ТЕМА / ПРОБЛЕМА 1

Тематика для ОТКРЫТОГО КОНКУРСА инновационных проектов в
области горнодобывающей промышленности АК «АЛРОСА» в 2013 г.
(далее Конкурс)
Ознакомиться с положением о Конкурсе и скачать форму заявки на участие в Конкурсе
можно по ссылкам:
http://www.alrosa.ru/about/production/projecting/
http://www.ynalrosa.ru/resource/static/innovation/konkurs-2013.aspx
ТЕМА/ПРОБЛЕМА 1: «Экономически рентабельное экологически безопасное
обесшламливание оборотных вод обогатительной фабрики № 1 Ломоносовского
горно-обогатительного комбината ОАО «Севералмаз»
РЕЗЮМЕ
На обогатительной фабрике (далее - ОФ) № 1 Ломоносовского ГОКа (далее –
ЛГОКа) ОАО «Севералмаз», являющегося дочерним предприятием АК «АЛРОСА» (ОАО)
(далее – Компания), имеется острая проблема с обеспечением замкнутого водооборота. В
ходе технологических процессов с использованием воды на обогатительной фабрике
образуются отходы (шламы) с большой концентрацией глинистых частиц (в основном
минерала - сапонита). Эти глинистые частицы долго не осаждаются и в результате
возникает
проблема
переполнения
хранилища
отходов
обогатительной
фабрики
(хвостохранилища), а также проблема повторного использования вод хвостохранилища
для технических нужд.
Компания с привлечением разных подрядчиков пробовала применять различные
способы осветления оборотных вод обогатительной фабрики (центрифугирование,
сгущение, электрохимическая сепарация), но все эти методы оказались нерентабельными,
в первую очередь благодаря затратам на электроэнергию.
Решение проблемы возможно за счет предложений в следующих направлениях:
1. Применение
дешевого
источника
электроэнергии
взамен
дорогостоящего
электричества от дизельных электростанций;
2. Применение экономически эффективной технологии осветления оборотной воды;
3. Формирование бизнеса по продаже промышленным предприятиям извлекаемого из
оборотных вод сапонита или производству из сапонита промышленной продукции;
4. Применение сухой технологии обогащения.
Будем рады получить от участников Конкурса предложения по решению
рассматриваемой проблемы как в рамках приведенных выше направлений, так и иные!
Ниже приводится более подробная информация о различных аспектах имеющейся
проблемы и опробованных ранее способах ее решения.
ОГЛАВЛЕНИЕ:
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ШЛАМСОДЕРЖАЩИХ ВОД ОФ № 1 ЛГОКа
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА САПОНИТА
ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САПОНИТОВ
КРАТКО О ХВОСТОХРАНИЛИЩАХ
ПРОБЛЕМА ОБОРОТНЫХ ВОД НА ОФ № 1 ЛГОКа
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АПРОБИРОВАННЫХ МЕТОДОВ
ОСВЕТЛЕНИЯ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ
МЕТОДЫ ОСВЕТЛЕНИЯ ОБОРОТНЫХ ВОД
1. ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ
2. СГУЩЕНИЕ
3. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ СЕПАРАЦИЯ
4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА
ПРИМЕНЕНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОАО «СЕВЕРАЛМАЗ» И ЛОМОНОСОВСКОГО ГОКа
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ШЛАМСОДЕРЖАЩИХ ВОД ОФ № 1 ЛГОКа
Шламсодержащие воды Ломоносовского ГОКа характеризуются содержанием
ММГ от 50 г/л до 270 г/л. Физико-химическая характеристика жидкой фазы исследуемых
проб практически идентична и характеризуется слабощелочными значениями рН, низким
окислительно-восстановительным потенциалом и малой величиной минерализации
(таблица 1). Установлено, что с увеличением содержания твердой фазы в исследуемых
шламсодержащих водных системах от 104 до 270 г/л величина их плотности, возрастает
от 1075 до 1235 кг/м3.
Таблица 1 – Физико-химическая характеристика исследуемых проб шламсодержащих вод
Удельная
Содержание
№
электротвердого,
рН Еh, мВ
пробы
проводность,
г/л
mSm
1
2
3
4
5
6
50,0
80,0
101,8
197,8
257,0
270,0
8,3 -100
8,1 -123
8,5 +160
8,5 +117
8,3 -38
8,5 +170
0,53
0,47
0,45
0,43
0,40
0,40
Концентрация, мг/л
Са2+
Mg2+
Feобщ
Cl-
SO42-
HCO3-
не опр. не опр. не опр. не опр. не опр.
не опр. не опр. не опр. не опр. не опр.
не опр.
не опр.
10,02
18,04
305,0
268,4
4,26
7,90
7,5
8,0
35,6
42,6
38,7
39,4
не опр. не опр. не опр. не опр. не опр.
12,0
8,0
7,8
41,5
38,7
не опр.
