ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Сточными водами обогатительных фабрик называют удаляемые за пределы фабрик воды, загрязненные отходами и вредными примесями. Характеристика сточных вод зависит от состава обогащаемых руд и способов их обогащения, а также от свойств применяемых реагентов. Правильное решение водно-шламового хозяйства обогатительных фабрик сводится к тому, чтобы движение воды на фабрике было замкнутым, т. е. все осветленные воды на обогатительной фабрике после тщательной очистки полностью возвращались бы в процесс обогащения.

Выбор схем оборотного водоснабжения зависит от типа перерабатываемых полезных ископаемых и различных методов обогащения.

Состав сточных вод обогатительных фабрик достаточно сложен: он зависит от минерального состава полезного ископаемого и принятого метода обогащения. К стокам обогатительных фабрик относятся хвостовые суспензии, сливы сгустителей и фильтраты вакуум-фильтров. Хвосты составляют 60—90 % объема всех сточных вод обогатительной фабрики. Содержание твердого в хвостах составляет 15—35%. Обычно хвосты, сливы сгустителей и фильтраты объединяют и совместно откачивают в хвостохранилища.

Сточные воды фабрик, использующих магнитные и гравитационные процессы обогащения, загрязнены в основном грубодисперсными примесями, состоящими из породных частичек различной крупности. В сточных водах фабрик с флотационными методами обогащения содержатся флотореагенты — собиратели, пенообразователи и регуляторы. Кроме того, при обогащении сульфидных руд поверхности минералов окисляются, в результате в стоках находятся катионы цветных металлов и другие соединения, являющиеся результатом взаимодействия поверхностей минералов с реагентами.

К основным загрязняющим веществам сточных вод обогатительных фабрик относятся.

1. Грубодисперсные примеси — хвосты фабрик с флотационными, гравитационными процессами и с мокрой магнитной сепарацией. Концентрация вредных веществ в сбрасываемых сточных водах, согласно Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения, не должна превышать 0,25 мг/л для водоемов хозяйственно-питьевого назначения и 0,75 мг/л для водоемов рыбохозяйственного значения.

2. Кислоты и щелочи, которые подают в технологический процесс в качестве реагентов-регуляторов. В любых водоемах рН среды должен быть в пределах 6,5—8,5.

3. Ионы цветных и черных металлов, концентрация которых
определяется в основном минеральным составом перерабатываемых руд.

4. Ксантогенаты и дитиофосфаты, применяемые при обогащении руд цветных металлов и придающие воде неприятный специфический запах.

5. Сернистый натрий, применяемых на многих обогатительных
фабриках и обладающий неприятным запахом. Сульфиды в воде должны отсутствовать.

6. Цианиды (очень токсичные реагенты), применяемые при обогащении руд цветных металлов, а также на золотоизвлекательных фабриках, использующих цианирование как основной процесс при переработке золотосодержащих руд.

7. Роданиды (очень токсичные реагенты), образующиеся в сточных водах при взаимодействии сульфидов с цианидами.

8. Фториды, присутствующие в сточных водах при обогащении
барит-флюоритовых руд и других полезных ископаемых с помощью плавиковой кислоты и кремнефтористого натрия.

9. Фенолы и крезолы, применяемые на фабриках в качестве реагентов. Фенолы и крезолы не токсичны, но обладают неприятным запахом, особенно если воду подвергают хлорированию. В настоящее время на обогатительных фабриках наблюдается тенденция перехода на бесфенольные флотореагенты. Предельно допустимая концентрация (ПДК) фенола 0,001 мг/л.

10. Нефтепродукты — наиболее распространенные флотореагенты при обогащении углей, медно-молибденовых и молибденово-вольфрамовых руд, а также других полезных ископаемых. Нефтепродукты придают неприятный запах и привкус воде.

11. Прочие флотореагенты, применяемые на обогатительных фабриках. Предельно допустимые концентрации некоторых реагентов (мг/л) следующие: таловое масло и сосновое масло 0,2; терпинол 0,05; ОПСМ 7; СПСБ 0,5; АНП 0,05.

Солевой состав стоков обогатительных фабрик может характеризоваться повышенным содержанием сульфатов, хлоридов и карбонатов. В Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами указано, что концентрация солей в воде водоемов не должна превышать по сухому остатку 1000 мг/л.

Выпуск сточных вод в водоемы допускается в случаях, если содержание в них различных химических элементов не превышает ПДК. Сточные воды с содержанием примесей выше ПДК необходимо подвергать очистке или, если это возможно, разбавлять чистой водой.

Сточные воды очищают физическими, химическими, физико-химическими и биохимическими методами.

Для удаления из сточных вод грубодисперсных частиц применяют отстаивание в поле сил тяжести и центробежных сил, а также фильтрование через слой зернистого материала. Фильтрование через решетки и сита предназначено для предварительного удаления наиболее крупных предметов из сточных вод.

Удаление грубодисперсных примесей из сточных вод может осуществляться в две ступени: в первую удаляют наиболее грубые взвеси, а во вторую — более тонкие.

