Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ САПОНИТОВОЙ ПУЛЬПЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ КАЛЬЦИЙАЛЮМОСИЛИКАТНОГО РЕАГЕНТА

Изобретение относится к способам, используемым в области горнорудной промышленности при процессах обогащения алмазоносных кимберлитовых пород для получения оборотной воды, свободной от суспензии глинистых материалов, преимущественно сапонита, путем сгущения суспензии.

Известен способ уплотнения осадков в хвостохранилищах (патент РФ №2475454, опубл. 20.02.2013) позволяющий ускорить образование осадка сапонита NaMg₃[AlSi₃O₁₀](OH)₂⋅4H₂O, обладающего заданной плотностью, из водной суспензии, с осветлением оборотной воды в хвостохранилищах для замкнутого процесса переработки руды.

Недостатком способа является полная зависимость технологического процесса от климатических, временных, температурных показателей и кроме того, требует значительного землеотвода.

Известен способ коагуляции, применяемый для очистки жидкости представляющей водную дисперсную систему (Запольский А.К., Коган А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: свойства. Получение. Применение. - Л. Химия. 1987. - 208 с), состоящую из сапонитового глинистого минерала NaMg₃[AlSi₃O₁₀](OH)₂⋅4H₂O в высокой степени раздробленности (дисперсная фаза 20…40 мкм) взвешенных частиц. Процесс коагуляции, осуществляют путем введение в пульпу раствора сульфата (хлорида) алюминия, который имеет своей целью дестабилизировать дисперсную систему (дисперсная среда-вода) и способствует соединению и слипанию сапонитового глинистого минерала NaMg₃[AlSi₃O₁₀](OH)₂⋅4H₂O чтобы получить агрегацию частиц сапонит-гидрооксид алюминия.

Недостатком способа является высокая коррозионная химическая активности сульфата алюминия при гидролизе Al₂(SO₄)+6H₂O=3Al(ОН)₃твердое+3H₂SO₄ (ионов гидрооксония H₃O⁺) по отношению к технологической аппаратуре, используемой для осадительных процессов (сапонита) осветления воды.

Известен способ обесшламливания оборотных сапонитсодержащих вод и устройство для его реализации (патент РФ №2529220, опубл. 27.09.2014). Объектом исследований являлись сапонитсодержащие водные системы хвостохранилища. Исследовательскими укрупненными испытаниями, выполненными с использованием разработанного электрохимического сепаратора, подтверждена возможность эффективного извлечения и осаждения тонкодисперсных шламов (сапонита), как из оборотной воды с содержанием шламов до 82 г/дм³, так и сливов классификатора с содержанием минерала сапонита 245…265 г/дм³. Удельный расход электроэнергии составил 4-7 кВт⋅ч на 1 м³ исходной или до 5-8,8 кВт⋅ч на 1 м³ осветленной воды. При этом электрохимическое воздействие позволяет получить, независимо от исходной концентрации шламов в пульпе, осветленные сливы с содержанием твердой фазы до 20 г/дм³ и сапонитсодержащий продукт с содержанием твердой фазы до 600 г/дм³ при извлечении более 80%. Доочистка слива в пакетном сгустителе обеспечивает содержание в нем твердой фазы 3-15 г/дм³.

Недостатком способа является очень большой расход электроэнергии: исходя из составленного материального баланса количество оборотной сточной воды составляет 2500 м³/час, которое необходимо очистить для того чтобы создать замкнутую систему вооборота для комплексной переработки сапонитовой руды. Даже при минимальной цене 5 кВт⋅ч на 1 м³ осветленной воды и часовом расходе 2500 м³/час. Расход электроэнергии составить 12500 кВт⋅ч. При годовом обороте воды, используемой в технологическом процесс 12500×8150=101875000 квт. При этом необходимо учесть, что очистке подвергнется только сапонитсодержащий продукт с содержанием твердой фазы до 600 г/дм³ при извлечении более 80%.