268,4
Усредненные результаты исследований минерального и химического составов
шламовых продуктов приведены в таблице 2 и таблице 3. Из данных видно, что твердая
минеральная фаза представлена в основном сапонитом (73,2%;) и кварцем (19,8%), в
незначительных количествах присутствуют также кальцит (3,8%) и доломит (3,2%).
Таблица 2 – Химический состав твердой фазы шламсодержащей пробы
Химический состав
Содержание, %
SiО2
51,61
MgO
19,29
Fe2О3
9,09
Al2О3
7,70
CaO
7,00
K2О
1,30
TiО2
1,04
P 2 О5
0,59
Na2О
0,43
MnO
0,14
SrO
0,05
ZrО2
0,037
Таблица 3 – Минеральный состав твердой фазы шламсодержащей пробы
Минерал
Содержание, %
сапонит
73,2
кварц
19,8
кальцит
3,8
доломит
3,2
Среднестатистические показатели распределения частиц в пробах:
Средний арифметический диаметр, мкм
6,38
Средний геометрический диаметр, мкм
4,15
Стандартное отклонение, мкм
4,61
Для кристаллической структуры минералов монтмориллонитовой группы, как и
для всех слюдообразных веществ, характерно слоистое расположение анионов и катионов
в кристаллической решетке. Отличительной особенностью таких минералов по сравнению
с минералами групп каолинита и галлуазита является то, что "гидраргиллитовый" слой
располагается между двумя слоями кремнекислородных тетраэдров (как и у минералов
группы талька), причем одни вершинки тетраэдров, занятые ионами кислорода, входят в
состав "гидраргиллитового" слоя, другие, занятые гидроксильными ионами, направлены
наружу. Также другим очень важным свойством минералов этой группы, является сильно
выраженная способность к обмену катионами.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА САПОНИТА
Сапонит (так называемый "мыльный камень") – высокомагнезиальный глинистый
минерал, триоктаэдрический смектит, в структуре которого находятся 1–2 монослоя воды.
Химическая формула: (Ca5, Na)3(Mg, Fe)3(Si, Al)4О10(OH)2·4H2О. Цвет белый с
желтоватым, красноватым, зеленоватым оттенками. Блеск матовый. В сыром виде мягок,
жирен на ощупь. Находится в виде землистых или глиноподобных плотных масс,
скоплений или пленок.
Сапонит относится к минералам монтмориллонитовой группы (ММГ) и обладает
высокой сорбционной способностью по отношению к воде и способностью увеличиваться
(разбухать) в объеме более чем в 10-20 раз.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САПОНИТОВ
По своим свойствам сапонит во многом схож с бентонитом, который находит
достаточно широкое применение в различных отраслях промышленности и сельского
хозяйства, поэтому области применения сапонита, аналогичны областям применения
бентонита (однако различие в химическом и минеральном составе, безусловно,
накладывает ряд ограничений на применение сапонита вместо бентонита).
Создание производства сапонита в Северо-Западном округе особенно актуально в
связи с тем, что регион занимает 3 место в стране по объемам потребления бентонита
(около 16% от общероссийского), а все производители бентонита сосредоточены в
Сибири, Поволжье и Южных регионах страны, что обуславливает необходимость
транспортировки их продукции на значительные расстояния и приводит к ее
существенному удорожанию.
Сапонит может быть использован:
- в производстве комплексной минеральной добавки к кормам;
- в повышении эффективности откорма крупного рогатого скота, свиней, птицы и
других животных;
- для повышения урожайности кукурузы, озимой пшеницы, сахарной свеклы;
- детоксикации техногенно- и радиационно-загрязненных грунтов.
Основной областью применения сапонита является агропромышленный комплекс,
где сапонит применялся в качестве:
−
мелиоранта комплексного действия для супесчаных и дерново-подзолистых почв;
−
природного раскислителя почвы, приведения pH к нейтральной;
−
природного консерванта кормов;
−
средства для увеличения сроков хранения корнеплодов;
−
природного консерванта влажного зерна кукурузы, пшеницы, ячменя и др.;
−
природной минеральной подкормки для с/х животных и птицы.
Перспективными могут быть также направления:
−
производство стройматериалов (керамзита);
−
производство биоминеральных удобрений;
−
разработка адсорбентов для очистки жидких органических сред (пищевых масел, вин,
соков, ликеро-водочной продукции, молока и пр.), для улучшения качества и регенерации
ГСМ (топлива и масла);
−
очистка питьевой воды от загрязняющих примесей;
−
очистка сточных выбросов химической промышленности;
−
разработка
медпрепаратов
(сорбентов)
для
общей
дезинтоксикации
организма,
лекарственных препаратов эфферентного действия (смектитов, типа "Смекта" и
"Каопектат"), препаратов для дезинтоксикации организма при лечении раковых
заболеваний.
Последствие сапонита устойчиво сохраняется на пятый год, после внесения его в
почву, в то время как внесение такой же нормы навоза сохраняет свое действие всего один
сезон.