Для удаления грубых взвесей применяют песколовки с прямым и круговым движением воды, а также открытые гидроциклоны.

Тонкодисперсные примеси удаляют в отстойниках и осветлителях различных типов. Для увеличения скорости осаждения тонких частиц в сточные воды подают коагулянты и флокулянты. На обогатительных фабриках в качестве отстойников и осветлителей применяют сгустители, пирамидальные отстойники, шламовые бассейны, илонакопители и хвостохранилища.

Экстракционную очистку сточных вод применяют при относительно высокой (более 2 г/л) концентрации в сточных водах органических соединений. Сущность метода заключается в следующем. В сточные воды подают экстрагент, в котором растворяются органические соединения, находящиеся в стоках. После растворения органических соединений их концентрация в экстрагенте во много раз превышает их концентрацию в сточных водах. Экстрагент выделяют из сточных вод, подвергают регенерации, извлекая органические соединения, и снова используют для экстракционной очистки сточных вод.

К экстрагенту, применяемому для очистки сточных вод, предъявляют следующие требования: он должен хорошо растворять извлекаемое органическое вещество и быть нерастворимым в воде; плотность экстрагента должна быть больше плотности воды для их относительно простого разделения. Кроме того, желательно, чтобы регенерация растворителя осуществлялась более легкодоступными методами без потерь экстрагента.

При очистке сточных вод в качестве экстрагентов широко применяют хлороформ, четыреххлористый углерод, диизопропиловый и дибутиловый эфиры, бутилацетат, бензол, толуол.

Для смешивания экстрагента с водой в промышленных условиях используют метод противоточной экстракции, при котором экстрагент и вода движутся навстречу друг другу. При этом сточные воды, как более легкая фаза, движутся снизу вверх, а экстрагент — сверху вниз. Экстрагент распределяется по объему экстракционной колонны с помощью насадок, тарелок или механическим перемешиванием.

Внутренняя полость экстракционной колонны 1 (рис. 108) заполнена насадками 2 для равномерного распределения экстрагента по всему объему колонны. Экстрагент подают в колонну в ее верхней части. С целью интенсификации очистки, экстрагент подают в нескольких точках через инжекторы, распыляющие его на мелкие капли. Скорость движения сточных вод в колонне должна быть на 15—20% ниже критической. Критической называют скорость движения сточных вод, при которой экстрагент выносится сточными водами из колонны.

Для экстрагирования могут применяться колонны с перфорированными сетчатыми насадками, колонны с подвижньши сетчатыми насадками, центробежные экстракторы и экстракторы смесительно-отстойного типа.

Чаще всего экстракцию применяют для очистки сточных вод от фенолов.

Процесс ионного обмена используют для очистки сточных вод от многих органических и неорганических соединений, а также от катионов цветных металлов. При химической очистке стоков от катионов цветных металлов с помощью подачи извести или едкого натра и осаждения в виде гидратов окислов не всегда удается полностью очистить стоки. Кроме того, осаждение гидратов окислов требует строгого поддержания рН стоков на определенных значениях. К недостаткам химического способа очистки относятся значительные расходы извести и большее объемы получаемых осадков гидратов окислов металлов. Использование более совершенных процессов ионного обмена позволяет практически полностью выделять из сточных вод катионы цветных металлов и утилизировать полученные металлы.

Теория процесса ионообмена заключается в следующем: строение ионита таково, что он состоит из каркаса, связанного валентными силами (силами решетки). Каркас имеет положительный или отрицательный заряд, который компенсируется подвижными противоионами противоположного знака; последние могут быть заменены другими ионами того же знака.

Каркас катионита представляет собой высокомолекулярный полианион, а каркас анионита — поликатион.

Катионит с противоионами, представляющими собой ионы водорода в форме Н⁺, является нерастворимой высокомолекулярной кислотой. Анионит в ОН⁻ форме представляет собой нерастворимое основание. Различают органические, неорганические и синтетические ионообменники. Ионообменные смолы представляют собой твердые, нерастворимые в воде вещества, способные поглощать из раствора положительные или отрицательные ионы.

Максимальное количество ионов, поглощаемых обменным путем 1 г ионита, называют емкостью поглощения. Она может достигать 6—10 мэкв/г. Ионообменное равновесие зависит от природы ионита, гидратации обменивающихся ионов и их концентраций в ионите и в растворе. Время, необходимое для достижения ионообменного равновесия, зависит от режима перемешивания жидкости, структуры ионитов и их проницаемости для противоионов. Ионный обмен — это диффузионный процесс, скорость которого определяется скоростью наиболее медленно протекающих процессов — диффузией ионов из раствора в ионит, химической реакцией двойного обмена ионов в ионите и диффузией вытесняемых ионов из ионита в объем раствора.

