Введение к работе
Актуальность темы. Сапонит является основной минеральной компонентой отходов недавно открытого Архангельского месторождения полезных ископаемых. Попадая при обогащении в водную среду, минерал образует тонкодисперснув пульпу чрезвычайно устойчивую к осаждении, что существенно затрудняет процесс очистки технологической вода. Низкая скорость седиментации сапонитовых частиц и малая плотность образуемого ими осадка при промышленной разработке месторождения создадут необходимость строительства крупного хвостохранилща, что приведет к чрезвычайно неблагоприятным последствиям для окружающей среды. В связи с этим возникает необходимость разработки способа ускоренной седиментации сапонитовой пульпы, позволяющего существенно оптимизировать процесс очистки технологической вода от тонкодасперсных частиц и уменьшить объем осадка. Это даст возможность повторно использовать в технологическом цикле осветляемую воду и значительно сократит емкость хвостохранилща.
Помимо практического интереса изучение процессов структу-рообразования сапонитовых осадков имеет важное теоретическое значение. В большинстве проводимых до настоящего времени исследований изучались процессы структурообразования в водных дисперсиях каолинита, монтмориллонита и гидрослюды. Оценка микроструктур осадков этих минералов осуществлялась в основном на качественном уровне. Изучение процессов структурообразования в суспензиях достаточно редкого минерала сапонита позволило расширить знания о закономерностях развития этого процесса. Применение методов математической обработки РЭМ изображений дало возможность проследить изменения микроструктуры сапонитовых осадков в зависимости от различных фазико-химических факторов не только на качественном уровне, но и количественно оценить их влияние на параметры микроструктуры.
Одной из самых важных проблем при создании хвостохранилищ является расчет объема отходов, образующихся в процессе обогащения. Прогноз консолидации сапонитового осадка за время разработки месторождения позволил провести более точные расчеты необходимой емкости хвостохранилица Поморского ГОКа.
Цель работа заключалась в комплексном исследовании процессов структурообразования глинистых осадков на стадии седименто-генеза в зависнмоти от различных физико-химических факторов и прогнозе консолидации сапонитовой толщи в процессе ее накопления в хвостохранилище.
Доя достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи;
1. Установление закономерностей процессов коагуляции и седиментации сапонитовых суспензий с целью разработки способа ускоренной очистки технологических вод Поморского ГОКа.
3. Разработка способа компрессионных испытаний нелитпфици-рованннх, высокопористых, водонасыщенных глинистых осадков.
-
Прогноз консолидации толщи сапонитового осадка с учетом увеличения его мощности во времени.
-
Проведение научно-обоснованных расчетов объема осадка в хвостохранилище Поморского ГОКа с учетом специфики процессов его седиментации и консолидации.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые проведено комплексное исследование процессов структурообразования техногенных сапонитовых осадков год воздействием различных физико-химических факторов, проведена количественная оценка изданеннй микроструктур осадков в зависимости от условий их седиментации. Выявлены закономерности процессов коагуляции я седиментации сапонитовых суспензий год воздействием природных коагулянтов - подземных минерализованных вод. Определены компрессионные характеристики сапонитового осадка с применением оригинального способа "бесптамповых" испытаний. Впервые проведено математическое моделирование и выявлены закономерности процесса консолидации толщи техногенного сапонитового осадка под собственным весом в процессе его накопления.
Основные защищаемые положения;
-
Впервые установлены зависимости процессов структурообразования техногенных сапонитовых осадков от комплекса физико-химический факторов.
-
Разработан (в соавторстве) новый экологически безвредный способ ускоренной очистки сапонитовой пульпы с помощью природных подземных минерализованных вод.
-
Разработан новый "бештамповий" способ компрессионных испытаний слабых, высокопористых, водонасыщенных, тонкодиспэрс-ных осадков.
-
Впервые выполнен прогноз консолидации сапонитового осадка под собственным весом с учетом увеличения его мощности во времени.
Методы исследования. Основные положения а выводы диссертационной работы обосновываются теоретическими и экспериментальными исследованиями, которые автор проводил в течение четырех лет на кафедре инженерной геологии и охраны геологической среды геологического факультета МГУ им. Ы.В. Ломоносова, а таю» в инженерно-геологическом и геоэкологическом научном центре РАН.
За это время автором был выполнен комплекс экспериментальных исследований по изучению состава, свойств и микроструктуры большого числа образцов сапонитовых осадков, полученных в лабораторных и промышленных условиях. Проведено около двухсот пятидесяти лабораторных опытов по моделированию процессов структу-рообразования в глинистых суспензиях в зависимости от различных физико-химических факторов. В процессе лабораторных исследований использовались современные методы и методики, включающие просвечивающую и высокоразрешапцую растровую электронную микроскопию, комплекс для анализа РЭЫ изобретений (РЭМ - микро ЭВМ), рентгеноструктурный, термический и другие виды анализов. Помимо лабораторных исследований был осуществлен полупроизводственный эксперимент на горно-обогатительной фабрике в поселке Поморье, по проверке разработанного автором совместно с В.И. Осиповым способа ускоренной очистки сапонитовой пульпы. Компрессионные исследования сапонитового осадка производились на 60 образцах с использованием разработанного автором нового способа "бесштам-повых" испытаний. При обработке экспериментальных данных использовалось математическое моделирование с применением точных расчетных методов.
Практическое значение работы заключается в том, что в ней на основании установленных закономерностей процессов структуро-образования сапонитовых осадков разработан новый экономичный и экологически чистый способ очистки технологических вод горнообогатительного комбината, который могет быть использован при
разработке Архангельского местороздения алмазов. Экономический эффект от внедрения этого способа по сравнению с часто используемым методом очистки сточных вод с применением полиакриламида может составить до 800 млн.руо. (по ценам 1987 г.). Разработанная методика расчета объемов отходов ГОКа, учитывающая специфику процессов структурообразования и консолидации сапонитового осадка, позволяет научно обосновать необходимую емкость проектируемого хвостохранилшца.
Апробация работы и публикации. Основные полояения и результаты диссертационной работы докладывались>и обсувдались на научно-практической конференции "Экологические проблемы региона и основные направления рационального природопользования, расширенного воспроизводства природных ресурсов'' (Архангельск, 1991 г.), на 16, 18 и 20 конференциях молодых ученых геологического факультета МТУ (1989, 1991, 1993 гг.).
По темз диссертации опубликовано 4 научных статьи.
Структура и объем работы. Диссертация излоЕвна на 180 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков и 20 таблиц, состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованной литературы, включающего 170 наименований.
Похожие диссертации на Процессы структурообразования и консолидации техногенных сапонитовых осадков (в связи с созданием хвостохранилища Поморского ГОКа)