Сапонит содержит очень дефицитные для песчаных почв элементы, такие как
кальций, магний, калий, натрий, бор, и др.
По оценкам экспертов, перспективность использования сапонитовых шламов для
целей производства керамзита крайне низка, т.к., во-первых, все существующие
российские производители керамзита обладают собственной сырьевой базой и не
планируют осуществлять закупки сырья у сторонних поставщиков; во-вторых, спрос на
керамзит в России стабильно сокращается, что ведет к сокращению его производства в
стране
и
закрытию
или
перепрофилированию
керамзитовых
заводов.
Поэтому
организация нового производства керамзита экономически может быть не целесообразна.
Представители силикатной промышленности с сомнением относятся к возможности
внедрения сапонитовых шламов в качестве компонента при производстве автоклавных
силикатных изделий, т.к. это потребует существенного усложнения технологии
производства, а также может ухудшить внешний вид товарной продукции за счет
привнесения "грязного" окраса магнезиальной глины.
Оценка специальных показателей, характеризующих возможность использования
сапонитовых шламов в качестве компонента буровых растворов, не проводилась, однако
содержание кварцевого песка в шламе существенно превосходит допустимый уровень, что
делает его применение для этих целей невозможным без предварительного удаления
песка.
Основной объем бентонитовой продукции в России используется для производства
железорудных окатышей. По оценкам экспертов доля использования бентонита для этих
целей в отраслевой структуре потребления составляет около 45%.
Следует выделить специально российский патент, выданный на способ пригодный
для процессов обогащения алмазоносных кимберлитовых пород с целью более быстрого
получения оборотной воды свободной от сапонита. Сгущение сапонитовой суспензии по
этому методу происходит с помощью углекислого газа под давлением с использованием в
качестве коагулянта сернокислого алюминия. Предложенный способ обладает двойным
применением, т.к. с его помощью существует возможность более быстрого получения
сапонита для дальнейшего его использования в разных отраслях народного хозяйства, в
том числе, и в областях применения, рассмотренных в настоящем обзоре.
Основными перспективными направлениями, в которых возможно применение
сапонита вместо бентонита, являются производство железорудных окатышей (ввиду
отсутствия
вредных
для
металлургии
примесей
и незначительной
удаленности
потребителей), глинопорошков для буровых растворов (в случае возможности удаления из
товарного продукта избыточного кварца и проведения ряда технологических испытаний);
производство сорбентов и производство кормовых добавок для животноводства и
птицеводства (требуются дополнительные исследования и сертификация).
КРАТКО О ХВОСТОХРАНИЛИЩАХ
Хвосты – отходы обогащения. Они содержат, в основном, пустую породу.
Содержание полезных компонентов в них составляет доли процента (несколько
процентов).
Хвосты, поступающие с разных стадий обогащения, представляют собой обычно
пульпу из тонкопомолотых частиц, их складируют в хвостохранилищах. Для этого в
местах понижения рельефа строят дамбу и в емкость, образованную ею, сливают хвосты
по трубопроводам. В хвостохранилище твердые частицы постепенно оседают на дно.
Осветленную воду очищают от вредных примесей и сбрасывают в естественные водоемы
или же направляют вновь на обогатительную фабрику (оборотное водоснабжение).
После очистки от пылевидных частиц хвосты в виде мелкого песка нередко
применяют для гидравлической закладки выработанного пространства или для
приготовления твердеющей закладки.
По классификации отходов хвосты обогащения принадлежат к пятому классу
опасности, что требует соблюдения определенных условий при их складировании. Для
этого
и
используются
хвостохранилища.
По
своей
сути
хвостохранилища
–
гидротехнические сооружения.
Хвосты по трубопроводам подаются от предприятий в емкость хранилища, где
отстаиваются. При этом твердые частицы оседают, а жидкая составляющая, вода,
используется в системе оборотного водоснабжения, что позволяет экономить чистую
воду.
Складирование отходов обогатительных фабрик проводится с применением
следующих технологий:
- транспортировка хвостовой пульпы в хвостохранилище наливного типа,
формирование намывного пляжа («мокрое» складирование);
-
складирование
сгущенной
хвостовой
пульпы
(«пасты»)
на
пляж
хвостохранилища с фильтрацией жидкой фазы через фильтрующую дамбу и сбором
фильтрата в специально оборудованном прудке («полусухое» складирование);
-
складирование кека фильтрации на ограждённую дамбой площадку («сухое»)
складирование.
Наиболее простой способ складирования хвостов обогащения, это складирование
пульпы в хвостохранилище наливного типа. В тоже время, данный способ является
наиболее
экологически
опасным,
в
случае
прорыва
ограждающей
дамбы
под
воздействием хвостов, может привести к значительному экологическому ущербу за счет
проникновения жидкой фазы и шлама в поверхностные воды.