В сточных водах обычно содержатся различные катионы цветных металлов, поэтому в таких условиях важное значение приобретает селективность поглощения катионов ионитами. Так, при ионном обмене на сульфокатионите КУ-2 по энергии вытеснения ионы располагаются в следующий ряд:

Н⁺ < Na⁺ < NH₄⁺ < Mg²⁺ < Zn²⁺ < Co²⁺ < Cu²⁺ < Cd²⁺ < Ni²⁺ <

Сточные воды очищают при фильтровании со скоростью до 0,16 м/мин через неподвижный или псевдоожиженный слой ионита. Чаще используют очистку стоков во взвешенном слое, так как в этом случае частицы ионитов перемещаются по всему объему колонны и постоянно перемешиваются. Скорость

очистки в таком слое выше, чем в неподвижном. Применение взвешенного слоя не требует тщательной очистки сточных вод от взвешенных твердых примесей.

По мере замещения в смолах противоионов катионами цветных металлов плотность зерен ионитов существенно увеличивается, поэтому такие зерна перемещаются в нижние слои ионита, откуда ионит отводится на регенерацию. В настоящее время известно несколько конструкций ионообменных колонн для очистки сточных вод во взвешенном слое. Наиболее часто применяют ионообменные колонны с решетками и коническими переточными трубами (рис. 110).

В ионообменной колонне 3 на разной высоте установлены беспровальная 2 и провальная 1 решетки. В беспровальных решетках смонтированы конические переточные воронки 6. В верхней части колонны предусмотрены кольцевой сливной желоб 4 и коническая воронка 5 для подачи ионита.

Сточная вода подается в нижнюю часть колонны и перемещается с определенной скоростью снизу вверх, создавая на беспровальных решетках взвешенный слой ионита. Очищенная вода отводится из колонны через кольцевой желоб. При насыщении ионита увеличивается его плотность, поэтому он перемещается по решеткам с верхнего слоя в нижний через переточные воронки. Насыщенный ионит отводится из конического днища колонны и при помощи аэролифта 7 подается сверху в регенерационную колонну 8, регенерационный раствор поступает в колонну снизу. Из колонны отрегенерированный ионит подается в промывную колонну 9. Отмытый ионит снова возвращается в ионообменную колонну.

К особенностям ионообменного метода очистки сточных вод относят возможность очистки практически до любой степени и утилизации ценных компонентов, выделяемых из очищаемых стоков. Метод ионного обмена для очистки Сточных вод пока довольно редко применяют на обогатительных фабриках. Первая промышленная ионообменная установка построена на Зыряновской обогатительной фабрике для очистки сливов сгустителей, содержащих цианиды.

Схемы флотационных установок показаны на рис. XIV.2. На обогатительных фабриках применяют флотацию для очистки оборотных вод с использованием обычных флотационных машин.

При обработке больших масс воды для диспергирования воздуха применяют фильтрасные пластины. Продолжительность фильтрации 15—45 мин. Применяют также электрофлотацию, при которой твердые примеси оседают на пузырьки газа, образующиеся при электролизе. Размер пузырьков в этом случае меньше, чем при обычной флотации, а эффект очистки больше.

Таблица 21 Кинетика изменения концентрации флотационных реагентов в сточных водах хвостохранилища

Во всех случаях наблюдается снижение окисляемости и уменьшение концентрации реагентов (табл. 21).

Снижение концентрации цианидов в сточных водах объясняется их выдуванием в виде синильной кислоты, что обусловлено снижением рН среды, а также их биохимическим окислением. Фенолы разрушаются очень медленно и только летом.

Скорость разложения ксантогенатов зависит от их спиртового радикала. Ксантогенаты с низким спиртовым радикалом, например этиловые, разлагаются значительно быстрее ксантогенатов с высоким радикалом. Ксантогенаты окисляются кислородом воздуха, растворенным в жидкой фазе стоков. В сточных водах хвостохранилища происходит разложение дитиофосфатов, поверхностно-активных веществ и других реагентов.

Таким образом, хвостохранилища обогатительных фабрик являются не только аккумулирующими, но и очистными сооружениями.

Сточные воды хвостохранилищ направляют на последующую очистку, если содержание в них вредных примесей превышает ПДК.

Выбор схемы очистки сточных вод зависит от состава вредных веществ и их концентрации, объемов сбрасываемых в естественные водоемы стоков, технологической обоснованности сброса сточных вод. Для предотвращения загрязнения водоемов и рационального использования водных ресурсов на обогатительных фабриках все шире внедряют системы оборотного водоснабжения. Сточные воды, подаваемые в оборот, очищают теми же методами, что и при очистке стоков, сбрасываемых в водоемы. Глубина очистки оборотных вод всегда меньше, так как в них допускаются более высокие концентрации примесей. Поэтому при выборе и обосновании схемы очистки сточных вод следует учитывать возможность использования стоков в системе оборотного водоснабжения и отдавать предпочтение простым и дешевым способам очистки. Химические методы применяют только в том случае, если простыми методами невозможно добиться желаемой глубины очистки сточных вод.

При разработке схемы необходимо предусматривать возможность применения локальных способов очистки, так как на практике возможны случаи, когда вредными веществами загрязнены либо только сливы сгустителей, либо только хвостовая суспензия. В таких случаях нельзя допускать смешивания без предварительной локальной очистки загрязненных продуктов обогащения.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: