Содержание к диссертации
Введение
I. Современное состояние проблемы очистки сточных и оборотных вод горнодобывающего комплекса .
1.1. Обоснование необходимости очистки сточных и оборотных вод от загрязнения минеральными дисперсиями. 9
1.2. Методы кондиционирования и очистки сточных и оборотных вод от минеральных дисперсий . 16
1.3. Воздействие ультразвуковых волн на тонкодисперсные илисто-глинистые суспензии. 21
1.4. Седиментация илисто-глинистых дисперсий полиэлектролитами в поле ультразвуковых стоячих волн. 27
1.5. Цели и задачи исследования 32
II. Анализ и характеристика сточных и оборотных вод золотодобывающих предприятий юго-запада Читинской области .
2.1. Методы исследования. 34
2.1.1. Термографические исследования глинистых фракций 3 5
2.1.2. Рентгеноструктурный анализ глинистых конгломератов 38
2.1.3. Анализ вещественного состава глинистой фракции сточных вод. 43
2.2. Характеристика системы сточного и оборотного водоснабжения . 47
2.3.Экспериментальное исследование электрокинетических параметров тонкодисперсных илисто-глинистых суспензий в поле ультразвуковых волн. 50
2.4. Влияние ультразвуковых волн на реологические параметры илисто-глинистьгх дисперсных систем. 56
2.5. Выводы. 65
III. Исследование процесса флокуляции илисто-глинистых тонко дисперс ных систем в условиях воздействия ультразвуковых волн .
3.1. Физико-химическое обоснование зависимости изменения скоростей седиментации в поле ультразвуковых волн. 66
3.2. Изучение зависимости процесса флокуляции от структуры глинистых конгломератов в поле ультразвуковых волн . 79
3.3. Воздействие ультразвуковых волн в присутствии полимеров на степень осветления сточных и оборотных вод 85
3.4. Построение математической модели процесса седиментации дисперс ных частиц в поле ультразвуковых волн. 92
IV. Гидротехнические объекты золотороссыпных юго-западных месторождений
4.1. Характеристика водозаборных сооружений. 100
4.2. Водопотребление и накопление взвешенных частиц в отстойниках золотороссыпных месторождений . 111
4.3. Выводы. 120
V. Эффективность промышленного использования ультразвуковых волн в комплексе с полимерами для очистки сточных и оборотных вод золото россыпных месторождений .
5.1. Экономический ущерб предприятия от сброса загрязненных сточных и оборотных вод в поверхностные водные объекты. 121
5.2. Экономическая эффективность использования ультразвуковых волн в процессах очистки сточных и оборотных вод. 127
5.3 .Выводы. 134
Общие выводы и рекомендации 135
Список литературы 13 8
Приложения 150
- Методы кондиционирования и очистки сточных и оборотных вод от минеральных дисперсий
- Характеристика системы сточного и оборотного водоснабжения
- Изучение зависимости процесса флокуляции от структуры глинистых конгломератов в поле ультразвуковых волн
- Водопотребление и накопление взвешенных частиц в отстойниках золотороссыпных месторождений
Введение к работе
Актуальность работы: Анализируя работу горнодобывающих предприятий, молено сделать вывод о наличии серьезной проблемы, связанной с качеством сточных и оборотных вод. При разработке глинистых месторождений происходит значительное накопление тонкодисперсных илисто-глинистых примесей, а так же ионов тяжелых металлов. Вовлечение в переработку россыпных месторождений со значительным содержанием мелкого золота остро ставит вопрос о качестве оборотной воды. Эффективность улавливания мелкого золота находиться в прямой зависимости от реологических параметров системы. Для минеральных суспензий структурообразование является нежелательным явлением, т.к. сильно затрудняет осаждение зерен золота на шлюзах. Накопление в сточных и оборотных водах тонкодисперсных илисто-глинистых частиц повышает вязкость системы и предельное напряжение сдвига, что приводит к взаимослипаемости золотин с глинистыми частицами. Использование полиэлектролитов не решает проблемы, так как происходит накопление остаточного содержания полимеров, что опять увеличивает вязкость сточных и оборотных вод. Анализируя сложившуюся ситуацию, нами было проведено дополнительное исследование закономерности взаимодействия мелкодисперсной минеральной фазы с полиэлектролитами в поле ультразвуковых стоячих волн. Предложенный способ воздействия на тонкодисперсные илисто-глинистые примеси позволяет не только добиться их полного осаждения, но и приводит к осаждению ионов тяжелых металлов, при этом происходит снижение количества используемых полимеров.