При использовании «полусухого» и «сухого» методов складирования хвостов
обогащения, значительно снижаются риски связанные с экологической безопасностью,
так как на отвалах отсутствуют напорные дамбы, материал хвостов обогащения
складируются более компактно, а жидкая фаза после дренирования через фильтрующую
дамбу собирается в прудах–накопителях и, затем, часто используется в качестве
оборотной воды.
ПРОБЛЕМА ОБОРОТНЫХ ВОД НА ОФ № 1 ЛГОКа
Характерной особенностью месторождений ОАО «Севералмаз» является высокое
содержание минералов монтмориллонитовой группы (ММГ). В водной среде данные
глинистые минералы образуют тонкодисперсную гелеобразную суспензию, частицы
которой характеризуются крупностью менее 5 – 7 микрон и, как следствие, низкой
скоростью осаждения, что создает большие сложности при обеспечении замкнутого
водооборота на обогатительной фабрике ОФ №1 Ломоносовского ГОКа. Особенно остро
недостаток воды отмечается в период ледостава на хвостохранилище, когда концентрация
глинистых шламов в оборотной воде превышает 50 ÷ 100 г/л, что приводит к увеличению
ее вязкости и плотности и, как следствие, снижению извлечения алмазов в процессах
тяжелосредной и рентгенолюминесцентной сепараций, повышению потребления чистой
природной воды, снижению срока службы оборудования и экологической безопасности
производства в целом.
Важно отметить, что испытанные за последние 15 лет известные традиционные
(гравитационные, фильтрационные, реагентные и другие) способы и оборудование не
позволили решить проблему осветления оборотных вод предприятий ОАО «Севералмаз».
Наличие глинистых минералов в водных системах усложняет организацию
замкнутого водооборота на ОФ №1, что может привести к необходимости увеличения
объема хвостохранилища ввиду угрозы его переполнения.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ОЦЕНКА
АПРОБИРОВАННЫХ
МЕТОДОВ
ОСВЕТЛЕНИЯ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ
Опробованные методы осветления оборотной воды:
- центрифугирование;
- сгущение;
- электрохимическая обработка;
- акустический метод (применим только при низкой концентрации шламов).
Таблица 4 – Сравнение методов осветления оборотной воды на обогатительной фабрике
№1 Ломоносовского ГОКа
Сравнение затрат
№
Единицы
Наименование
п/п
измерения Центрифуги Сгущение Электрохимичес
кая обработка
рование
1 Общие сведения
Получение оборотной воды с предельно
допустимой концентрацией твердого
1.1 Назначение оборудования
2 Капитальные затраты
2.1 Затраты на приобретение
тыс. руб.
741 091
243 536
600 000
2.2 Затраты доставку оборудования
НДС и таможенная пошлина (30%
2.3
от стоимости)
2.4 Строительно-монтажные работы
тыс. руб.
216 102
71 015
174 960
тыс. руб.
222 327
73 061
0
тыс. руб.
Принимаются на одинаковом уровне
2.5 Пуско-наладочные работы
тыс. руб.
Принимаются на одинаковом уровне
тыс. руб.
1 179 520
387 612
774 960
тыс. тонн.
4 000
4 000
4 000
ИТОГО
3 Исходные данные
3.1 Обработка руды в год
3.2 Обработка руды в зимний период тыс. тонн.
2 334
2 334
2 334
3.3 Обработка руды в летний период
тыс. тонн.
1 66
1 666
1 666
3.4 Срок службы оборудования
лет
10
10
10
3.5 Суммарная мощность приводов
Расход флокулянта в зимний
3.6
период
Расход флокулянта в летний
3.7
период
Расход коагулянта в зимний
3.8
период
Расход коагулянта в летний
3.9
период
3.1 Количество часов работы системы
0 в зимний период
3.1 Количество часов работы системы
1 в летний период
3.1 Количество часов работы системы
2 в год
кВт
7 200
642
12 312
г/т
0
194
0
г/т
0
180
0
г/т
0
161
0
г/т
0
150
0
час
4 748
4 748
4 748
час
3 388
3 388
3 388
час
8 136
8 136
8 136
5 223 312
100 170 432
4,5
4,5
4 Критерии эффективности
4.1 Эффективная очистка оборотной воды
4.2 Наименьшие затраты на содержание оборудования
Сравнение годового потребления
5 материальных и топливноэнергетических ресурсов
5.1 Расход электроэнергии
5.2 Запасные части
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
Расход флокулянта в зимний
период
Расход флокулянта в летний
период
Расход коагулянта в зимний
период
Расход коагулянта в летний
период
Затраты на содержание зданий и
сооружений
Затраты на обслуживание и
ремонт оборудования
кВт*час 58 579 200
% от
4,5
стоимости
т
0
452
0
т
0
300
0
т
0
376
0
т
0
250
0
тыс. руб.
принимаются на одинаковом уровне
тыс. руб.
