.

2. Ковалев A.A. Лебухов В.И., Денисова М.А. Кондиционирование оборотных вод флокулянтами на предприятиях россыпной металлодобычи // Колыма. -1989.N7. -С.24-25.

3. Ковалев A.A., Лебухов В.И., Денисова М.А. Высокомолекулярные флокулянты для кондиционирования оборотных и сточных вод при обогащении россыпных месторождений. // Химия и технология воды.-1989. 11, N 5. -С.445-448

4. Флокуляционная очистка в спиральных обезвоживателях /Богданов Е.И., Ковалев A.A., Лебухов В.И. // Тез. докл. Всес. конф. "Проблемы очистки вод и создание водооборотных сист. Одесса, октябрь 1989г.) -М.: 1989. -С.67-68.

5. Применение полиакрнламидных флокулянтов для кондиционирования оборотных и сточных вод предприятий россыпной металлодобычи: методические рекомендации / Ковалев A.A., Лебухов В.И., Денисова М.А.: -Владивосток: ИГД ДВО АН СССР. 1989. - 22 С.

6. Изыскание высокоэффективных флокулянтов для кондиционирования оборотных и сточных вод предприятий россыпной металлодобычи /Ковалев

A.А.,Лебухов В.И.Денисова МЛ. // в кн. "Совершенствование добычи и переработки твердых полезных ископаемых Дальнего Востока. -Владивосток: ДВО АН СССР. 1989, -С. 132-140

7. Влияние длины макромолекулы полиакриламидного флокулянта на его расход при агрегации минеральных суспензий. / Ковалев A.A., Лебухов

B.И., Денисова М.А // в книге "Проблемы комплексного освоения минерального сырья в ДВЭР." -Хабарозск. 1989.-С.90-95

8. Проблемы водоподготовкн при переработке россыпных месторождений Северо-Востока СССР. / Ковалев A.A., Лебухов В.И. // Сб. научн. тр. "Проблемы и перспективы развития горного дела на Северо-Востоке СССР. Матер, научн.-практ. семинара. Июнь 1990 г". Часть 2./ Якутск,: ИГД Севера СОАН СССР, 1990, - С. 381-387.

9. Кондиционирование оборотных и сточных вод, содержащих тонкодисперсные минеральные частицы. / Ковалев A.A., Лебухов В.И., Гурман М.А.,Уткин A.B. // в кн. "Управление свойствами и переработка дисперсных материалов. Дальнего Востока". -Владивосток: ДВО АН СССР, 1990. -

C.112-118

10. Лебухов В.И., Ковалев A.A. Влияние размера илисто-глинистых частиц на флокуляцию их суспензий водорастворимыми полимерами // Химия и технология воды.-1990.-12, N 1.-С.21-26

11. Лебухов В.И., Белозеров Г.П. Использование композиции флокулянтов при очистке загрязненных илисто-глинистыми частицами вод предпред-приятий россыпной металлодобычи // Химия и технология воды - 1990.-12, N 9. -С.829-833

12. Использование полиоксиэтилена в качестве флокулянта для осаждения илисто-глинистых частиц при разработке золотоносных россыпей. / Лебухов В.И. // в кн. Современные исследования по проблеме ПЭО: сборник научных трудов.: ДСП/НИИХТ, Новосибирск-Черкассы: ЧФ НИИТЭХИМ, 1991.-С.52-65.

13. A.c. SU 1639708, МКИ Al В01 D21/00 С02 Fl/56. Способ осветления глинистых суспензий. / Ковалев A.A.,Лебухов В.И.,Денисова М.А; ВНИИПИ.-№4462886/26; Заявл.18.07.88. Опубл. 17.04.91, Бюл. №3, -2с.

14. Флокуляционное осаждение суспензий ультразвуком, сформированным в виде ультразвуковой стоячей волны. / Лебухов В.И. // Тезисы Всес. конф. по вибрационной технике (октябрь 1991г. Батуми). -Тбилиси, -1991. -С.32.

15. Лебухов В.И. Влияниние размера макромолекул флокулянтов на фло-куляцию илисто-глинистых суспензий // Химия и технология воды.-1992. -14, N 7. - С. 491-498,

16. Перспективное приборное устройство для мониторинга водных объектов. / Бадалян A.M., Вайнер Б.Г., Лебухов В.И. // Матер, науч. практ. конф. "Результаты мониторинга подземных вод на Дальнем Востоке России за 1945-1995 гг..."ДВГАПС. - Хабаровск, 1995, С. 57-58.

17. Перспективный метод оперативного контроля качества воды / Вайнер Б.Г., Лебухов В.И. // Управление устойчивым водопользованием: материалы Всероссийской научно-практической конференции (Москва, 6-7 февр.1997). Министерство природных ресурсов, Центр подготовки и реализации международных проектов, РосНИИВХ. -Москва-Екатеринбург, 1997. С.52-53.

Заказ № 1972. Тираж 100 экз. Отпечатано в ООП краевого комитета государственной статистики