Научная идея работы:_заключается в использовании ультразвукового воздействия в присутствии полимеров для изменения свойств реальных дисперсных систем, а так же в создании на этой основе теоретических подходов и технических решений ряда проблем очистки сточных и оборотных вод предприятий горнодобывающего комплекса.
Целью работы^является определение характера взаимодействия полиэлектролитов с поверхностью минеральной фазы реальных дисперсных систем в условиях воздействия на нее ультразвуковыми колебаниями и математическое планирование данного процесса с использованием методов нелинейной множественной корреляции
Для достижения поставленной цели необходимо решение ряда задач, к важнейшим из которых относятся:
изучение природы минеральной и дисперсной фаз различных типов, установление зависимостей изменения основных реологических и технологических свойств после ультразвукового воздействия;
сравнение эффективности взаимодействия полиэлектролитов с тонкодисперсной фазой в ультразвуковом поле в присутствии различных анионных флокулянтов;
установление закономерностей воздействия ультразвуковых волн на твердую фазу дисперсных систем в зависимости от преобладающей глинистой разности;
изучение седиментации дисперсных частиц и характера образующихся флокул в условиях воздействия на систему ультразвуковыми колебаниями.
разработка математической модели взаимодействия полиэлектролитов с поверхностью минеральной фазы сточных и оборотных вод и определение оптимальных режимов обработки природных минеральных дисперсных систем полимерами в присутствии ультразвуковых воздействий;
Научная новизна работы заключается в:
- предложении рабочей гипотезы поведения полиэлектролитов и тон
кодисперсных частиц в поле ультразвуковой волны, основанной на эмпири
ческих формулах множественной нелинейной корреляции;
- установлении взаимосвязи химической природы, вязкоупругих
свойств и электростатического фактора полиэлектролитов с процессом фло-
куляции в поле ультразвуковых волн;
выявлении особенностей влияния химической природы глинистых минералов и режима ультразвукового воздействия на процесс флокулообра-зования;
создании коллоидно-химических основ применения полиэлектролитов в комплексе с ультразвуковыми волнами в процессах очистки сточных и оборотных вод горно-добывающего комплекса.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом экспериментальных исследований и их удовлетворительной сходимостью с результатами математической модели процесса, основанной на методе многофакторного планирования эксперимента. Определяющие показатели апробированы в промышленных условиях на трех золотоносных месторождениях юго-запада Забайкалья.
Практическая значимость работы заключается в
в обосновании применения комплексного физико-химического и акустического методов воздействия на дисперсную систему для создания экологически безопасной технологии очистки сточных и оборотных вод предприятий горнодобывающего комплекса; позволяющей повысить качество очистки сточных и оборотных вод и добиться более полного улавливания мелких золотин;
в предложений методики исследования ультразвукового воздействия на тонкодисперсную систему в присутствии полиэлектролитов;
— в разработке и апробировании технологии комплексной очистки
сточных и оборотных вод от тонкодишерсных примесей и ионов тяжелых
металлов, на месторождениях Средний Хонгорок, Хамара и Рензель. В де
нежном эквиваленте согласно ценам 2002 года прибыль по месторождениям
составила: м. Рензель - дополнительная прибыль за счет улавливания мелких
золотин составила 8%от полученной суммы за добытое золото, а так же 95,99
руб. за тонну воды — экономия средств за счет сокращения штрафов; м. Ха
мара — 7,5% дополнительная прибыль за счет улавливания мелких золотин и
86,45 руб. за тонну воды — экономия средств за счет сокращения штрафов; м.
7 Средний Хонгорок - 9,5% дополнительная прибыль за счет улавливания
мелких золотин, 102,47 руб. за тонну воды - экономия средств за счет сокращения штрафов. В целом данная технология очистки сточных и природных вод позволит получить дополнительные денежные средства в среднем 10,56% по исследованным месторождениям от реальной прибыли предприятия.
- выявлении влияния ультразвуковых колебаний на процесс коагуля-ционного структурообразования, что приводит к дополнительной адсорбции дисперсных частиц на полимере.
Методы исследования. В качестве основных методов исследования влияния ультразвуковых стоячих волн на сточные и оборотные воды горнодобывающих предприятий применялись современные инструментальные методы анализа: химический анализ, электронная микроскопия, рентгенография, дериватография. Кроме того, для изучение закономерностей протекающих физико-химических процессов и изменения в состоянии и свойствах дисперсных систем при воздействии ультразвуковых колебаний производилось классическими методами (весовой, химический анализ, вискозиметри-ческие исследования, фотоколориметрия, метод электрофореза, для минерально-петрографического просмотра материала был использован микроскопический метод с помощью поляризационного оптического микроскопа МИИ-8). Обработку экспериментальных данных осуществляли с использованием методов математической статистики на компьютере типа Pentium-4.