принимаются на одинаковом уровне
6 Цена, стоимость
6.1 1 кВт*час электроэнергии
руб.
8,76
8,76
8,76
6.2 1 т флокулянта
евро
0
3 934
0
6.4 1 т коагулянта
евро
0
2 198
0
6.6 1 евро
руб.
40,63
40,63
40,63
Затраты на содержание
оборудования в течение года
7.1 Амортизация
тыс. руб.
117 952
38 761
77 496
7.2 Электроэнергия
тыс. руб.
513 154
45 756
877 493
7.3 Запасные части
тыс. руб.
53 078
17 443
34 873
7.4 Расходные материалы
тыс. руб.
0
176 049
0
тыс. руб.
684 184
278 009
989 862
7
ИТОГО
Все методы (центрифугирование, сгущение и электрохимическая обработка)
требуют высоких капитальных и эксплуатационных затрат, а также возникает
необходимость строительства для каждого метода здания до 5000 м2.
- Удельные затраты на центрифугирование сапонитосодержащей пульпы с учетом
обработки фабрикой 4 млн. т в год составят 171,05 руб./т. Основные затраты приходятся
на потребление электроэнергии и составляют 75% от общих затрат. Так же необходимо
учесть что удельные затраты указаны без учета аккумулирования оборотной воды. Для
того чтобы фабрика функционировала, необходимо, чтобы объем аккумулированной
воды составил бы 10-ти кратный запас, т.е. при потреблении фабрикой 550 м3/час запас
воды в аккумулирующей емкости должен быть 5500 м3.
- Удельные затраты на сгущение сапонитосодержащей пульпы с учетом обработки
фабрикой 4 млн. т в год составят 69,50 руб./т. Основные затраты приходятся на
приобретение реагентов и составляют 63,32% от общих затрат (в том числе учтены
транспортные расходы (10% от стоимости), налог и таможенная пошлина (30% от
стоимости)). Так же необходимо учесть что для разбавления исходной пульпы до
содержания твердого в ней 2% потребует дополнительные затраты на перекачивание воды
в количестве 5000 м3/ч.
- Удельные затраты на извлечение сапонита из хвостовой пульпы с использованием
электрохимических сепараторов с учетом обработки фабрикой 4 млн. т в год составят
247,47 руб./т. Основные затраты приходятся на потребление электроэнергии и составляют
88,65% от общих затрат.
Электрохимический
сепаратор
можно
усовершенствовать
для
снижения
потребления электроэнергии и рассмотреть двух ступенчатую схему обработки хвостовых
продуктов ОФ №1, например, применить гидроциклоны перед сепаратором для снижения
капитальных и эксплуатационных затрат.
Расход электроэнергии при реализации акустического воздействия составляет от
0,04 до 0,1 кВт*ч на 1 м3 шламосодержащей пульпы.
Метод центрифугирования является менее эффективным по очистке воды по
сравнению со сгущением и электрохимической обработкой.
По результатам технико-экономического сравнения трех методов осветления
оборотной воды наименее затратным является метод сгущения сапонитосодержащей
пульпы.
Однако плотность полученного осадка при этом существенно меньше, чем
осадка,
полученного
путем
естественного
механического
осветления.
Данный
отрицательный эффект, обусловленный особенностью строения отдельных органических
реагентов, приводит к разрыхлению уплотненного осадка и достаточно быстрому
увеличению его объема. Планируется провести исследования возможности применения
двухстадиальной схемы сгущения, что позволит сократить расход реагентов и снизить
капитальные и эксплуатационные затраты.
МЕТОДЫ ОСВЕТЛЕНИЯ ОБОРОТНЫХ ВОД
1. ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ
Для нормальной работы фабрики при центрифугировании необходим 10-ти
кратный запас воды в аккумулирующей емкости, при потреблении 550 м3/час запас
должен быть 5500 м3.
При годичном объеме укладываемых хвостов 5,2 млн. м3 высота укладки
составит 2,3 м, за 20 лет высота террикона составит 46 м, поэтому необходимо
рассмотреть параметры площадки для укладки хвостов.
По предварительным расчетам, для обезвоживания отвальных хвостов на ОФ
№1 Ломоносовского ГОКа потребуется 16 центрифуг и 16 сепараторов, а также 32
перистальтических насоса (всего шестнадцать линий). Установленная мощность одной
линии составит ориентировочно 350 кВт или всей схемы - 5600 тыс. кВт (5,6 МВт), а с
учетом перистальтических насосов (на одну линию потребуется два насоса) общая
установленная мощность одной линии составит 450 кВт, а полной схемы 7200 кВт (7,2
МВт). Площадь здания, необходимая для размещения оборудования, составит 24х60 м при
высоте 7 м.
Недостатком
центрифугирования
сапонитосодержащей
пульпы
с
использованием сгустителей высокого сжатия являются высокие капитальные затраты и
высокий расход электроэнергии.
