10 Специальная часть

Шламы образуются на очистных сооружениях металлургических, машиностроительных и других промышленных предприятий. Состав шламов, их количество, влажность и объемная масса производственных сточных вод колеблются в широких пределах.

Количество шлама в зависимости от степени загрязненности сточных вод и методов очистки может составлять от 0,8 до 30 % объема воды, а при повышенных содержаниях загрязнений и более 30 % объема сточной воды. Например, при обезвреживании сернокислым железом и кальцинированной содой сточных вод с содержанием шестивалентного хрома 2000 мг/л объем шлама составляет 70 – 75 % от объема воды и раствора реагентов, влажность осадка составляет примерно 92 %. При применении в качестве нейтрализующего реагента извести влажность осадка уменьшается.

Технологический процесс производства определяет состав сточных вод, который непостоянен как по качественным, так и по количественным характеристикам. Этим определяются и различия в химических характеристиках шламов, образующихся в результате обезвреживания сточных вод. Обычно в шламах содержится значительное количество железа, хрома, алюминия и в небольших количествах медь, цинк, кадмий, свинец, кальций, магний.

Рентгеноструктурными исследованиями установлено наличие в шламах карбонатов и сульфатов металлов, которые при прокаливании образуют оксиды металлов.

Основной задачей технологии переработки хромсодержащих шламов является получение продукта, безвредного в санитарном отношении, качественный состав и свойства которого обеспечивают возможность его утилизации или захоронения без ущерба для окружающей среды.

Проблемами утилизации шламов от нейтрализации сточных растворов после обработки металлических поверхностей, содержащих хром и другие цветные металлы, в промышленно развитых странах занимаются более 50 фирм. Анализ шламов позволяет сделать вывод, что они представляют собой источник получения цветных металлов[17].

Гравитационными процессами обогащения называются процессы, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.

Гравитационные методы занимают ведущие место среди других методов обогащения, особенно в практике переработки угля, золотосодержащих, вольфрамовых руд и руд черных металлов[16].

Высокая производительность гравитационных машин позволяет упрощать схему цепи аппаратов фабрик, более экономично использовать производственные площади и объемы зданий, в результате чего снижаются удельные капитальные затраты на строительство обогатительных фабрик, уменьшается число обслуживающего персонала, снижается себестоимость переработки.

Обогащение шлама является в настоящее время важной проблемой, решение которой позволит не только снизить потери топлива с отходами, но и улучшить технологию обогащения углей, увеличить выход ценных продуктов обогащения и снизить себестоимость концентрата.

Современные тенденции развития технологий и оборудования для обогащения углей как в отечественной, так и в зарубежной практике обусловлены следующими требованиями, предъявляемыми к отраслям топливно-энергетического комплекса: повышение конкурентоспособности угольной энергетики; повышение качества товарной продукции, в особенности – качества коксующихся углей; экологические требования: сведение к минимуму вредных выбросов в окружающую среду; повышение эффективности ресурсо- и энергосбережения; сокращение неоправданных потерь угля при обогащении; упрощение технологических схем обогатительных фабрик (ОФ) и уменьшение количества технологических операций; комплексная механизация и автоматизация обогатительных процессов; необходимость научного обоснования методов расчета, прогнозирования и управления технологическими процессами.

К числу важнейших из упомянутых тенденций следует отнести развитие технологий обогащения шламов преимущественно гравитационными методами и соответственно сокращение объема шламов, обогащаемых флотацией. В последние годы предприняты попытки обогащения угольных шламов разными методами: на тяжело средних циклонах, винтовых сепараторах, гидросайзерах, концентрационных столах и др.

Использование: в обогащении хромитовых руд в тяжелосредних гидроциклонах. Сущность: способ включает приготовление суспензии с использованием утяжелителя - хромитового концентрата крупностью, равной крупности разделяемой руды, с массовой долей оксида хрома не менее 57% и содержанием класса - 0,074 мм не менее 25%, смешивание суспензии с хромитовой рудой, разделение в гидроциклоне при поддержании соотношения руды: изобретение относится к обогащению хромитовых руд гравитационным методом, в частности к обогащению мелких классов в тяжелосредних гидроциклонах. Известен способ обогащения хромитовых руд гравитационными методами (1), включающий сухой помол руды до крупности 0,2 мм, приготовление водной суспензии из руды, классификацию суспензии по классу 0,05 мм, разделение суспензии на концентрационных столах на концентрат и хвосты, вывод продуктов разделения.Недостатком способа является недостаточно высокая эффективность обогащения, обусловленная тем, что обогащению подвергается материал очень узкого кл. крупности 0,2 0,05 мм, тогда как материал кл. 0,05 0 мм, в котором содержит значительное количество ценного компонента не используется. Кроме того, при подготовке материала сухим помолом процесс образования мелочи менее 0,05 мм возрастает, что приводит к еще большим потерям оксида хрома.

Известен способ обогащения хромитовых руд крупностью 10-1(0,5)мм (2), принятый за прототип, включающий приготовление суспензии (плотностью 2400-2470 кг/м³ с использованием в качестве утяжелителя ферросилиция или смеси его с магнитом, смешивание суспензии с рудой, разделение в гидроциклоне при плотности 3500 3520 кг/м³ при поддержании соотношения руда: утяжелитель 1:(3-10) с выделением концентрата и хвостов и регенерацию утяжелителя путем дренажа суспензии и отмывки утяжелителя от продуктов обогащения.

Недостатком прототипа являются высокие потери ферросилициево-магнетитовой суспензии. Сложная система ее регенерации на грохотах, электромагнитных сепараторах, спиральном классификаторе и высокая степень ошламования суспензии тонкими продуктами при использовании данного способа для обогащения тонкоизмельченной руды крупностью менее 0,5 0 мм, что приводит к нарушению процесса разделения и получению невысоких технологических показателей обогащения. Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности тонко измельченной руды и упрощение схемы регенерации утяжелителя. Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающем приготовление суспензии с использованием утяжелителя, смешивание суспензии с рудой, разделение в гидроциклоне с выделением концентрата и хвостов, и регенерацию утяжелителя, в качестве утяжелителя используют хромитовый концентрат крупностью, соответствующей крупности разделяемой руды, с массовой долей оксида хрома не менее 57% и содержанием класса -0,074 мм не менее 25% при поддержании в процессе разделения соотношения руда: утяжелитель 1:(0,5-1).

При использовании для обогащения тонкоизмельченной хромосодержащей руды крупностью 0,5 0 мм в качестве утяжелителя хромитового концентрата с массовой долей Cr₂O₃ не менее 57% близкого к чистому минералу (Cr₂O₃ 62,2%) той же крупности, что и обогащаемый материал 0,5-0 мм, в гидроциклоне создается плотность исходной суспензии 2,4 т/м³, а плотность разделения 2,7 г/м³, при которой в слой постели изутяжелителяхромитового концентрата плотностью 4,4 т/м³ не могут проникнуть породные частицы легкой фракции плотностью менее 2,7 т/м³, вследствие чего происходит послойное выделение фракций; слой тяжелой фракции концентрат, оседаемый на стенках с выгрузкой его через песковую насадку в конусной части, и слой легкой фракции хвосты, с выгрузкой из центральной части в сливную трубу.

При использовании в качестве утяжелителя хромитового концентрата с массовой долей Cr₂O₃ меньше 57% увеличивается массовая доля породной фракции в утяжелителе, что приводит к снижению плотности разделительной среды, разубоживанию слоя постели породными фракциями, аследовательно, снижается эффективность разделения.

Содержание класса -0,074 мм более 25% в утяжелителе из хромитового концентрата позволяет более эффективно обогащать тонкоизмельченный хромосодержащий материал в гидроциклоне за счет того, что и в обогащаемом материале его содержится в количестве 50% и более, чем больше этого класса в утяжелителе, тем выше взаимопроникновение обогащаемого материала этого же класса в слой постели, состоящий из утяжелителя. При содержании класса -0,074 мм в утяжелителе из хромитового концентрата менее 25% обогащение тонкоизмельченного хромосодержащего материала в гидроциклоне идет менее эффективно по той причине, что избыток подобных тонких частиц хромшпинелида в обогащаемом материале не может полностью проникнуть в слой постели из утяжелителя, а следовательно они больше подвергнуты выносу в слив гидроциклона. Наиболее высокая эффективность разделения достигается при поддерживании в процессе разделения в гидроциклоне соотношения руда-утяжелитель1:(0,5-1).

При соотношении менее чем 1:0,5, эффективность разделения снижается по той причине, что из смеси с меньшим количеством утяжелителя образуется более тонкий слой постели, а следовательно меньше захватывается частиц хромшпинелида из обогащаемого материала и больше их вносится в слив гидроциклона. При соотношении руда: утяжелитель более чем 1:1, слой постели достаточен для того, чтобы происходило эффективное разделение частиц хромшпинелида при обогащении материала в гидроциклоне. Однако при этом соотношении в слив выделяется высокая массовая доля оксида хрома.

Использование в качестве утяжелителя одноименного обогащаемой руде хромитового концентрата позволяет упростить схему регенерации утяжелителя, т.к. регенерация осуществляется путем до обогащения песковой фракции гидроциклона на винтовом сепараторе, на котором выделяется хромитовый концентрат, часть которого идет на восполнение разделительной среды, а остальное в товарный продукт.

Среди пульпы имеются богатые хвосты с содержанием хрома до 30%. Для этого что бы обогатить эти хвосты необходимо установить на шламохранилище обогатительную установку мелких классов и построить второй этап шламохранилища для дальнейшего складирования хвостов[16].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проектных проработок по шламохранилищу для складирования хвостов обогатительной фабрики, перерабатывающей хромитовые руды месторождения «Восход» можно сделать следующие выводы и рекомендации:

- Анализ вариантов площадок строительства выявил преимущества четвертого варианта, который обеспечивает минимальные объемы пионерной дамбы и наибольшие размеры емкости для складирования хвостов в течении всего срока по добыче и переработке руды;

- Размещение крупнозернистых хвостов вокруг шламохранилища обеспечивает защиту ограждающих дамб от их прорыва в неблагоприятных условиях при эксплуатации гидросооружений;

- Геомебранная система дренажей будет установлена на площади оснований шламовой дамбы, дамбы оборотной воды и по мере необходимости под отвалами крупнозернистых хвостов. Однако, не исключен отказ от этой системы, если будет доказано перед разработкой рабочей документации отсутствие образования в шламах кислотного потенциала. Отказ от системы приведет к снижению капитальных затрат на всех этапах строительства и эксплуатации шламохранилища.

- Оборотное водоснабжение учитывает использование шахтной воды, ливневых и паводковых вод с водосборных площадей и промплощадки фабрики. Емкость пруда оборотной воды позволяет накапливать до 110000м³осветленных и дренажныхпромстоков.

- Независимо от необходимости устройства мембранной дренажной системы постоянный эффект перехвата и использования дренажных вод шламохранилища достигается за счет строительства дренажной призмы у основания пионерной дамбы.

- Проект на строительство шламохранилища разработан в соответствии с действующими нормативными требованиями Республики Казахстан.

Анализируя совместно принятые проектные решения по шламохранилища можно сделать следующие основные выводы и рекомендации:

1. Компактное расположение емкостей и площадок для одновременного складирования шламовых и крупнозернистых хвостов позволяет оперативно и своевременно размещать крупнозернистые хвосты (непылящие) укрывая низовой пылящий откос шламовой дамбы.

2. Намывая шламы по плановым картам, пляжи шламохранилища постоянно будут находиться во влажном состоянии.

3. Водоотводные, дренажные, противофильтрационные и перепускные сооружения сберегают оборотную воду, препятствуя ее потерям в подстилающие грунты.

4. Введение в систему водооборота дополнительной емкости (пруд осветленных промстоков) создает дополнительную очистку воды от твердых взвесей, что положительно будет влиять на технологический процесс обогащения.

5. До разработки рабочей документации необходимо:

• изучить поведение шламов (в массе) на предмет образования кислоты из-за наличия в них небольших количеств сульфидов;

• провести лабораторные работы по изучению грунтов основания гидросооружений с получением физико-механических характеристик;

• потребуется также уточнение и некоторая корректировка проектных решений.