На защиту выносятся:
комплексный метод очистки сточных и оборотных вод на основе учета взаимодействия полиэлектролитов с дисперсными системами в условиях воздействия на них ультразвуковых колебаний;
особенности влияния ультразвуковых волн на дисперсную систему в зависимости от ее химической природы в присутствии полиэлектролитов;
использование выведенных закономерностей математического планирования взаимодействия полиэлектролитов с дисперсными системами в
практике разработки и создания экологически надежных технологических
процессов кондиционирования сточных и оборотных вод золотодобывающих предприятий.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на Юбилейной международной конференции "Наука и образование на рубеже тысячелетий" (Чита, 1999г.), Международной конференции "Проблемы прогнозирования в современном мире" (Чита, 1999г.), Региональной конференции "Проблемы освоения и рационального использования природных ресурсов Забайкалья" (Чита, 2000г.), XXXVIII Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2000г.), Международном совещании (Плаксинские чтения - 2002) "Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья" (Чита 2002г.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 5 статьях и 8 тезисах докладов.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Материал работы изложен на 166 страницах, в том числе 39 рисунков, 22 таблицы, список литературы включает 123 наименования.
9 I СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХ И ОБОРОТНЫХ ВОД ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО
КОМПЛЕКСА
Методы кондиционирования и очистки сточных и оборотных вод от минеральных дисперсий
В технологических процессах, при многократном использовании воды, в ней накапливается большое количество тонких шламов, илисто-глинистых частиц, которые затрудняют процесс промывки песков и отрицательно влияют на реологические параметры воды. Для удаления илисто-глинистых фракций чаще всего пользуются системой из нескольких отстойников. Однако, при значительном содержании в воде тонкодисперсных глинистых частиц, которые не осаждаются гравитационными силами в течение нескольких лет, данный метод очистки нецелесообразен. Организация оборотных схем водоснабжения путем использования системы отстойников эффективна только в качестве предварительной стадии водоподготовки для очистки воды от грубодис-персных взвешенных частиц. Кроме того, данный метод имеет ряд серьезных недостатков, к которым следует отнести, в частности, создание большого количества отстойников, т.к. под действием сил гравитации мелкодисперсные частицы осаждаются годами. Это, в свою очередь, приводит к нерациональному использованию земельных ресурсов. Огромные площади подвергаются затоплению, при этом меняется почвенная структура, микроклимат, растительный покров и т.д. Вода, годами скапливаясь в отстойниках, создает серьезную угрозу инфильтрации минерализованных вод через дамбы и ложе отстойников, что является серьезным экологическим загрязнением территории. Схема отстойных сооружений артели "Бальджа" показана на рис Л .3.
Рассмотрим некоторые наиболее используемые и разработанные методы очистки вод с применением различных физико-химических воздействий. При конкретном выборе методов очистки предпочтение отдается тем из них, которые позволяют комплексно обрабатывать воду, т.е. одновременно улучшать ее физико-химические, органолептические, бактериологические показатели, а так же обеспечивать соответствующие ПДК, цветность и мутность.
При этом основным требованием, предъявляемым к разрабатываемым методикам, является использование довольно простого оборудования с незначительными энергетическими затратами. Для решения данной задачи используют самые разнообразные методы, но большинство из них имеют ограниченное применение т.к. экономически дороги или требуют наличие серьезной технической базы. Для предотвращения накопления взвешенных глинистых частиц в оборотной воде при переводе объектов россыпной металлодобычи на ограниченное водопользование, предлагается чаще всего использовать физико-химические методы [12,13,14]. Сущность данных методов состоит в осаждении твердой фазы из оборотной воды при помощи коагулянтов и фло-кулянтов. Использование полимеров позволяет в десятки и сотни раз увеличить скорость осаждения тонкодисперсных илисто-глинистых частиц, но сами полиэлектролиты являются дополнительным источником экологических загрязнений сточных и оборотных вод. По нашему мнению использование только данного метода является нецелесообразным еще и из-за высокой стоимости флокулянтов и коагулянтов, большинство которых предоставляются иностранными фирмами.
В последнее время все чаще стали обращать внимание на такие перспективные методы очистки, как воздействие на сточные и оборотные водыэлектромагнитными методами, электрическими полями, ультразвуком, взры воимпульсным воздействием и электромагнитной обработ кой[15Д 6,17,18,19,20,21,22,23]. Согласно [24,25] взрывоимпульсная обработка приводит к образованию низкотемпературной плазмы с переменным количеством частиц в единице объема, что способствует возрастанию скорости выпадения взвеси в несколько раз, увеличению плотности выпавшего осадка, при этом наблюдается уменьшение максимальной продолжительности полного выпадения взвеси в осадок (с 54 часов до 7 часов). Оптимальные значения энергии взрыва для глин составили от 8,0 до 18,2 кДж на литр суспензии. Исходное содержание твердого составляло от 10 до 150 г/л, взрывоимпульсная установка имела мощность 5кВт, а суммарная емкость батареи импульсных конденсаторов 1400 мкФ. Таким образом, согласно проведенным исследованиям, применение взрывоимпульсной обработки приводит к возрастанию процесса автокоагуляции, но в то же время, обработанная данным методом вода содержит дисперсии металлов, образующиеся при эрозии электродов. Помимо этого, наблюдается выщелачивание из глин оксидов алюминия, железа и магния примерно на порядок по сравнению с необработанной водой [23,24,25,26,27]. Обработка воды данным методом способствует повышению электропроводности среды и возрастанию в ней растворенного кислорода, что повышает химическую активность среды. Имеющиеся недостатки не позволяют в полной мере применять данный метод несмотря на его относительную эффективность.
Для решения тех же задач предлагается метод электромагнитной обработки [28,29], особенно воздействие сильными электрическими импульсными полями, электрическими разрядами малой мощности и комплексом электрических воздействий. При действии электрических разрядов на стоки предприятий предлагается применять разряды с энергией в импульсе 2-25 кДж и длительностью 25-100мкс, при этом наблюдается выпадение хлопьевидного осадка, содержащего как минеральную, так и органическую субстанцию. Одной из особенностей, определяющих воздействие электрического разряда, согласно работам [30,31,32,33,34], является изменение физических свойств воды. При этом происходит некоторое снижение удельного сопротивления воды, повышается ее диэлектрическая проницаемость, величина поляризуемости воды возрастает примерно в 2 раза. Данные явления объясняются разным соотношением кристаллической и жидкой фазы, которое может изменяться под воздействием электрического разряда. При многократном воздействии (100-260 импульсов) достигается значительная степень очистки от токсичных органических веществ, кроме того, согласно [35,36] электрический разряд способствует более полному растворению озона в воде за счет создания микрокавитационных образований. В результате эффективность воздействия повышается. Действие электрического поля на водную
Характеристика системы сточного и оборотного водоснабжения
Наличие шлиховых концентратов тоже вызывает загрязнение промывочных вод, что является серьезной проблемой. Промывочные воды содержат в достаточно большой степени мелкодисперсную фракцию данных минералов, что в свою очередь меняет реологические параметры системы.
Золотосодержащие концентраты промывочных приборов представляют собой смесь зерен извлекаемых самородных металлов — шлиховых (т.е. тяжелых) минералов и значительного количества оставшихся зерен пустой породы. Концентраты получаются в результате ведения основного процесса — промывки золотосодержащих песков. Объем шлихов определяется качественно-количественной схемой и составляет примерно 1,93 м7сут. В состав входят зерна минералов, устойчивые к химическому и физическому выветриванию, минералогический состав представлен в основном магнетитом, арсенопиритом, сфалеритом, галенитом. Со-держание золота в шлихах составляет 40 7 Д г/м . При обогащении песков золотосодержащих россыпей старательским способом получают три вида шлиховьж концентратов, представленных в таблице 2.5.
При обработке первой партии шлихов необходимо провести балансовое опробование для определения качественных показателей. В процессе обогащения россы пей получают продукты: серые шлихи, черные шлихи, железный скрап и озолоченные цветные металлы. Обработка продуктов осуществляется: грохочением, концентрацией на концентрационных столах и на коротких шлюзах, магнитной сепарацией и плавкой продуктов. Поэтому наибольшую проблему с точки зрения очистки промывочных вод от шлиховых концентратов представляет "недоведен-ный" шлих, т.к. он обладает малым удельным весом и в дальнейших операциях обогащения создает наибольшие проблемы.