2. СГУЩЕНИЕ
Решение проблемы сгущения тонкодисперсных частиц достигается применением
реагентов, вызывающих их слипание или агрегацию в результате коагуляции или
флокуляции.
При высоком содержании сапонитов в хвостовой пульпе для сгущения шламов
обязательно совместное использование коагулянта и флокулянта.
Получение слива требуемого качества (500 мг/л) не представляет сложности, но
получение сгущенного продукта с плотностью 70% по массе только на сгустителях
невозможно.
Максимальная плотность сгущенного продукта 45% может быть получена при
удельной нагрузке - 0,093 т/м2ч и расходе флокулянта – 180 г/т, коагулянта – 147 г/т.
Таблица 5 Расход реагентов на сгущение сапонитовой пульпы ОФ №1 (в летний период)
Удельный расход,
Обработка, тыс. т. в
Расход реагентов
Наименование
г/т
год
в год, т
Флокулянт
180
4 000
720
Коагулянт
150
4 000
600
В случае поступления в аппарат высокого сжатия исходной хвостовой пульпы с
содержанием твердого 20% разбавление происходит внутри питающего колодца с
применением
системы
принудительного
разбавления
питания,
использующей
маломощные аксиальные насосы. В этом случае затраты возрастут в связи с
дополнительным
расходом
электроэнергии,
необходимой
при
перекачивании
дополнительной воды (порядка 5000 м3/ч) для разбавления исходной пульпы. Объем слива
осветленной воды составит 1195 м3/час с содержанием твердых частиц 0,05%.
Суммарная мощность электродвигателей оборудования составит 642 кВт.
В зимний период эксплуатации технологии сгущения сапонитовой пульпы
эксплуатационные затраты возрастут за счет увеличения расхода реагентов на 5-10%, в
расчетах выше (Таблица 4) принимаем 7,5%.
Недостатками
сгущения
сапонитосодержащей
пульпы
с
использованием
сгустителей высокого сжатия являются высокие капитальные затраты, высокий расход
реагентов, высокий расход электроэнергии и ряд других недостатков.
Использование отечественных и зарубежных коагулянтов и флокулянтов для
осаждения взвесей из-за их высокой ионообменной способности пока не дало
эффективного результата, причем выявлены факты повторной стабилизации суспензии
после добавления коагулянтов.
3. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ СЕПАРАЦИЯ
Для рационального размещения электрохимического оборудования в виде 5
модулей (30 установок) и эффективной его эксплуатации необходимо сооружение со
следующими внутренними габаритами: (L*B*H, мм) 84000*60000*6000 мм.
Общая установочная мощность электрохимических модулей составляет 12312 кВт.
Требуемая производительность составит 2200 м3/час.
Проведенные опыты показали, что электрохимическое кондиционирование
шламсодержащих технологических вод без дополнительного введения химических
реагентов приводит к увеличению скорости осаждения взвешенных веществ в
зависимости от вещественного и гранулометрического состава в 3 – 5 раз при степени
очистки слива 85 – 95%.
Наличие
отрицательного
заряда
минералов
монтмориллонитовой
группы
предполагает возможность их «налипания» в процессе электрохимической обработки на
положительно заряженный электрод – анод.
Был испытан второй вариант применения разработанного метода, который
заключается в смене полярности (заряда) барабана. На барабан подается отрицательный
заряд, при определенной величине которого из суспензии начинает извлекаться водная
фаза, а глинистый материал остается в виде твердой фазы в ванне сепаратора.
В результате выполненной работы научно обоснован, разработан и апробирован
электрохимический безреагентный метод выделения минералов монтмориллонитовой
группы
из
сапонитсодержащих
сливов
хвостохранилища
ОАО «Севералмаз», обеспечивающий извлечение сапонита из вод хвостохранилища
ОФ №1 82%; выход осветленного слива до 76% при степени его очистки 41 – 99,5%.
Сепаратор для реализации электрохимического воздействия на шламосодержащие
воды состоит из двух отрицательно заряженных барабанов - катодов (1) и одного
положительно заряженного барабана – анода.
Сепаратор
снижает
содержание
тонкодисперсных
взвешенных
веществ,
образованных разрушением минералов монтмориллонитовой группы (например, сапонит)
в оборотной воде. Удельный расход электроэнергии на получение 1 м3 осветленного слива
с помощью сепаратора составляет 4-12 кВт*ч/ м3.
С целью доочистки осветленного слива с сепаратора был разработан и изготовлен
пакетный сгуститель. Данный сгуститель в сравнении со стандартным пакетным
сгустителем имеет больший (более вертикальный) – до 70 градусов угол наклона пластин
пакета (в обычном ПС–40 – 60 градусов) и большее расстояние (30 мм) между
пластинами. Для эффективной работы ПС необходимо использование реагентов
(коагулянт, флокулянт).
