Способ предотвращения пыления промышленных гидроотвалов

НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО ПРИ КАБИНЕТЕ МИНИСТРОВ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(73) Государственное научно-производственное объединение промышленной экологии КАЗМЕХАНОБР(54) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПЫЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГИДРООТВАЛОВ(57) Изобретение относится к области работ по закреплению пылящих объектов металлургии, в частности отвалов отходов обогащения, например, 2щламо- и хвостохранилищ, и может быть использовано для предотвращения пылеобразования на поверхности отвалов гидрометаллургических заводов, горнохимических комбинатов и тепловых электростанций. Предложен способ предотвращения пыления гидроотвалов, который заключается во введении в хвостовую пульпу совместно вяжущего материала и флокулянта. В качестве вяжущего материала предлагается использовать технические лигносульфонать 1 в количестве 0,5-0,8 (к твердому пульпы), а в качестве флокулянта - полиакриламид в количестве 0,0020,005 . Оба реагента предлагается вводить в пульпу в сухом виде в последние сутки намыва очередной карты хвостохранилища. Противоэрозионный слой хвостовых отложений должен быть мощностью не менее 3,0 см.Область применения предполагаемого изобретения- закрепление пылящих объектов цветной и черной металлургии, в частности, отвалов отходов обогащения,например, щламо- и хвостохранилищ оно может быть использовано для предотвращения пылеобразования на поверхности отвалов гидрометаллургических заводов,горно-химических комбинатов и тепловых электростанций.Известен способ формирования намывных сооружений с укреплением их грунтов(авторское свидетельство СССР Не 357319. Способ намыва сооружений. (В.Г.Поплавский и А.Г.Олейников - Кл. Е 02 в 1/00 Е 02 в 7/ 06 Е 02 о 15/00, 1972), предусматривающий введение в гидросмесь намываемого грунта в качестве флокулирующего реагента щелочной водной эмульсии битума. Введение эмульсии обеспечивает повышение гидравлической крупности твердого пульпы за счет склеивания мелких частиц грунта и сравнительно быстрого высаждения их из гидросмеси с получением довольно прочных конгломератов.Недостатком этого способа является довольно узкая область применения - только для пульп, имеющих жидкую фазу с незначительной жесткостью (не более 6 мг.экв) при введении таких эмульсий в гидросмеси с жесткой жидкой составляющей (а таких технологических пульп большинство в горно-перер абатывающих отраслях) происходит мгновенная коагуляция эмульсий,еще до контакта их с твердым, то есть мицелль 1 битума не успевают вступить в контакт с минеральными частицами и, в конечном итоге, не обеспечивается флокуляция твердого пульпы с достижением ожидаемого эффекта. Кроме того, для приготовления битумных эмульсий требуется много времени и довольно сложное технологическое обеспечение процесса (подогрев битума, введение в него расплавленного эмульгатора и перемешивание смеси, приготовление горячего раствора едкого натра, требующее особых мер техники безопасности, организация диспергирования ингредиентов эмульсии и т.д.).Известен также способ намыва сооружений(Авторское свидетельство СССР Не 181003. Способ3 намыва земляных сооружений (В.М. Николаев И др. Кл. 84 а, 7/06 (МПК Е 02 В), 1966/, при Котором, с целью повышения качестванамывного сооружения и обеспечения возможности возведения его из тонкодисперсного грунта, в гидросмесь вводят флокулянт типа полиакриламида в количестве 20-30 г/м 3 грунта. При введении полиакриламида наблюдается связывание пылевидных частиц и происходит их равномерное осаждение совместно с частицами других размерностей.Но введением такого количества полиакриламида нельзя добиться достаточно ветроэрозионноустойчивого покрытия на поверхности сооружения.Из известных способов, наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому, является способ закрепления хвостов в общей массе путем ввода в поток пульпы водорастворимых линейных полимеров, обеспечивающих ветроэрозионную устойчивость поверхности хвостохранилищ. В качестве водораство-римых полимеров используют полиакриламид или К-9 при достижении следующих оптимальных параметров отношение ТЖ пульпы равное 13, концентрация полимера в жидкой фазе пульпы - 0,05 , время перемешивания полимера в пульпопроводе - 15-20 мин,концентрация водного раствора полимера, вводимого в пульпопровод - 2,0-2,5 (А.В.Кретинин и др. Способ борьбы с пылью на действующих хвостохранилищах Цветная металлургия, М 2, 1988, с.55-58). При намыве пляжа хвостохранилища с применением в качестве флоку-лянта полиакриламида достигнуто повышение прочности заскладированного грунта (против контроля) в 3,8 раза закрепленные хвосты не пылили, на их поверхности отсутствовали следы ветровой эрозии, хотя скорость ветра достигала 15-20 м/ с.Существенные недостатки известного способа в том,что при указанном расходе полимера эффективного закрепления зачастую не удается обеспечить в силу интенсивной пептизации тонкодисперсных минеральных частиц и выноса создающихся парусных агрегатов за пределы пляжной части. В то же время, введение в пульпу хвостов раствора полимера в количестве на порядок меньший, чем по прототипу, позволяет получить достаточно высокий эффект флокуляции, но при этом противоэрозионная устойчивость создаваемого покрытия весьма низка. Кроме того,приготовление растворов полиакриламида или полиакрилонитрила (К-9) в промышленном масштабе весьма длительное и сложное мероприятие, требующее специальных мешалок, весьма объемных резервуаров для растворов рабочей концентрации и воду определенного качества.Задачей изобретения является разработка способа увеличения противоэрозионной устойчивости поверхности гидроотвала, технический результат,получаемый при осуществлении изобретения сокращения времени производства работ, снижения расхода полимерных реагентов - флокулянтов,уменьшения трудоемкости и упрощения аппаратурного оснащения работ по предотвращению пыления объекта.Требуемый технический результат - предотвращение пыления промышленных гидроотвалов достигается созданием на их поверхности противоэрозионного покрытия из хвостовой пульпы с предварительным введением в нее флокулянта, например, полиакриламида, и вяжущего вещества, например, технических лигносульфонатов, в количестве соответственно 0,0020,005 и 0,5-0,8 к массе твердого пульпы, причем флокулянт и вяжущее вещество вводят лишь перед окончанием складирования отходов обогащения на очередной карте гидроотвала в течение времени, необходимого для создания слоя противоэрозионного покрытия требуемой мощности, например, не менее 3,0 см,при этом флокулянт и вяжущее вещество вводят непосредственно в пульпу в сухом раздробленном или гранулированном виде.Достоинство предлагаемого способа в том, что если в известном способе значительная часть реагента выносится в пруд-отстойник либо в растворенном виде с жидкой фазой пульпы, либо в связанном - с пептизированными шламистыми частицами хвостов, то по заявляемому способу этого не происходит. Порошки,введенные в пульпу, за время движения с потоком по пульпопроводу растворяются лишь частично и,взаимодействуя с минеральными частицами, повышая их гидравлическую крупность, высаждаются на пляже. Поскольку осадок минеральных частиц обладает весьма высокой водоудерживающей способностью,обеспечиваемой присутствием флокулянта, то в процессе формирования структуры в намытом грунте происходит дальнейшее (полное) растворение введенных в пульпу реагентов с формированием прочной эрозионноустойчивой структуры в хвостовых отложениях. А так как свежесозданный осадок хвостов на пляже значительно обводнен (как губка) и по мере высыхания подвержен усадке, то происходит интенсивное растрескивание слоя намытых хвостов на отдельные плиты практически до границы контакта намытого слоя с ранее уложенными (необработанными) хвостовыми отложениями. Образующиеся трещины выполняют роль эффективных песколовущек и являются высокопроизводительными дренажными устройствами в противоэрозионном покрытии. Выпадающие атмосферные осадки не успевают впитываться в созданное противоэрозионное покрытие, скатываются в трещины и инфильтруются в подстилающие (необработанные) хвосты, не усложняя, тем самым, фильтрационную обстановку на массиве.Способ реализован в лаборатории гидротехнических сооружений института Казмеханобр и на Баялдырском хвостохранилище Кентауской обогатительной фабрики комбината Ачполиметалл (г.Кентау, ЮжноКазахстанской области).Первоначально в лабораторных условиях устанавливали граничные значения потребного количества вяжущего состава для достижения структурной прочности намытых хвостов. В качестве последних использованы хвосты Кентауской обогатительной фабрики, имеющие следующий гранулометрическийПример 1 - контрольный намыв пульпы. Для приготовления хвостовой пульпы в коническую колбу помещали навеску сухих хвостов 200,0 г, смешивали с 600,0 мл дистиллированной воды и встряхивали смесь в течение 3,0 минут. Полученную пульпу выливали на сито с диаметром отверстий 2,0 мм, покрытое фильтровальной бумагой. После инфильтрации свободной воды, в осадок хвостовой пульпы врезали металлические кольца объемом 50 см 3, а после высыхания образцов (через 7 суток) проводили определение силы сцепления и угла внутреннего трения по методике и на приборе И.М.Литвинова. Параллельно у высушенных образцов определяли прочность на сжатие с использованием масляного пресса. Результаты контрольного намыва пульпы приведены в табл. 1.Пример 2 - намыв пульпы по прототипу с введением полиакриламида. Готовили хвостовую пульпу из 200,0 г сухих хвостов и 600 мл 0,05 раствора полиакриламида. Смесь, помещенную в колбу перемешивали встряхиванием в течение 17,0 минут. Полученную пульпу помеЩали в сито, покрытое фильтровальной бумагой. Образцы хвостов готовили и испытывали по методике,изложенной в предыдущем примере. Результаты испытаний образцов хвостовых отложений по прототипу приведены в табл. 1.Пример 3 - намыв пульпы по предлагаемому способу с введением технических лигносульфонатов для уста 6новления граничных значений вяжущего вещества. Брали 200,0 г сухих хвостов, смешивали их с навеской порошка лигносульфонатов (порошок был представлен частицами диаметром 2,0 мм) в четырех вариантах(в г) 0,2 1,0 1,6 и 2,0, а затем добавляли 600 мл дистиллированной воды и встряхивали смесь в течение трех минут. Полученную пульпу выливали в сито,покрытое фильтровальной бумагой. После инфильтрации свободной воды, в осадок хвостовой пульпы врезали металлические кольца объемом 50,0 см 3, а после высыхания образцов (через 7 суток) проводили определение силы сцепления, угла внутреннего трения и прочность на сжатие. Результаты намыва пульпы и испытания хвостовых отложений приведены в табл. 1 .Из данных табл. 1 видно, что добавление к хвостам уже 0,5 порошка лигносульфонатов обеспечивает достижение силы сцепления минеральных частиц 0,081-105 па. По мере увеличения содержания в пульпе хвостов лигносульфонатов до 0,8 частицы хвостов имеют силу сцепления равную 0,098-105 па. При дальнейшем увеличении содержания лигносульфонатов в пульпе рост силы сцепления незначителен, что позволяет сделать вывод о достаточности введения 0,5-0,8 лигносульфонатов к массе твердого хвостовой пульпы, чтобы достичь показателей структурной прочности способа по прототипу.Аналогичный характер зависимостей получен и при определении прочности образцов на сжатие при введении 0,5 технических лигносульфо Табл и ца 1Испытание образцов на сдвигПример 2 - намыв ПУЛЬПЫ ПО ПрОТОТИПу С введением ПОЛИЭКрИЛЗМИДЗПример 3 намыв пульпы по предлагаемому способу с введением технических лигносульфонатовЙЦШ ЖЖ ШЕ ПШВариант от прочности Та в в к ппотност ш ) сдшга сцеппен Оуазца Зд-РЗПЛЭННОГО граммах грунту кг/м 3 Град 10 5 па 10 5 а разцат р7 натов прочность образцов практически не отличалась от их прочности по прототипу, а при введении 0,8- превышала образцы прототипа на 15 .На следующем этапе исследований установили значения оптимальной добавки флокулянта для достижения максимального эффекта в создании принципиально отличной от аналогов структурной поверхности намывного пляжа хвостохранилища.Оценку эффективности работы флокулянта осуществляли по трем показателям скорости осветления жидкой фазы пульпы, высоты осадка твердого при отстаивании пульпы и его влагоемкости.При определении скорости осветления жидкой фазы пульпы до и после введения флокулянта использовали принцип качественного определения прозрачности растворов, а высоту осадков И их влагоемкость определяли путем количественного замера показателей.Пример 4 - установление граничных значений количества флокулянта, вводимого в пульпу.Хвостовая пульпа готовилась способом, описанным в примере 1, но из 2,0 кг сухих хвостов и 6,0 л дистиллированной воль 1. Порошок полиакриламида вводили в сухие хвосты перед приготовлением из них пульпы в шести вариантах (из расчета на 1 кг твердого пульпы, в мг) 0,005 0,0010 0,0020 0,0050 0,0080 и после трехминутного перемешивания в мешалке с прозрачным (из оргстекла) корпусом фиксировали скорость осветления жидкой фазы пульпы. Изменение прозрачности воды замеряли по цветному кольцу на стеклянном стержне, который устанавливали вертикально в корпусе мешалки на расстоянии 10 мм от его стенки. Во всех вариантах опыта путь, проходимый минеральными частицами в столбе пульпы составлялфлокулянта, к твер Скорость осветления пул ьпы, ПОСЛЗ введенияфлокуля нта, до введения флокуля нта, 8до введен ия флокуля нта8 40 мм, то есть промежуток времени между окончанием перемешивания пульпы и началом просматривания сквозь жидкость цветного кольца на стеклянном стержне характеризовал скорость осветления хвостовой пульпы.После окончания свободного падения минеральных частиц в столбе хвостовой пульпы (через одни сутки после начала опыта) замеряли высоту осадка твердого в каждом сосуде по вариантам опыта. Затем декантировали осветлившуюся жидкую фазу и обеспечивали инфильтрацию свободной воды из осадка. В конечном итоге, весовым методом определяли влажность хвостов,которая характеризовала влагоемкость осадка. Результаты опытов приведены в таблице 2.Из данных табл. 2 видно, что минеральные частицы приготовленной пульпы хвостов оседают в среднем со скоростью около 0,4 мм/с. Добавка флокулянта уже в незначительном количестве почти на 25 ускоряет процесс. Наиболее эффективен диапазон расходов флокулянтав 0,002 - 0,005 к твердому пульпы, когда скорость осаждения минеральных частиц в жидкости увеличивается в 2,6 - 3,2 раза против контроля. Дальнейшее увеличение расхода флокулянта неадекватно достигаемому эффекту.В установленном диапазоне расхода флокулянта удается создать довольно рыхлый осадок - в 1,4 - 1,5 раза мощнее, чем в контрольном варианте, обладающий высокой влагоемкостью - 36-3 8 .Такая водонасыщенность осадка хвостовой пульпы обеспечивает при дальнейшей потере им воды (за счет мощной усадки) получение принципиально новой структуры покрытия - мозаично-трещиноватой прочной поверхности, причем размеры трещин будут играть существенную роль в натурных условиях, выполняяпосле введения флокуля нтадо введения флокуля нта