Известен способ сгущения сапонитовой суспензии (патент РФ №2448052, опубл. 20.04.2012), путем оседания сапонитовых частиц для последующего отделения образующегося осадка, с последующей обработкой углекислым газом под давлением до 2 кгс/см². Количество углекислого газа вводят в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка.

Недостатком способа является большой расход углекислого газа, который не отвечает стехиометрическим соотношениям реакции и уже по этим показателям данный способ является экономически не выгодным и кроме того избыточная обработка карбонатов кальция и магния повышает их растворимость и общую минерализацию воды. Таким образом, введение углекислого газа в сапонитовую суспензию под давлением до 2 кгс/см² в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка не увеличивает скорость ее сгущения при отстаивании, поскольку повышает растворимость карбонатов кальция и магния и ухудшает свойства воды, повышая ее минерализацию.

Известен способ сгущения суспензии методом отстаивания (Невзоров А.Л., Коршунов А.А. Исследование свойств хвостовых отложений как источника техногенной нагрузки на окружающую среду. «Лесной журнал». 2007. №4, стр. 140-144), принятый за прототип, при котором происходит отделение частиц водной суспензии под действием силы тяжести. Авторами были проведены лабораторно экспериментальные опыты в результате которых было выявлено, что процесс седиментации происходит очень медленно. Исследования показали, что через 50 суток, процесс осаждения не прекратился, донные отложения находятся в воде во взвешенном состоянии. В естественных условиях, когда надводные потоки гидросмеси падают в пруд-отстойник, вызывая вовлечение седиментирующих отложений, процесс осаждения твердой фракции хвостов происходит еще медленнее, процесса седиментации заканчивается через 1,5 года. Скорость оседания частиц зависит от их размера, плотности и от вязкости среды.

Основным недостатком данного способа является длительность процесса отстаивания суспензии с наличием таких мелкодисперсных частиц, как частицы сапонита, без ввода коагулянтов, имеющих свойство связывать частицы сапонита и увеличивать скорость отстаивания пульпы, процесс отстаивания может привести к увеличению занимаемых площадей, отведенных под хвостохранилище, а наличие в воде частиц сапонита во взвешенном состоянии ухудшит качество и увеличит расход оборотной воды для обогатительной фабрики.

Техническим результатом изобретения является получение очищенной воды в соответствии с СанПиН 2.1.5.980-00 с вовлечением в процесс очистки всех технологических вод после процесса обогащения, а это позволит организовать систему оборотного водоснабжения обогатительной фабрики, позволяющую сократить расход свежей воды, и исключить сброс производственных стоков, а использование натуральных минеральных неорганических веществ входящих в состав кальцийалюмосиликатного реагента позволит снизить нагрузку на окружающую среду региона добычи и увеличить скорость седиментации пульпы.

Технический результат достигается тем, что пульпу с классом крупности 71 мкм и содержанием взвешенных веществ 90 г/л разбавляют водой в соотношении 1:5, интенсивно перемешивают 5-7 мин, и затем полученную смесь осаждают 120 мин за счет ввода кальцийалюмосиликатного реагента составом в мас. %: СаО - 63-66; SiO₂ - 21-24; Al₂O₃ - 4-8% и Fe₂O₃ - 2-4% в количестве от 2 до 5 г на 400-500 мл разбавленной пульпы.

Способ осаждения сапонитовой пульпы с применением кальцийалюмосиликатного реагента поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 - исходная сапонитовая пульпа, разбавленная водой в соотношении 1:5 в которую добавлен кальцийалюмосиликатный коагулянт и перемешена в течении 5-7 минут при комнатной температуре;

фиг. 2 - сапонитовая пульпа, подвергнутая отстаиванию в течении 30 минут при комнатной температуре;

фиг. 3 - сапонитовая пульпа, подвергнутая отстаиванию в течении 75 минут при комнатной температуре;

фиг. 4 - сапонитовая пульпа, подвергнутая отстаиванию в течении 120 минут при комнатной температуре;

Способ осуществляется следующим образом. Сапонитовую пульпу разбавляют в стакане водой (Фиг. 1) в соотношении 1:5 при комнатной температуре проводят процесс перемешивания в течении от 5 до 7 минут. Из полученного таким образом раствора сапонит, в течении 120 минут (Фиг. 2) осаждают методом коагуляции с введением кальцийалюмосиликатного реагента, в зависимости от консистенции пульпы (содержание взвешенных частиц варьирует в диапазоне 90 г/л класс крупности минерала -71 мкм), в количестве от 2 до 5 г. Осаждение сапонита происходит при комнатной температуре. Сапонит осаждается на дне стакана в виде суспензии (Фиг. 3), верхний слой чистой воды используется для промывки алмазоносной руды (Фиг. 4).

Пример 1

Образец оборотной воды слива со спиральных классификаторов после процесса обогащения алмазоносной сапонитовой глины представлен в объеме 250 мл класс крупности минерала - 71 мкм, содержание взвешенных веществ 90 г/л был разбавлен (в соотношении 1:1) до 250 мл чистой водой в мерных стаканах с применением 2 г кальцийалюмосиликатного реагента (состав коагулянта в мас. %: СаО - 63-66; SiO₂ - 21-24; Al₂O₃ - 4-8% и Fe₂O₃ - 2-4%) после интенсивного перемешивания в течении 2 минут приводили в статистическое моделирование процесса осаждения. Через 2 ч наблюдается 10 мл чистой воды без взвесей, плотность осадка составила 14,4%) по твердому веществу.

Пример 2

Образец оборотной воды слива со спиральных классификаторов после процесса обогащения алмазоносной сапонитовой глины представлен в объеме 120 мл класс крупности минерала - 71 мкм, содержание взвешенных веществ 90 г/л был разбавлен (в соотношении 1:3) до 360 мл чистой водой в мерных стаканах с применением 3 г кальцийалюмосиликатного реагента (состав коагулянта в мас. %: СаО - 63-66; SiO₂ - 21-24; Al₂O₃ - 4-8% и Fe₂O₃ - 2-4%) после интенсивного перемешивания в течении 5 минут приводили в статистическое моделирование процесса осаждения. Через 2 ч наблюдается 53 мл чистой воды без взвесей, плотность осадка составила 12,3%) по твердому веществу.

Пример 3

Образец оборотной воды слива со спиральных классификаторов после процесса обогащения алмазоносной сапонитовой глины представлен в объеме 80 мл класс крупности минерала - 71 мкм, содержание взвешенных веществ 90 г/л был разбавлен (в соотношении 1:5) до 400 мл чистой водой в мерных стаканах с применением 5 г кальцийалюмосиликатного реагента (состав коагулянта в мас. %: СаО - 63-66; SiO₂ - 21-24; Al₂O₃ - 4-8% и Fe₂O₃ - 2-4%) после интенсивного перемешивания в течении 7 минут приводили в статистическое моделирование процесса осаждения. Через 2 ч наблюдается 120 мл чистой воды без взвесей, плотность осадка составила 10,4%) по твердому веществу.

Представленные примеры позволяют сделать вывод, что из-за обладания более высокой дисперсностью и соответственно емкостью обмена сапонит по сравнению с другими минеральными группами монтмориллонита, а также плотности 2,3-2,5 г/см³ и твердости по Моссу 2,5 и размера частиц в 40 микрон сапонит обладает исключительно высокой устойчивостью в водной среде.

Таким образом, интенсивное перемешивание в течении 5-7 мин пульпы с классом крупности 71 мкм и содержанием взвешенных веществ 90 г/л и разбавленной водой в соотношении 1:5 и введение кальцийалюмосиликатного реагента (состав коагулянта в мас. %: СаО - 63-66; SiO₂ - 21-24; Al₂O₃ - 4-8% и Fe₂O₃ - 2-4%) в количестве от 2 до 5 г на 400-500 мл увеличивает скорость ее сгущения при отстаивании, за счет того, что полученный реагент обладает каогуляционными свойствами, который связывает частицы сапонита в укрупненные агрегаты, это обеспечивает возможность не только оседания частиц на дно и выталкивание на поверхность чистой воды, но и связывание сапонитового шлама дамбы хвостохранилища от дальнейшего разрушения.