Увеличение производительности сепаратора с 20 до 80 л/ч приводит к увеличению
содержания твердой фазы в осветленном сливе с 0,5 до 60 г/л. При этом слив, полученный
при производительности сепаратора 40 л/ч, осветляется в пакетном сгустителе до 3 – 5 г/л;
при производительности сепаратора 60 л/ч до 19 – 32 г/л при требуемом на ОФ №1
содержании
10 – 20 г/л.
Таким
образом,
рациональная
производительность
сепаратора – 40 л/ч.
Содержание шламов в исходной воде практически не влияет на качество
осветленного слива и производительность сепаратора (рабочее напряжение 30 В). Так,
например, увеличение содержания шламов в исходной воде более чем на 200 г/л (с 50 до
257 г/л) приводит к увеличению содержания шламов в осветленном сливе всего на 10 г/л.
Электрохимический метод позволяет также получать сгущенный продукт с
содержанием твердой фазы до 600 г/л.
Таблица 6 – Качественно-количественные показатели работы электрохимического
сепаратора в комплексе с пакетным сгустителем
Выход
Расход эл.энергии,
Наименование
Содержание
Выход слива от
продукта,
кВт*ч/м3 (исходной)/
продукта
твердого, г/л
исходного, %
л/ч
осветленной воды
Оборотная вода с УХХ
Питание сепаратора 50-80
50-82
Слив сепаратора
40
20-34
50-80
(4-6,4)/8
Слив классификатора 1-КСН-24
Питание сепаратора 80-100
257
Слив сепаратора
40
30-41
40-50
(4,4-7,0)/8,8
Эффективное извлечение и осаждение тонкодисперсных шламов, как из оборотной
воды участка хвостового хозяйства (УХХ) с содержанием шламов до 82 г/л, так и слива
классификатора
1-КСН-24
электрохимических
с
воздействий
содержанием
осуществляется
шламов
257 г/л,
при
следующих
применением
параметрах:
производительность установки 40 л/ч, обеспечиваемая частотой вращения двух барабанов
– катодов 20 об/мин, барабана–анода – 0,1–0,5 об/мин; удельный расход электроэнергии
4 – 7 кВт*ч/м3 исходной или 8 – 8,8 кВт*ч/м3 осветленной воды.
Данные
параметры
электрохимического
сепаратора
позволяют
получить
независимо от исходной концентрации шламов в пульпе, осветленные сливы с
содержанием твердой фазы от 20 до 40 г/л и сапонитсодержащий продукт с содержанием
твердой фазы до 450 (600) г/л при ее извлечении до 80%. При этом доочистка сливов в
пакетном сгустителе обеспечивает содержания твердой фазы до 5 – 15 г/л.
4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА
Скорость осаждения высокодисперсных взвесей, включая коллоидные системы,
незначительна, что объясняется малой массой частиц и отсутствием самопроизвольной
коагуляции в связи с наличием на их поверхности одноименных электрических зарядов.
Заряженные частицы отталкиваются друг от друга, но если вследствие броуновского
движения расстояние между ними становится меньше критического, то они могут
соединяться и коагулироваться.
Одним
из
физических
методов
ускорения
движения
(и
осаждения)
высокодисперсных взвешенных частиц в воде могут являться акустические воздействия в
инфразвуковом (диапазон частот от 16-20 Гц и ниже) и звуковом (диапазон частот
от 16-20 Гц до 16-20 кГц) диапазонах частот, которые характеризуются объемным
распространением (сотни метров - единицы км), экологической безопасностью (не
используются химические реагенты) для окружающей среды и относительно невысокими
затратами электроэнергии (не более 0,05 кВт/ч на 1 м3 пульпы).
Для обеспечения технологического процесса обогатительной фабрики №1
Ломоносовского ГОКа используется оборотная техническая вода, содержащая различные
механические примеси. В период испытаний комплексного акустического воздействия на
водные системы с 16 по 19 декабря 2012 г. общая концентрация шламов находилась, по
данным лаборатории ОТК фабрики, в пределах от 47 г/л до 60 г/л.
Возможные физические механизмы акустического осветления воды
1. Коагуляция механических примесей различной (крупных, средних и мелких)
дисперсности в бегущих гидроакустических волнах.
2. Коагуляция сверхмелкодисперсных механических примесей и коллоидных частиц в
стоячих гидроакустических волнах.
3. Коагуляция механических примесей в бегущих акустических волнах, а также их
принудительное осаждение в нижние слои воды и/или прижатие ко дну.
Основные результаты испытаний
Осветленная в процессе естественного отстаивания (~24 ч) вода занимает ~35% от
общего объема.
При исходном содержании механических примесей 53 г/л после 2-х часового
акустического воздействия и последующего отстаивания в течение 22 часов осветленная
вода занимает ~50% объема
При исходном содержании механических примесей 60 г/л после 2-х часового
акустического воздействия и последующего отстаивания в течение 22 часов осветленная
вода занимает ~60% от объема.