Нами изучалось воздействие ультразвуковых волн совместно с анионными полиэлектролитами на водную фракцию шлиховых концентратов Процесс очистки сточных и оборотных вод от шлихов при таком методе воздействия намного эффективнее, чем использование только флокулянтов. Согласно проведенным нами исследованиям воды, образованной после промывки концентрата, в ней скапливается достаточно большое количество ионов тяжелых металлов и дисперсных илисто-глинистых частиц. Основными приемниками сточных вод является подземный водоносный горизонт рыхлых отложений долины рек Ср.Хонгорок, Зун-Хамара, Барун-Хамара и реки Онон, поэтому необходимо строго соблюдать нормативы качества воды. Согласно фоновой концентрации количество взвешенных веществ в среднем не должно превышать 40,75 г/м3, а концентрация ионов тяжелых металлов не должна превосходить ПДК согласно СанПиН 2.1.5.980-00. Для улучшения качества очистки сточных и оборотных вод нами предлагается наряду с физико-химическими методами очистки использовать ультразвуковые колебания в режиме стоячей волны, что значительно снижает концентрацию как взвешенных веществ, так и ионов тяжелых металлов [86]. Суточный объем воды артели "Баль-джа" в среднем составляет более 9000,154 м3 по каждому из месторождений. Количественная водно-шламовая схема обогащения песков представлена на рис. 2.6.
Величина и знак -потенциала имеют большое значение для рассмотрения вопроса агрегативной устойчивости системы, кроме того, ,-потенциал является важнейшей характеристикой двойного электрического слоя. Он определяет возможность и скорость относительного перемещения дисперсной фазы и дисперсионной среды, интенсивность электрокинетических явлений, устойчивость золей к разрушению дисперсных систем электролитами. Электрокинетические процессы являются следствием образования двойного электрического слоя вблизи межфазной поверхности твердое-жидкость. Монтмориллонитовые глинистые минералы, обладая довольно выраженными ионно-обменными свойствами, имеют повышенную адсорбционную способность. Потенциал ДЭС снижается по мере удаления от поверхности твердой частицы, особенно резкое снижение потенциала, наблюдается в адсорбционном слое [87]. При воздействии на дисперсную систему ультразвуковыми колебаниями в режиме стоячей волны наблюдается снижение -потенциала, которое особенно наглядно происходит на монтмориллонитовых образцах глинистых частиц. Снижение Е,-потенциала приводит к нарушению агрегативной устойчивости системы, что увеличивает скорость седиментации глинистых частиц тем самым увеличивая флокуляционный эффект в поле ультразвуковых волн. Далее нами была проведена серия исследование зависимости величины -потенциала от времени озвучивания дисперсий, величину -потенциала рассчитывали по формуле Гельмгольца-Смолуховского используя методику, изложенную в работе [81]где л - вязкость дисперсионной среды (воды) є - диэлектрическая проницаемость среды.
Электрокинетические кривые, полученные в результате расчета, отражены на рисунках 2.7. — 2.10. Воздействие стоячих ультразвуковых волн на систему носит двоякий характер, на первых этапах при увеличении времени озвучивания дисперсии наблюдалось снижение значений -потенциала, а затем постепенный выход на плато. Флоккулирующий эффект наблюдаемый при снижении -потенциала объясняется тем, что происходит сжатие диффузной части слоя частиц минералов. Данное явление зависит от времени озвучивания системы потому как при озвучивании водной дисперсии в течение 3-7 минут ультразвуковые стоячие волны способствуют резонансному колебанию не только взвешенных дисперсных частиц, но и самой жидкости. При этом волновое движение жидкости способствует разнонаправленному движению частиц, что приводит к созданию зоны их концентрации. Сжатие диффузного слоя непосредственно влияет на характер структурных связей, т.е. сил, действующих между минеральными частицами. Между частицами могут существовать гравитационные, магнитные молекулярные, электростатические силы, силы поверхностного натяжения. Эти силы действуют не по всей межфазной границе частиц, а только в местах их непосредственных контактов [87,88] Ультразвуковые волны способствуют сближению частиц, что позволяет стимулировать процесс образования коагуляционных контактов между частицами глинистых минералов [89]. Притяжение частиц в коагуляционном контакте обусловлено дальнодействующими молекулярными, магнитными и электростатическими взаимодействиями.
Изменение электрофоретической подвижности частиц наблюдается в течение 10 минут с постепенным выходом на плато, нами был взят интервал озвучивания 2-5 минут, так: как наблюдаемого снижения -потенциала в данный временной промежуток, рассчитанного по стандартной методике [81], достаточно для усиления процесса "слипания" флокулянтов и глинистых дисперсных частиц. Более длительное
Изучение зависимости процесса флокуляции от структуры глинистых конгломератов в поле ультразвуковых волн
При изучении ускорения процесса седиментации глин изучаемых месторождений нами было обнаружено различие в скоростях оседания флокул месторождения Кручининского и месторождений артели "Бальджа". Глинистые дисперсии месторождений артели "Бальджа" имели скорость оседания флокул на 12% выше, чем глинистые частицы месторождения Кручининское. Объяснение данного факта, по нашему мнению, заключается в разной структуре глинистых минералов, что напрямую зависит от наличия индивидуальных контактов между минеральными частицами. Как показали ранее проведенные исследования глинистые частицы месторождений артели "Бальджа" относятся к монтмо-риллонитовому типу, а глинистые частицы месторождения Кручининского — к каолинитовому. Рассмотрим более подробно физико-химическую и минералогическую характеристику глинистых систем месторождений Кручининского и артели "Бальджа". Необходимо учитывать тип силикатов, подвергшихся воздействию ультразвука, т.к. влияние процесса озвучивания напрямую связано с наличием или отсутствием коагуляционных мостиков, возникающих при взаимодействии глины с водой. Изучаемые нами объекты сложены частицами глинистых минералов, имеющих размеры не превышающие 0,1-1,0 мкм и относятся к слоистым и слоисто-ленточным силикатам алюминия, железа и магния. Используя метод рентгеноструктурного анализа мы выяснили, что изучаемая минеральная часть взвешенных частиц сточных и оборотных вод состоит из смеси нерудных (кварца) и глинистых минералов (гидрослюда, монтмориллонит, каолинит), кроме того, можно наблюдать вкрапления галлуазита и палы-горскита (рис, 3.11) Воздействие ультразвуковых стоячих волн на монтморил-лонитовую группу силикатов отличается от воздействия на каолинитовые силикаты [116].
При взаимодействии молекул воды с глинистыми породами происходит раздвигание элементарных слоев кристаллической решетки. При этом поверхность частиц заряжается отрицательно и вокруг них скапливаются гидратиро-ванные противоионы. Формирование двойного электрического высокая дисперсность глинистых минералов и развитая поверхность обусловливают большую адсорбционную способность [117].
Данная способность позволяет монтмориллонитовым глинистым структурам оседать с большей скоростью под действием акустических колебаний. Ультразвуковые волны "загоняют" молекулы воды в поры глинистых частиц, тем самым значительно ускоряя процесс формирования развитой адсорбционной поверхности с которой и взаимодействует полимер.
Знание особенностей минерального состава и микроструктуры глинистых пород является одним из непременных условий, которые необходимо учиты вать в процессе акустического воздействия на глинистые дисперсии. Для объяснения несколько отличного влияния ультразвуковых колебаний на те или иные глинистые разности необходимо более подробно рассмотреть их строение. Частицы монтмориллонита находятся в суспензии в виде мелких плохо ограненных чешуек диаметром и толщиной от нескольких десятых до нескольких микрон. Эти частицы связаны в агрегаты по типу грань-грань [118] зарядоком-плексующими ионами Mg , Fe , Са , что обусловливает устойчивость агрегатов к раскалыванию по плоскости спайности и форма этих агрегатов близка к изометричной. Монтмориллониты, благодаря их подвижной слоистой структуре, имеют гидрофильную поверхность и обладают суммарным отрицательным зарядом. Этот заряд у глин возникает вследствие изоморфных замещений ионов в кристаллической структуре (Si4+ на А13+ или А13+ на Mg2+ ) и компенсируется противоионами из раствора (Na+ Са2+, Н+ и др.), образующими внешнюю диффузионную обкладку двойного электрического слоя. Противоионы способны обмениваться другими катионами, Б том числе и органическими. В растворе, согласно [98, 99], гидрослюда имеет изометрично - или удлиненнопластин-чатые частички, каолинит — шестигранные пластинки, монтмориллонит — расплывчатые облакообразные микроагрегаты. Каолинит отличается от монтмориллонитов жестким строением кристаллической ячейки и наличием на ребрах кристаллов большого поверхностного заряда, зависящего от рН среды и возникающего благодаря гидроксилированию и последующей ионизации разорванных связей между Si и О, а так же между А1 и О. Диссоциация имеющихся кислых групп Si-OH,. расположенных на боковых гранях кристаллов, способствует наличию зависимости процесса озвучивания от рН среды.
В работе В.И. Осииова и В.Н. Соколова было установлено, что среди большого многообразия глинистых пород можно выделить пять основных типов микроструктуры: ячеистую, скелетную, матричную, турбулентную и ламинарную. Особенности микроструктуры глинистых пород напрямую связаны со многими их свойствами. Глинистые минералы месторождения артели "Баль-джа" имеют ячеистую и скелетную микроструктуру, а глинистые минералы ме сторождения Кручининского можно отнести к матричной группе. Рассмотрим кратко особенности имеющихся микроструктур, т.к. глинистые минералы ведут себя в поле ультразвуковой волны различно (рис. 3.12). Ячеистая микроструктура образуется в результате коагуляции и осаждения глинистых частиц в воде, ее главной морфологической особенностью является присутствие изометрич-ных открытых ячеек. Стенки ячеек сложены листообразными микроагрегатами глинистых частиц, контактирующих между собой по типу плоскость-торец и торец—торец через водные пленки. Такие контакты называются коагуляцион-ными. Их прочность невелика, т.к. она обусловлена слабыми дальнодействую-щими молекулярными силами и ионно-электростатическими силами. Характерной особенностью таких контактов является обратимое разрушение, то есть разрушение под нагрузкой и восстановление после ее снятия. Помимо однородной структурной сетки, в породах с ячеистой микроструктурой встречаются также и более крупные песчаные и пылеватые зерна, которые равномерно распределены по всему объему образца и не имеют непосредственных контактов друг с другом. Скелетная микроструктура сложена зернами первичных минералов, таких как кварц, полевой шпат и другие, формирующие однородный "скелет". Глинистый минерал распределен неравномерно и не создает сплошной матрицы. Глинистые частицы обычно скапливаются на поверхности зерен в виде сплошных "рубашек" или на контактах песчаных и пылеватых зерен. Кварцевая частица, покрытая глинистой рубашкой и контактирующая с другими частицами через тонкие цепочки глинистых частиц - глинистые мостики, которые по своей природе тоже являются коагуляционными контактами. Такая особенность скелетной микроструктуры обусловливает низкую динамическую устойчивость, так как возможно разрушение глинистых мостиков. Матричная микроструктура характеризуется присутствием сплошной неориентированной глинистой массы (матрицы), в которой содержатся беспорядочно расположен
Водопотребление и накопление взвешенных частиц в отстойниках золотороссыпных месторождений
Изучаемые объекты характеризуются необходимостью применения дополнительных методов очистки сточных и природных вод не только по количеству взвешенных веществ, но и по количеству тяжелых металлов (прил.2,3,4). Для решения задачи по очистке воды до санитарных норм мы использовали ультразвуковую установку, совмещенную с камерой флокулообразования. Воздействие стоячих ультразвуковых волн происходило одновременно с подачей флокулянтов. Для расчета получаемого эффекта от такого комплексного применения физико-химического и акустического методов, необходимо провести анализ путей образования сточных и оборотных вод месторождений артели "Бальджа" Образование сточных вод на исследуемых месторождениях показано на рис.4.3, 4.4. На м. Хамара основными приемниками сточных вод являются подземный водоносный горизонт рыхлых отложений долины р. Зун-Хамара и Барун-Хамара, а также поверхностные воды указанных рек. Нормативы качества воды оценивали в соответствии с фоновой концентрацией загрязняющих веществ в контрольном створе, расположенном в 500 м. от места сброса сточ ных вод. По взвешенным веществам воды должны соответствовать следующим требованиямт.е. согласно расчетам для рыбохозяйственных водоемов данная величина составляет
Для производства расчета накопления взвешенных частиц при заполнении пионерных отстойников были использованы данные, приведенные в таблице 4,4. Накапливаемый объем воды в количестве 67,4 - 110,2 м3/сут предусматривает использовать на технологические нужды с целью соблюдения необходимых норм качества оборотной воды по взвешенным частицам следующие пропорции воды по участкамроссыпь Хамара (отстойник С]-1) 269,348 - (19,370 + 0,533) = 249,445 м3/ч; 5386,96 - (464,88 + 12,78) = 4909,30 м3/сут,россыпь Барун-Хамара (отстойник Сг19)
Анализу подвергнуты обобщенные данные сточных и оборотных вод, образуемых при эксплуатации россыпных месторождений артели Бальджа. Исследуемые сточные воды представляют собой полиминеральные суспензии, которые характеризуются большим содержанием тонкодисперсных частиц, порядка более 3,0 %. Класс крупности частиц составляет порядка- 0,05 + 0,01 мм и менее 0,01 мм. Частицы монтмориллонита, иллита находятся в суспензии в виде мелких плохо ограненных чешуек диаметром и толщиной от нескольких десятых до нескольких микрон. По химическому составу воды гидрокарбонат-но-кальциево-магниевые с минерализацией 0,45, рН 7, углекислота отсутствует, а так же наблюдается незначительная жесткость. Вскрышные работы в подготовительный период ведутся после предварительного осушения полигона с помощь разрезной (дренажной) канавы, пройденной по его центру или периферии. Для сброса дренажных вод предусматривается устройства зумпфа-накопителя, откуда после предварительного естественного отстаивания вода с помощью насосной установки НЦС-3 перекачивается в пруд-осветитель, который устанавливается ниже дамбы технологического отстойника. Для сбора воды предусматривается устройство дренажного канала, собирающего сточные воды в пруд-осветитель для повторного их использования. Концентрация взвешенных веществ намного превышает предельно-допустимые дозы, поэтому в созданной системе замкнутого водоснабжения необходимо применять дополнительные методы очистки воды, т.к. гравитационное отстаивание не дает положительного эффекта [103]. В качестве очистных сооружений используется технологический отстойник, ограниченный водоудерживающей дамбой высотой 5,5м. Отведение сточных вод из отстойника допускается только фильтрационным путем. Концентрация взвешенных частиц, поступающих в реку из от стоиника при фильтрации через гидротехнические сооружения, рассчитывается по методике Р.В. Личаева, исходя из технологического расхода воды на 1 м песков, гранулометрического состава пород россыпи, планируемой степени очистки и длины пути фильтрации. Прогнозная концентрация взвешенных частиц (Сф) осуществляется в зависимости от условий сброса сточных вод а) при сбросе сточных вод по водосбросным каналам и трубамгде 5 - плотность илисто-глинистых частиц, кг/см ,Qi — массовая доля тонкодисперсных илисто-глинистых частиц определенного класса крупности,Mi - коэффициент седиментации для данного класса крупности, R - расход технологической воды на 1м3 промываемой горной массы, MJ,Ei - планируемая степень очистки в очистных сооружениях. б) в фильтрационном стоке технологических плотин, дамб обвалования и т.д., определяемая по формулегде р - средняя ширина плотины, дамбы на уровне 1/2 ее высоты, м. Величина предельно допустимого сброса определяется (ПДС)где qCT - расход сточных вод, м3/сут, м3/час,Сст - концентрация взвешенных веществ в сточных водах, г/м3.
Производственные сточные воды при разработке россыпных месторождений являются продуктами переработки золотосодержащих песков при их промывке на промприборе. Эффективность очистки в технологических отстойниках составляет в среднем 9-11 % при естественном отстаивании, что совершенно недостаточно. Для расчета эффекта очистки сточных и оборотных вод изучаемых нами месторождений при воздействии стоячих ультразвуковых волн на минеральную дисперсию необходимо рассчитать водный баланс предприятия.
Для более полного расчета водного баланса предприятия на данном месторождении необходимо использовать удельные показатели водопотребления в годовом исчислении (табл 4.4.).
Учитывая тот факт, что основной объем водопотребления, а, следовательно, и образования сточных вод, приходится на промприбор, необходимо именно здесь включить в схему очистки метод ультразвукового воздействия в комплексе с анионными флокулянтами на образующиеся дисперсии. При использовании предложенного нами метода эффективность очистки оборотных вод как от илисто-глинистых частиц, так и от ионов тяжелых металлов, резко возрастает. При этом происходит значительное сокращение времени пребывания воды в технологическом отстойнике, что позволяет сооружать отстойники меньших размеров и в небольшом количестве.
Средний приток подземных вод, поступающих Б отстойник при промывке песков, рассчитан с учетом дренажных вод опережающей вскрыши составляет; Хамара - 464,88 м3/сут; Барун-Хамара - 365,90 м3/сут; Зун-Хамара - 364,67 м /сут; Террасовая россыпь - 146,61 м /сут; на кл. Ямный подземные воды отсутствуют. С целью предотвращения прямого воздействия на состояние поверхностных вод в процессе промывке песков, существует отведение русел рек за пределы отрабатываемых полигонов по руслоотводным каналам. ПДК взвешенных частиц в сточных водах определяли по формуламгде Сф0Н - фоновая концентрация взвешенных веществ в реке выше полигона работ,Сст - концентрация взвешенных веществ в сточных водах, п - кратность разбавления, определяемая по методу В.А. Фролова -И.Д. Радзиллерапгде q - расход фильтрационных сточных вод, м /с,Q - расчетный расход водотока 95% обеспеченности, Y - коэффициент смещения стоков с водами реки, рассчитывается по формуле
ПДК в сточных водах, допустимая к сбросу в водный объект, в значительной степени зависит от расхода сточных вод, поступивших в водоток, величина которого определяется фильтрационными потерями через тело водо-удерживающей дамбы (QT) технического отстойника и пруда-осветителя. Составляющая расхода сточных вод под основанием плотины (0ОШ) самоочищается в пределах грунтового потока и в расчете ПДС не участвует. Количество загрязняющих веществ, допустимое к сбросу в водный объект по месторождениям