Экспериментально установлено, что оборотная промышленная вода, содержащая
механические примеси более 80 г/л, естественным способом (отстаиванием) не
осветляется (в течение 24 ч).
Благодаря комплексному акустическому воздействию удалось осветлить 42% объема
воды, не осветляемой отстаиванием естественным способом.
Скорость очистки оборотной промышленной воды (с исходным содержанием
шламов в воде 60 - 80 г/л) при 2-х часовом воздействии акустических волн и
последующем естественном отстаивании в течение 21-22 ч составляет 2,92 г/л*ч и
3,98 г/л*ч, что, соответственно, на 50,1% и на 66,2% превышает скорость естественного
осветления воды.
Скорость очистки оборотной промышленной воды (с исходным содержанием
шламов в воде 177 г/л) при 2-х часовом акустическом воздействии и последующем
естественном отстаивании в течение 15 ч составляет: 11,78 г/л*ч, 11,77 г/л*ч и 11,73 г/л*ч
для горизонтов «1 см», «17 см» и «46 см», соответственно.
Расход электроэнергии в сутки составляет:
При исходном содержании шламов в оборотной воде 50 г/л (0,01 кВт*ч на 1 м3 пульпы).
-
излучение: 4 часа х 4 кВт/ч = 16 кВт*ч;
-
пауза – 20 часов;
-
два излучателя (сверху и внизу);
-
озвучиваемый объем двумя излучателями 2500 м3 (30х30х3м);
-
объем очищенной воды 1000 м3 (40% от объема очищаемой воды) с содержанием
шламов менее 2 г/л (эффективность очистки не менее 95%).
При исходном содержании шламов в оборотной воде 150 г/л (0,04 кВт*ч на 1 м3 пульпы).
-
излучение: 12 часов х 4 кВт/ч = 48 кВт*ч;
-
пауза – 12 часов;
-
два излучателя (сверху и снизу);
-
озвучиваемый объем двумя излучателями 2500 м3 (30х30х3м);
-
объем очищенной воды 1000 м3 (40% от объема очищаемой воды) с содержанием
шламов менее 5 г/л (эффективность очистки не менее 90%).
Добиться в лабораторных условиях дополнительного осветления воды и/или сгущения
осадка при содержании в воде шламов более 194 г/л при непрерывном 15-ти часовом
акустическом воздействии не удалось.
Для реальной оценки эффективности применения безреагентного механического
метода обработки необходимо провести промышленные испытания комплексного
акустического воздействия на сапонитсодержащие пульпы в условиях хвостового
хозяйства ОФ №1 ЛГОКа в различных погодно-климатических условиях (периоды: мартапрель и август-сентябрь).
ПРИМЕНЕНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
Используемая в таблице 4 стоимость 1 кВт*ч электроэнергии составила 8,76 руб. и
соответствует электроэнергии, полученной от дизельной электростанции. Такая высокая
стоимость электроэнергии создает значительные затраты при различных методах
осветления оборотных вод, особенно, в случае электрохимической сепарации. Возможно,
применение каких-либо альтернативных дизелю источников энергии способно создать
значимую экономию на данной статье затрат.
Для информации в целях возможных предложений по приливным электростанциям
расстояние до Белого моря составляет 50-60 км.
Основные площадки для строительства объектов ветроэнергетики в Архангельской
области находятся на побережье Белого моря.
Архангельская область обладает одним из наиболее низких показателей инсоляции
среди
регионов
проблематичным.
РФ,
поэтому
применение
солнечной
энергетики
является
КРАТКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
ОАО
«СЕВЕРАЛМАЗ»
И
ЛОМОНОСОВСКОГО ГОКа
Открытое акционерное общество «Севералмаз», образованное в марте 1992 года с
целью освоения крупнейшего в Европе коренного месторождения алмазов им. М.В.
Ломоносова, является одним из самых молодых предприятий горнодобывающей отрасли
России. Компании «АЛРОСА» принадлежит в Обществе 95,0348% акций.
Начало промышленной добычи беломорских алмазов началось 28 июня 2005 года,
с момента ввода в эксплуатацию первой очереди Ломоносовского горно-обогатительного
комбината производительностью 1,0 млн. тонн руды в год. В октябре 2006 года на
месторождении был добыт и переработан первый миллион тонн руды. Численность
Общества составляет 743 человека, из них в Ломоносовском горно-обогатительном
комбинате работает 566 человек.
Месторождение им. М. В. Ломоносова — крупнейшее коренное месторождение
алмазов в Европейской части Российской Федерации. Расположено около посёлка
Поморье Приморского района Архангельской области и названо в честь Михаила
Васильевича Ломоносова. Месторождение включает в себя шесть кимберлитовых трубок:
Архангельская, им. Карпинского—1, им. Карпинского—2, Пионерская, Поморская, им.
Ломоносова.
Сайт ОАО «Севералмаз»: www.severalmaz.ru
Координаты месторождения им. М.В. Ломоносова: