Реферат на тему: "Способы очистки жидких отходов, образующихся при разработке рудных месторождений"
Содержание
|
Введение……………………………………………………………………... |
3 |
|
1. Рудные месторождения……………………………………………… |
4 |
|
2. Отходы рудных месторождений……………………………………. |
10 |
|
3. Шахтные воды |
|
|
3.1.
Характеристика
шахтных вод…………………………………… |
15 |
|
3.2.
Требования к
качеству шахтных вод при их использовании и сбросе в водоемы………………………………………………….. |
18 |
|
3.3.
Методы очистки
шахтных вод…………………………………… |
19 |
|
3.4.
Технологические
схемы очистки………………………………… |
23 |
|
4. Сточные воды обогатительных фабрик…………………………….. |
28 |
|
4.1.
Особенности
сточных вод обогатительных фабрик……………. |
29 |
|
4.2.
Очистка сточных
вод……………………………………………... |
30 |
|
Заключение………………………………………………………………….. |
33 |
|
Список
использованных источников……………………………………… |
34 |
Введение
На
территории разработки рудных месторождений активизируются процессы выветривания
горных пород, что связано с их дроблением в процессе добычи и переработки.
Продукты выветривания попадают в поверхностные и подземные воды. В результате
этого возрастает их минерализация, в растворе накапливаются токсичные элементы.
На значительной территории воды выводятся из хозяйственного оборота. Эта
проблема актуальна для всего мира и, особенно, для нашей страны, так как объемы
пород, извлекаемых из недр в России, ежегодно составляют более трех миллиардов
тонн. Существующая программа утилизации отходов не эффективна, рост объемов
образующихся отходов значительно опережает рост их использования.
Жидкие
отходы представлены двумя типами: шахтными (рудничными) водами и сточными
водами обогатительных фабрик - они напрямую загрязняют природные воды. При
разработке месторождений многие компоненты, изначально находившиеся в твердом
состоянии, растворяются и попадают в подземные и поверхностные воды, загрязняют
почву, растительность, атмосферу окружающих территорий. Воздействие техногенных
вод приводит к формированию геохимических аномалий в поверхностных водотоках,
водоемах на удалении в десятки километров от хранилищ отходов. Растворенные
компоненты, находящиеся в ореолах и потоках рассеяния, активно взаимодействуют
с вмещающими породами, поэтому их качественный и количественный состав меняется
во времени. В связи с этим в последнее время пристальное внимание уделяется
проблемам миграции металлов и других компонентов внутри и за пределы
хвостохранилищ.
1.
Рудные
месторождения
Рудные месторождения, скопления рудных залежей (тел) на поверхности или
в недрах Земли, по своим размерам, качеству и условиям залегания пригодных для
промышленной разработки. РМ состоят из одного или нескольких рудных тел,
которые могут разрабатываться совместно. РМ образуются при всех геологических
процессах, формирующих земную кору.
При
формировании рудных тел выделяются стадии и этапы рудообразования.
Стадия
рудообразования — период
времени, в течение которого происходило накопление рудообразующих минералов
определённого состава при более или менее устойчивых геологических и
физико-химических условиях, отделённый перерывом минерализации от других
стадий. Перерыв между стадиями рудообразования обычно соответствует
тектоническому покою, который завершается в начале новой стадии тектонической
деформацией и раскрытием рудной полости, сопровождающимся нередко дроблением
минерального вещества предшествующей стадии.
По
количеству стадий рудообразования различают месторождения простые —
одностадийные и сложные — многостадийные. Общее количество стадий при
формировании РМ обычно достигает 4—6, редко выходит за пределы 10. Минеральные
ассоциации последовательных стадий рудообразования называются минеральными
генерациями. В таких генерациях минеральный состав может быть различным,
одинаковым или частично повторяться.
Длительный
период минералонакопления, объединяющий ряд последовательных стадий и
принадлежащий к одному генетическому процессу, называется этапом рудообразования.
Обычно руды одного РМ принадлежат одному этапу минералонакопления, реже двум и
более.
Среди
рудных месторождений выделяют месторождения чёрных, лёгких, цветных,
благородных, редких, радиоактивных металлов, а также рассеянных элементов.
К
рудным месторждениям чёрных металлов принадлежат месторождения железа,
марганца, хрома, титана и ванадия. Запасы наиболее крупных из них составляют
миллиарды м с содержанием металла,
достигающим нескольких десятков процентов.
Месторождения
железных руд — наиболее крупные и разнообразные по условиям образования. Самые
значительные среди них — метаморфогенные гематитовые и магнетитовые
месторождения железистых кварцитов докембрийского возраста (Криворожский
железорудный бассейн, Курская магнитная аномалия в России, Верхнего озера
железорудный район в США, Лабрадора железорудный пояс в Канаде). Важное
промышленное значение имеют осадочные буро-железняковые, сидеритовые и
железисто-хлоритовые месторождения Керченского железорудного бассейна в России.
Среди месторождений марганцевых руд различают осадочные окисные и карбонатные
руды, к которым принадлежат Никопольское месторождение на Украине и Чиатурское
в Грузии. Значительны метаморфизованные месторождения Индии, Африки, Бразилии и
др.
Все промышленные месторождения хрома
относятся к магматическим образованиям (Урал в России, Южная Африка, Индия,
Турция и др.). Промышленные скопления титановых руд генетически связаны с основными
и щелочными породами (Россия, США, Канада, АРЕ, ЮАР и др.). Ванадиевые руды
добываются из магматических ванадийсодержащих титаномагнетитовых и осадочных
ванадиевых и ванадийсодержащих залежей.
РМ
лёгких металлов представлены месторождениями алюминия. Основным поставщиком
алюминиевых руд являются бокситы, месторождения которых принадлежат
образованиям коры выветривания и морским осадкам. Палеозойские месторождения
бокситов имеются на Урале и на Восточно-Европейской платформе. Известна
Средиземноморская провинция бокситов и Австралийская провинция бокситов
мезозойского возраста. Кайнозойские месторождения бокситов сосредоточены в
тропическом поясе Африки, Индии, Гвианы и других мест. К небокситовым алюминиевым
рудам относятся месторождения кианита, алунита, нефелина и глин, с более
сложной технологией и более высокой стоимостью получения из них этого металла.
К РМ цветных металлов относятся месторождения
меди, свинца и цинка, кобальта, никеля, сурьмы. Запасы металлов в наиболее
крупных из них достигают от десятков до сотен млн. т, при обычном содержании
металлов в руде — единицы процентов. Значительное количество медной руды
получают из стратиформных месторождений медистых песчаников и сланцев, к которым
принадлежат в России — Джезказган в Казахстане, Удокан в Сибири. Крупным
источником служат также гидротермальные штокверки так называемых
медно-порфировых руд (Коунрад в Казахстане, Алмалык в Узбекистане, Каджаран в
Армении, серия месторождений Кордильер и Анд в пределах Канады, США, Чили,
Боливии). Медь добывается также из вулканогенных колчеданных (Урал в России,
Испания, Турция, ФРГ и др.) и гидротермальных жильных месторождений (Зангезур в
Армении, Бьютт в США и др.).
Свинец и цинк в природе встречаются обычно
совместно в составе полиметаллических руд. Крупную роль среди них играют
стратиформные пластообразные месторождения в карбонатных породах, к которым
принадлежат Жайрем и Миргалимсай в Казахстане, Миссисипской долины
свинцово-цинковые месторождения США, месторождения Верхней Силезии в Польше и
др.
Главная
масса кобальта и никеля добывается из магматических сульфидных медно-никелевых
месторождений (Норильск, Печенга в России, Садбери, Томпсон в Канаде), а также
из месторождений выветривания силикатного состава, известных на Южном Урале, на
Кубе, в Бразилии, Новой Каледонии и др. Все месторождения сурьмяных руд
относятся к гидротермальным пластовым (Кадамджай и др. в Средней Азии, в КНР) и
жильным (Саралах в Якутии и др.).
Рис.
1 - Сульфидные (существенно пирротиновые) жилы среди
Графита.
Характерными для РМ редких металлов являются
месторождения олова, вольфрама, молибдена, ртути, бериллия, тантала и ниобия.
Наибольшие запасы в них достигают сотен тыс. т при содержании металла в руде
обычно не выше 1%. Значительное количество оловянной руды получается при
разработке гидротермальных сульфидно-касситеритовых и кварцево-касситеритовых
месторождений, известных, в Приморском крае, в Забайкалье, а за рубежом в
Боливии, ГДР, Великобритании и др. Кроме того, олово получается из россыпей,
наиболее известных в странах Тихоокеанских островов. Вольфрамовые руды
сосредоточены в гидротермальных жильных и штокверковых вольфрамитовых (Россия —
Забайкалье, Казахстан; за рубежом — КНР, Бирма, Боливия и др.), а также в
скарновых шеелитовых месторождениях (Тырныауз на Кавказе, в Средней Азии; за
рубежом — в США, Бирме, КНДР и др.). Молибденовая руда получается при
эксплуатации штокверковых и жильных гидротермальных месторождений (в России —
Красноярский край, Забайкалье, Казахстан; за рубежом Клаймакс в США и др.), а
также скарновых месторождений типа Тырныауза на Кавказе. Вся ртутная руда
извлекается из гидротермальных месторождений, среди которых наибольшее значение
имеют пластовые залежи ртутных руд, известные (Донбасс, Средняя Азия) и за
рубежом (Испания, Италия, Югославия, КНР и др.). Среди разнообразных источников
бериллиевых руд наиболее существенны месторождения пегматитовые и
гидротермальные кварцевые и флюоритовые с бериллом, грейзеновые и скарновые с
гельвином и фенакитом, вулканогенные флюорит-бертрандитового и
гельбертрандитового состава. Танталовые руды и ниобиевые руды добываются из
магматических месторождений среди нефелиновых сиенитов, карбонатитов,
альбититов и пегматитов.
Рис.
2 – Танталовая руда.
Рис.
3 – Ниобиевая руда.
К РМ благородных металлов относят
месторождения золота, платиновых металлов и серебра. Наибольшие их запасы
чрезвычайно редко достигают десятков тыс. т и обычно измеряются десятками —
сотнями т. Наиболее распространённый тип золотых руд — золотоносные кварцевые и
иного состава гидротермальные жилы и штокверки, известные на Северо-Востоке, в
Западной и Восточной Сибири, на Урале, в Казахстане, Средней Азии, на Кавказе и
в других странах мира. Существенную роль играет добыча золота из вулканогенных
гидротермальных комплексных золото-серебряных руд, известных в пределах
Тихоокеанского геосинклинального пояса на территории России, Канады, США, Чили,
Перу, Боливии. Уникально месторождение золота в докембрийских конгломератах
Витватерсранда, дающее более половины мировой добычи этого металла и
рассматриваемое большинством геологов как древняя метаморфизованная россыпь.
Платиновые металлы добываются в основном при разработке содержащих эти металлы
комплексных магматических сульфидных медно-никелевых руд типа Норильского
рудного района в России или Садбери в Канаде.
К РМ радиоактивных металлов принадлежат
месторождения урана (радия) и тория. Запасы главного среди них — урана в
отдельных месторождениях составляют тысячи — десятки тыс. т (редко более) при
обычном содержании металла в руде, выраженном десятыми долями процента. Среди
месторождений урановых руд весьма существенна роль гидротермальных и осадочных.
Ториевые руды тесно связаны с гранитондами и щелочными породами; главная часть
металла входит в состав акцессорных минералов (монацита, циркона, ксенотима,
ортита). Часть тория накапливается в пегматитах, часть концентрируется вместе с
рудами Sn, Pb, Zn, Ag, Co, Ni, U и др.
Рис.
4 – Борнит.
РМ рассеянных элементов входят в состав
месторождений седиментогенной, магматогенной и метаморфогенной серий и
извлекаются в качестве дополнительного продукта при переработке их руд.
РМ редкоземельных элементов цериевой и
иттриевой групп связаны с магматическими, пегматитовыми, карбонатитовыми,
альбититовыми, гидротермальными и россыпными месторождениями цветных, редких и
радиоактивных металлов и получаются в основном попутно при их разработке.
2. Отходы рудных месторождений
Отходы
активно взаимодействуют с окружающей средой, многие компоненты, находящиеся в
их составе, переходят в легкоподвижные формы нахождения, которые загрязняют
почву, растительность, атмосферу, поверхностные и подземные воды окружающих
территорий.
В
отходах горнодобывающего производства присутствуют различные породообразующие и
рудные минералы. Все отходы извлечены из мест их природного залегания,
раздроблены, вследствие чего в них активизированы процессы физического и
химического выветривания. Жидкие продукты выветривания обладают повышенной
миграционной способностью. Вследствие этого вокруг мест хранения формируются
ореолы и потоки рассеяния токсичных химических элементов, изначально
находящихся в отходах добычи и переработки руд. Размеры ореолов зависят от
многих факторов, среди которых наибольшее значение имеют состав руд и вмещающих
пород, природно-климатические условия, технологии извлечения и переработки руд.
Хвостохранилище,
являясь накопителем отходов переработки различных руд, относится к числу
экологически потенциально опасных инженерных объектов. Из всего разнообразия
техногенных объектов именно с отходами обогатительных фабрик (хвостами) связано
увеличение интенсивности миграции токсичных элементов в зоне активного
водообмена и накапливание их в различных компонентах ландшафта. Отходы
горнообогатительного производства следует рассматривать как сложные
поликомпонентные системы, зачастую с неизвестным полностью спектром негативного
воздействия, что требует детального исследования состава используемых
химреагентов и характера их трансформации в технологических процессах и
природных геосистемах. В настоящее время складирование отходов обогатительных
фабрик проводится с применением следующих технологий:
1- транспортировка хвостовой пульпы в
хвостохранилище наливного типа с формированием намывного пляжа («мокрое»
складирование);
2- складирование сгущенной хвостовой пульпы
на пляж хвостохранилища с фильтрацией жидкой фазы через фильтрующую дамбу и
сбором фильтрата в специально оборудованном прудке («полусухое» складирование);
3- складирование кека фильтрации на
ограждённую дамбой площадку («сухое» складирование).
Рис.
6 – Окрестности хвостохранилищ.
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. Жидкая фаза после
дренирования через фильтрующую дамбу собирается в прудах–накопителях и, затем,
используется в качестве оборотной воды.
В
местах складирования отходов добычи и излияния рудничных вод происходит
загрязнение в основном продуктами окислительного разложения сульфидной минерализации;
на территории обогатительного производства с местами хранения отходов
переработки руд на формирование состава вод кроме окисления сульфидов оказывает
влияние взаимодействие кислых вод с рудовмещающими породами.
В
хранилищах отходов переработки вольфрамовых руд интенсифицируются процессы
взаимодействия воды с горными породами, формируются кислые поровые воды, в
которых в высоких концентрациях присутствуют ценные в промышленном отношении
химические элементы: редкие земли, благородные металлы.
В
целом разложение рудных минералов приводит к рассеянию многих химических
элементов, образуются водные ореолы рассеяния, обладающие различной
протяженностью и контрастностью.
Разработка
рудных месторождений на несколько порядков увеличивает физико-химическую
денудацию, миграционную способность многих химических элементов и объем их
поставок в природные воды, что, в конечном счете, приводит к коренному
преобразованию геохимического облика водотоков.
Процесс
длительного хранения отходов горнодобывающих предприятий приводит к потере
первоначальных качеств руды и сопровождается масштабной миграцией агрессивных
компонентов, в том числе и рудных, в окружающие территории, в результате чего
объект размещения горнопромышленного объекта обесценивается как источник минеральных
ресурсов. Поэтому утилизация лежалых хвостов по сравнению с текущими
усложняется и для разработки технологии утилизации необходимо учитывать
изменения технологических свойств минералов.
Одним
из результатов деятельности предприятий по добыче и переработке полезных
ископаемых является формирование техногенных образований, которые опасны для
окружающей среды. Проблема хранения отходов ГОКов требует дальнейшего изучения
и комплексного подхода для решения обозначенных задач. Эта проблема,
поставленная в XX веке академиками Ферсманом А.Е., Мельниковым Н.В. и др.
исследователями, получает развитие в настоящее время в направлении извлечения
ценных компонентов из отходов производства, оцененных как техногенные
месторождения. Наиболее радикальным способом предотвращения загрязнения
окружающей среды является вторичное использование хвостов с извлечением из них
рудных элементов, что приведет к сокращению их объема и уменьшит негативную
экологическую нагрузку на окружающую среду. Поиск возможных способов хранения техногенных
ресурсов требует изучения процессов, протекающих в толще песков хвостов
переработки руд.
Производственный
цикл выщелачивания сульфидного сырья с максимальным использованием природных
факторов и отходов разработки сульфидных руд включает, в основном, сбор и
переработку жидкой руды, с извлечением растворенных металлов из продуктивных
растворов в селективные концентраты гидрометаллургическим методом: например,
медь осаждается из раствора железным скрапом, цинк – гидросульфидом натрия,
железо – повышением рН до 4 – 5 или экстракцией и ионной флотацией.
Одним
из перспективных методов защиты и очистки природных водоемов и стоков от
загрязнения является применение геохимических барьеров.
Техногенные
геохимические барьеры могут специально создаваться для решения различных задач,
таких как охрана окружающей среды, обогащение полезных ископаемых, инженерная
защита территории и т.д. Такие барьеры предлагается называть искусственными. С
целью очистки сточных и природных вод разрабатываются технологии применения
искусственных барьеров. В качестве материалов, используемых для создания
барьеров, применяются различные материалы и вещества в зависимости от специфики
барьеров.
Предложена схема очистки шахтных вод с
использованием карбонатного барьера. Минерализация воды до нейтрализации
составляла 801-867 мг/л, водородный показатель – 2,8-2,9. Содержание сульфатов
превышало ПДК в 1,2 раза, железа – в 326-372 раза, алюминия в 37 раз. В
результате нейтрализации произошло повышение рН до 6,4-7,0, содержание железа и
алюминия понизилось до ПДК.
Рис.
7 – Технологическая схема очистки шахтных рудных вод.
Геохимические
карбонатные барьеры могут быть организованы в виде пассивных очистных систем
непосредственно в местах складирования. Долговременная эксплуатация позволяет
получать продукты осаждения с высокой концентрацией тяжелых цветных металлов
(до нескольких десятков процентов). Отработанный материал барьера заменяется
свежими карбонатсодержащими породами и может быть переработан на действующих
металлургических предприятиях, без внесения существенных изменений в технологию
по пиро- или гидрометаллургическим схемам. При изучении геохимических барьеров
большое значение придается роли процессов, приводящих к концентрации элементов,
что обусловлено особенностями миграционной среды.
3. Шахтные воды
3.1. Характеристика шахтных вод
Шахтные
воды формируются в результате вскрытия водоносных горизонтов подземными горными
выработками в процессе ведения очистных и подготовительных работ и проникновения
поверхностных вод в выработанное пространство. Водообильнооть шахт определяется
гидрогеологическими условиями месторождения, глубиной разработки, схемой
вскрытия и отработки шахтного поля, системой разработки, способом управления
кровлей и другими горно-геологическими и горнотехническими факторами. Притоки воды
в шахту в зависимости от этих факторов изменяются в очень широких пределах от
10 до 4000 м3/ч, а коэффициент водообильности - от 0 ,5 до 20 м3/т. Однако
большая часть шахт имеет притоки воды от ЮО до 500 м3/ч. Водопритоки свыше 1000
м3/ч встречаются кекс исключение лишь на отдельных шахтах.
Физико-химический
состав шахтных вод весьма разнообразен, что обусловлено различием состава
подземных вод водоносных горизонтов в пределах угольных бассейнов и
месторождений, которые в большинстве случаев играют решающую роль в
формировании шахтных вод.
По
величине pH шахтные воды условно делятся на 3 класса: нейтральные (pH 6,5 -8 ,5),
кислые (pH <6,5) и щелочные (pH > 8 ,5) . Основной объем шахтных вод
относится к классу нейтральных. Кислые шахтные воды встречаются относительно
редко в отдельных, угольных бассейнах и месторождениях, объем их не превышает %
общего объема шахтных вод. Доля щелочных шахтных вод так же, как и кислых,
невелика. Кроме того, щелочные воды в отличие от кислых не представляют большой
опасности для водоёмов.
По
степени минерализации шахтные воды, как и природные, делятся на пресные (с
минерализацией до1 г /л), солоноватые (1-25 г /л), соленые (25-50 г /л) и
рассолы (свыше 50 г /л).
Примерно
половина общего объема шахтных вод относится по степени минерализации к
пресным, а другая половина - к солоноватым. Шахтные вода с высокой
минерализацией, относящиеся к категории соленых вод и рассолов, встречаются редко.
Преобладающими ионами являются кальций, магний, натрий, хлорида, сульфаты,
гидрокарбонаты и карбонаты.
К
числу основных загрязнений, наличие которых в шахтных водах непосредственно
связано с горными работами, относятся взвешенные вещества, нефтепродукты и
бактериальные примеси. Обогащение шахтных вод этими загрязняющими компонентами
происходит в процессе движения их по горным выработкам и выработанному
пространству шахт.
Степень
загрязнения взвешенными веществами зависит от гидрогеологических условий шахтного
поля, физико-механических свойств угля и вмещающих пород, технологии и
интенсивности ведения очистных и подготовительных работ и других факторов.
Взвешенные
вещества в шахтных водах представлены частицами угля и вмещающих пород различной
крупности. Обычно в воде преобладают угольные частицы, реке породные, однако их
соотношение непостоянно и может меняться с изменением условий разработки.
С
точки зрения дисперсного состава взвешенные вещества представляют собой
полидисперсную систему. При правильной эксплуатации подземных водосборников и
нормальной работе водоотлива максимальная крупность частиц в откачиваемых на
поверхность шахтных вод ах, как правило, не превышает 100 мкм. Основная масса
взвешенных веществ (до 90%) представлена частицами крупностью менее 50 мкм.
Масса частиц размером менее 10 мкм также значительна и может достигать на
отдельных шахтах 50 – 70%.
Концентрация
взвешенных веществ в шахтных водах, их дисперсный и минералогический состав не
только неодинаковы для шахт различных угольных бассейнов и месторождений, но и
существенно меняются на одной и той же шахте в течение цикла непрерывной работы
насосов водоотлива от момента их включения до остановки и суток, по сезонам
года, а также в течение более длительного периода, связанного с отработкой
отдельных горизонтов и участков шахтного поля.
Содержание
нефтепродуктов в шахтных водах определяется в основном уровнем механизации
горных раб от, масштабами применения и эффективностью мероприятий по
предотвращению потерь нефтепродуктов в шахтах и колеблется в широких пределах.
Наиболее характерные концентрации нефтепродуктов сравнительно невелики и
составляют 0 ,2 - 0 ,8 мг/л.
Степень
бактериальной загрязненности шахтных вод на различных шахтах также весьма различна,
о чем свидетельствуют значительные колебания величины коли-титра. Наиболее
характерные его значения находятся в диапазоне 0,001-4. Замечено, что степень
бактериальной загрязненности снижается с уменьшением величины pH, начиная с 6
,5 - 7, и увеличением степени минерализации шахтных вод.
С
физико-химическим составом шахтных вод тесно связаны их технологические свойства.
К основным показателям технологических свойств, определяющим в конечном итоге
технологию очистки воды от взвешенных веществ и обработки образующегося при этом
осадка, относятся:
·
седиментационные
характеристики взвешенных веществ;
·
типы и
оптимальные дозы реагентов (коагулянта и флокулянта);
·
фильтрационные
характеристики воды;
·
параметры
осадка;
·
доза хлора для
обеззараживания.
3.2. Требования
к качеству шахтных вод при их использовании и сбросе в водоемы
Откачиваемые
на поверхность шахтные воды могут быть полностью или частично использованы на
различные технические нужды вахт и соседних с ними предприятий иди сброшены в
поверхностные водоёмы. Возможность и объем использования шахтных вод
определяются:
·
наличием
потребителей неочищенной и очищенной шахтной воды и их потребностью в воде;
·
требованиями
этих потребителей к качеству воды;
·
притоком и
физико-химическим составом шахтных вод;
·
технической
возможностью и стоимостью очистки шахтных вод до требуемых кондиций.
Основными
потребителями шахтных вод являются:
·
технологические
процессы на обогатительных фабриках и установках с мокрым обогащением угля;
·
профилактическое
заиливание и гидрозакладка выработанного пространства вахт;
·
профилактика
самовозгорания и тушение породных отвалов;
·
гидродобыча и
гидротранспорт угля;
·
котельные
(получение пара и гидрозолоудаленне);
·
стационарные
компрессорные, дегазационные установки и кондиционеры;
·
борьба с пылью в
подземных выработках, на технологических комплексах поверхности шахт и на
обогатительных фабриках.
Общие
требования к воде, предназначенной для использования на технические нужды,
сводятся к следующим:
·
быть безвредной
для здоровья обслуживающего персонала;
·
не обладать отрицательными
органолептическими свойствами;
·
не вызывать
коррозии оборудования, аппаратуры, трубопроводов и сооружений;
·
не давать
солевых отложений и не способствовать развитию биологических обрастаний;
·
не снижать
технико-экономических показателей производственного процесса и не создавать
аварийных режимов.
Требования
по концентрации взвешенных веществ относятся к воде водоёмов и выражаются предельной
величиной её повышения в контрольном створе в результате сброса шахтных вод.
Предельно допустимые концентрации взвешенных веществ в сбрасываемых шахтных
водах определяются расчетом на смешение и разбавление их водой водоёма на
участке от места выпуска до ближайшего контрольного створа с учетом расхода
шахтных вод, вида водопользования, санитарного состояния и характеристики
водоёма. Расчеты, выполненные по действующей методике для ряда
водоемов-приемников шахтных вод в различных угольных бассейнах России,
показывают, что предельно допустимые концентрации взвешенных веществ в шахтных
водах находятся в пределах от 5 до 30 мг/л.
3.3.
Методы очистки шахтных вод
Основными
методами очистки шахтных вод от взвешенных веществ являются отстаивание,
осветление в слое взвешенного осадка и фильтрование. Первый из них применяется
как без обработки, так и с предварительной обработкой воды реагентами, а два
вторых метода - преимущественно о предварительной реагентной обработкой. В
качестве сооружений для реализации этих методов нашли практическое применение
пруды-отстойники, горизонтальные (земляные и железобетонные), вертикальные в
радиальные отстойники, осветлители со взвешенным осадком, скорые напорные и
открытые однослойные и двухслойные фильтры, фильтры с восходящим потоком
очищаемой воды (контактные осветлители). Наибольшее распространение на шахтах
из перечисленных типов сооружений получили пруды-отстойники, горизонтальные
железобетонные и земляные отстойники, скорые открытые однослойные фильтры.
Методы
очистки и очистные сооружения имеют вполне определенную эффективность (таблица 1),
которая достигается при оптимальных технологических параметрах работы
сооружений и их правильной эксплуатации.
Метод
отстаивания может применяться в основном в качестве I ступени очистки
(предварительной очистки) от взвешенных веществ перед фильтрованием и при
благоприятных условиях (невысоких требованиях к качеству очищенной воды и
хорошей осаждаемости взвешенных веществ или хорошей способности их к коагуляции
под влиянием реагентов) в качестве самостоятельного метода очистки перед
сбросом шахтных вод в водоёмы. Наиболее высокая эффективность очистки
достигается при длительном безреагентном отстаивании в прудах-отстойниках,
рассчитанных на накопление осадка в течение продолжительного времени, и при
отстаивании с предварительной обработкой воды реагентами в горизонтальных
отстойниках. Из всех известных типов отстойников наиболее компактны и
эффективны тонкослойные отстойники, обеспечивающие высокую удельную нагрузку на
I м2 площади и надежное удаление осадка под гидростатическим напором без
выключения их из работы.
Таблица1
- Эффективность основных методов очистки шахтных вод от взвешенных веществ.
|
Метод
очистки |
Концентрация
взвешенных веществ, мг/л |
|
|
В исходной воде |
В очищенной
воде |
|
|
Безреагентное
отстаивание в горизонтальных железобетонных и земляных отстойниках (от 2 до
24 ч) |
Не ограничивается |
50-150 |
|
Безреагентное
отстаивание в прудах-отстойниках (от I до 10 суток) |
Не
ограничивается |
30-50 |
|
Отстаивание с
предварительной обработкой реагентами в горизонтальных железобетонных
и земляных отстойниках (от 2 до 12 ч) |
Не
ограничивается |
30-50 |
|
Осветление в
слое взвешенного осадка |
Не
ограничивается |
10-15 |
|
Фильтрование
на скорых открытых однослойных фильтрах |
30 |
До 5 |
|
Фильтрование
на скорых напорных и скорых
открытых двухслойных фильтрах |
50 |
До 5 |
|
Фильтрование
на фильтрах с восходящим потоком
(контактных осветлителях) |
150 |
До 5 |
Осветление
в слое взвешенного осадка является весьма эффективным методом очистки шахтных
вод от взвешенных веществ при условии предварительной совместной их обработки
коагулянтом и флокулянтом, который во многих случаях может применяться для
одноступенчатой очистки шахтных вод перед сбросом в водоемы. Возможно его
применение также в качестве I ступени очистки перед фильтрованием.
Фильтрование
применяется для глубокой одноступенчатой очистки шахтных вод (до 5 м г/л) с
небольшим исходным содержанием взвешенных веществ или в качестве П ступени
очистки после отстаивания или осветления в слое взвешенного осадка. Все известные
типы фильтров обеспечивают практически одинаково высокое качество очистки, но
отличаются друг от друга и по конструктивному исполнению, технологическим
параметрам и предельной величине концентрации взвешенных веществ в исходной
воде. При снижении концентрации взвешенных веществ в воде, подаваемой на фильтры,
эффективность и экономичность их работы повышается.
Применение
реагентов (коагулянтов и флокулянтов) позволяет значительно интенсифицировать
процесс очистки и повысить его эффективность.
Объем
осадка, образующегося в процессе очистки шахтных вод, достигает 8-10% объема
очищаемой воды, а концентрация твердой фазы колеблется от 1 до 50 г /л. На
практике применяют преимущественно следующие методы обработки, утилизации и
складирования осадка:
·
складирование в
прудах-отстойниках и илонакопителях;
·
захоронение в
подземных выработках отработанных шахт или отработанных участков действующих
шахт;
·
обезвоживание на
иловых площадках;
·
обезвоживание на
площадках для подсушивания с последующим использованием обезвоженного осадка в
качестве топлива и добавки к топливу при достаточно низкой его зольности или
складированием на породных отвалах при высокой его зольности.
Накопление
осадка в прудах-отстойниках и илонакопителях является простым, удобным в
эксплуатации и дешевым методом его обработки, позволяющим избежать затрат на
его обезвоживание.
Обезвоженный
осадок при невысокой его зольности используется в качестве низкосортного
топлива или добавки к топливу, а при высокой зольности складируется на породных
отвалах или в специально отведенных местах.
3.4.
Технологические
схемы очистки
В
общем случае технология очистки нейтральных шахтных вод включает ряд технологических
процессов, представленных на рис. I. В каждом конкретном случае в зависимости
от состава и технологических свойств шахтных вод, требований к глубине очистки
и особенностей применяемых методов и устройств отдельные процессы могут быть
полностью исключены из технологии или совмещены с другими процессами. Кроме
того, одни и те же технологические процессы могут осуществляться с использованием
различных по своему конструктивному исполнению сооружений и аппаратов.
Для
возможности сопоставления их между собой и технико-экономической оценки
выработаны общие требования к технологии очистки и очистным сооружениям,
которые сводятся к следующим:
технология
очистки должна предусматривать 3 основных стадии: удаление взвешенных веществ
(или осветление), обеззараживание воды, обработку (или складирование) осадка;
·
удаление
взвешенных веществ должно производиться в одну или две ступени в зависимости от
их концентрации в исходной шахтной воде;
·
технология очистки
должна обеспечивать получение необходимого качества очищенной воды при
изменении количества и качества исходной шахтной воды по сезонам года, а такие
в результате вскрытия новых горизонтов и освоения новых участков шахтного поля;
·
качество очистки
шахтных вод долине обеспечивать возможность широкого использования очищенной
воды на производственные нужды предприятий и удовлетворять условиям сброса
избыточного объема в водоёмы;
·
очистные сооружения
долины быть надежны в работе, экономичны, просты в строительстве и
эксплуатации, по возможности компактны и не долины занимать больших площадей,
пригодных для использования в народном хозяйстве;
·
технологические
процессы очистки воды и обработки осадка должны максимально поддаваться
механизации, дистанционному управлению и автоматизации;
·
совокупность
технологических схем очистки долина охватывать весь возможный диапазон
изменения притоков, состава и технологических свойств шахтных вод.
Технологические
схемы обеспечивают различную степень очистки шахтных вод. Очистка от взвешенных
веществ производится в одну или в две ступени. В двухступенчатых
технологических схемах в зависимости от конкретных условий глубокой очистке
может подвергаться весь объем шахтных вод или только некоторая его часть.
Каждая технологическая схема обеспечивает заданную эффективность и является
наиболее экономичной только в определенных, характерных для неё условиях
применения, при определенном составе и технологических свойствах шахтной воды,
которые приведены в таблице 2.
Во
всех технологических схемах обеспечивается надежное обеззараживание шахтных вод
за счет предшествующей очистки от взвешенных веществ и применения эффективного
реагента (жидкого хлора). Коли-индекс очищенной воды не превышает 3, а коли-титр
составляет не менее 300.
Технологическая
схема с прудами-отстойниками может эффективно применяться для очистки шахтных
вод, в которых взвешенные вещества обладают хорошими седиментационными
свойствами, то есть кинетически неустойчивы и способны н коагуляции без введения
химических реагентов. При этом общее содержание взвешенных веществ в исходной
воде может быть различным и не оказывает существенного влияния на качество очистки.
Шахтные воды с такими свойствами распространены в Донецком бассейне, встречаются
в Кузнецком, Подмосковном, Челябинском и других угольных бассейнах, а также в
Прибалтийском бассейне горючих сланцев.
Наиболее
рациональной областью применения технологической схемы с осветлителями со
взвешенным слоем осадка являются шахтные воды с большим исходным содержанием
взвешенных веществ, характеризующихся в естественном состоянии высокой
кинетической и агрегативной устойчивостью, но обладающих хорошей способностью к
коагуляции под влиянием химических реагентов. Эта категория шахтных вод широко
распространена на шахтах Печорского и Карагандинского бассейнов.
Технологическая
схема с тонкослойными отстойниками может применяться для шахтных вод,
содержащих крупнодисперсную взвесь или взвесь, хорошо коагулирующую при
введении реагентов с образованием крупных и плотных хлопьев, оседающих с
высокой скоростью. Шахтные воды с такими свойствами имеются в различных бассейнах
страны. Применение этой схемы предпочтительно в районах густонаселенных, с
развитой промышленностью и сельским хозяйством, не имеющих свободных площадей
для размещения прудов-отстойников.
Применение
технологической схемы с очисткой шахтных вод на I ступени в выработанном
пространстве возможно, если оно:
·
не угрожает
безопасности работ в шахте в результате накопления большого объема воды и
внезапного прорыва её в действующие горные выработки;
·
не приводит к
вторичному загрязнению очищаемой воды в результате контакта её с обрушенными
породами, например, к повышению степени минерализации, жесткости, закислению;
·
обеспечивает
устойчивый эффект очистки от взвешенных веществ, достаточный для надежной и
аффективной работы П ступени очистки (фильтров);
·
экономически
оправданно.
Выбор
технологической схемы очистки шахтных вод для конкретной шахты или группы шахт
производится на основании исходных данных для проектирования очистных сооружений
путем их анализа и сопоставления с условиями применения технологических схем,
приведенным в описании к ним и в табл. 2, а также выполнения необходимых расчетов.
Если для данной шахты оказываются приемлемыми 2-3 технологические схемы, то
окончательный выбор одной из них осуществляется путем их технико-экономического
сравнения.
4.
Сточные воды
обогатительных фабрик
Сточные
воды обогатительных фабрик по условиям технологического процесса содержат в
своем составе твердые частицы различной крупности, а также растворенные и
взвешенные в воде химические вещества. Основными загрязнителями сточных вод
обогатительных фабрик являются органические и неорганические флотационные
реагенты, а также продукты их взаимодействия с компонентами руды.
Рис.
8 – Сточные воды обогатительных фабрик.
Для
защиты окружающей среды от сточных вод обогатительных фабрик необходима
организация оборотного водоснабжения технологических процессов обогащения.
Участвующие в этих процессах воды не должны сбрасываться за пределы
предприятия, а возвращаются для повторного использования после очистки.
Сокращается
также и общее использование воды, которая идет лишь на восполнение ее
естественной убыли.
4.1.
Особенности сточных вод обогатительных фабрик
Образующиеся
в процессе обогащения различных руд производственные сточные воды можно
разделить на две основные группы.
•
Хвосты в виде пульпы. Это от 60 до 90% от общего объема всех сточных вод
обогатительных фабрик. В них концентрируются нерудные компоненты в виде твердых
частиц различного размера. Содержание твердой составляющей в хвостах находится
в пределах 20-40%.
•
Различные сливы, например, от сгустителей концентратов. Эти воды представляют
собой разжиженные пульпы, так же содержащие растворенные и диспергированные
вещества, но в меньшей концентрации.
Важной
характеристикой сочных вод обогатительных фабрик является величина рН. Этот параметр
в пределах 8-12. Содержание ионов кальция и магния обуславливает жёсткость
сочных вод обогатительных фабрик. Содержание ионов тяжёлых металлов в сочных
водах обогатительных фабрик сравнительно невелико, тем не менее оно значительно
превосходит регламентируемые предельные допустимые концентрации (ПДК).
Хвостовая
пульпа поступает в хвостохранилище, представляющее собой специальное
гидротехническое сооружение в виде большого открытого водоёма. Твердые частицы
пульпы, по естественным воздействием силы тяжести опускаются на дно и
происходит, так называемая «укладка хвостов». Жидкая составляющая хвостовой
пульпы покидает хвостохранилище и направляется на повторное использование
(оборотная вода). А в некоторых технологических процессах, сбрасывается за
пределы обогатительной фабрики на окружающую территорию.
4.2.
Химическая
очистка сточных вод обогатительных фабрик
Помимо
естественного отстаивания и осаждения, а также осветления сточные воды
обогатительной фабрики подвергаются химической очистке. Наибольшее
распространение на обогатительных фабриках получили реагентные методы очистки,
включающие применение гашённой и хлорной извести, гипохлорита кальция, жидкого
хлора, железного купороса и т.д.
Химическая
очистка сточных вод обогатительной фабрики требуется для нейтрализации вредного
воздействия ионов тяжёлых металлов (меди, никеля, цинка, свинца, кадмия ...).
Химические реагенты вступают в контакт с ионами тяжелых металлов, образуя
труднорастворимые в воде соединения.
Ценное
свойство извести - способность переводить олеиновую кислоту, таловое масло и
другие жирные кислоты в труднорастворимые соли кальция. Глубокая очистка
сточных вод обогатительных фабрик от фтора достигается применением сульфата
алюминия и гашённой извести.
Наиболее
сложной при обработке сточных вод обогатительной фабрики является очистка от
цианидов. В качестве реагента используется главным образом хлорная известь, а
также гипохлорит натрия или жидкий хлор. В результате такой очистки цианиды
полностью разрушаются, а тяжёлые металлы осаждаются в виде труднорастворимых
соединений.
На
некоторых обогатительных фабриках очистку сточных вод от цианистых соединений
производят сульфатом двухвалентного железа. При этом образуется довольно
большой объёмистый осадок, а кроме того не все цианиды подвергаются разрушению
и остаётся риск вторичного образования ядовитого цианида. Этот метод считается
значительно устаревшим.
Еще
один метод очистки сточных вод обогатительной фабрики от цианидов состоит в
использовании озона. Цианиды в щелочной среде окисляются озоном и затем
разрушаются. По сравнению с обработкой хлором, при обработке озоном не
требуется дальнейшее удаление остаточного «активного хлора», а сточная вода не
содержит хлор-ионов. Но при этом необходимо учитывать, что сам озон весьма
агрессивен и токсичен, следовательно, требует использования повышенных мер
техники безопасности.
В
случае сточных вод со значительным содержанием цианидов используется метод отгонки.
Сточную воду обрабатывают серной кислотой, образующиеся пары синильной кислоты
улавливаются, а остаточная вода дочищается «активным хлором». Отгонка
применяется для обработки сравнительно ограниченных объемов сливов сгустителей
концентратов, при обогащении полиметаллических руд. Особенно эффективен метод
отгонки на золотоизвлекательных фабриках.
Сточные
воды обогатительных фабрик со значительным содержанием цианидов можно обрабатывать
электрохимическим способом. При электролизе цианиды окисляются.
Значительная
часть ксантогенатов, дитиофосфатов и сульфидов содержащихся сточных водах обогатительных
фабрик осаждается «активным хлором». Используется хлорная известь. Обработку
необходимо производить в специальной реакционной камере, снабжённой перемешивающим
устройством (мешалкой). Операция внесения хлорной извести упрощается если
раствор направляется непосредственно в зумпф, в который поступает сточная вода.
После пятиминутного перемешивания сточная вода направляется в отстойник,
осветлительны пруд или к хвостохранилищу.
В
основе очистки сточных вод обогатительных фабрик от мышьяка так же лежит
обработка известью с дополнительными реагентами (гидрооксид железа). В результате
применения таких методов очистки сточных вод обогатительных фабрик от мышьяка
образуются мышьяко-содержащие отходы. Извлечение мышьяка из таких отходов
является экономически не целесообразным, поэтому они подлежат захоронению в
специальных контейнерах.
Сточных
вод технологических процессов некоторых обогатительных фабрик, например, вольфрамо-молибденовых,
могут содержать значительное количество нефтепродуктов (керосин, машинное
масло...). Известные механические, химические и биохимические методы очистки
таких сточных вод оказываются малоэффективными. И задача эффективной и
экономически оправданной глубокой очистки больших объёмов сточных вод
обогатительных фабрик от нефтепродуктов находится в поиске решения.
Заключение
Сточные воды горно-обогатительных производств
характеризуются большим содержанием взвешенных веществ, низкой прозрачностью,
относительно высокой минерализацией и разнообразием специфических ингредиентов,
высоким содержанием металлов, цианидов и их комплексов с металлами, роданидов,
токсичных органических загрязнителей (флотореагентов и флокулянтов). Внедрение
водооборота на таких производствах требует проведения специальных исследований,
разработки высокоэффективных методов очистки оборотных вод, обеспечивающих не
только возврат воды необходимого качества, но и извлечение ценных компонентов.
Проблема очистки жидких отходов, а также
оборотных и сточных вод может быть решена с помощью комбинированных технологий,
базирующихся на современных физико-химических и биотехнологических методах
обезвреживания.
Список
использованной литературы
1.
А.А.ХэрионовскиЙ,
В.И.Федосеев, И.А.Золотухин, О.А.Крылова, В.Н.Васёва, Т.А.Сукрушева,
Л.В.Страхова«Технологические схемы очистки от взвешенных веществ и
обеззараживания шахтных» Пермь: ВНИИОСуголь, 1986. - 69 с.
2.
Абдрахманов
Р.Ф., Ахметов Р.М. Геохимия микроэлементов в рудничных и подотвальных водах
Южного Урала // Известия Уфимского научного центра РАН. – 2015. – № 2. – С.
38-47.
3.
URL: https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/098/032.htm (дата
обращения: 17.11.2022).
4.
URL: http://www.mpoltd.ru/poleznoe/501-stochnye-vody-obogatitelnykh-fabrik-i-problemy-ochistki.html (дата обращения: 17.11.2022).
5.
URL: https://dprom.online/bez-rubriki/rudneechniye-shahtniye-vodi-ocheestka/
(дата обращения: 17.11.2022).
6.
В.В.Дабаева, А.М.Плюснин.
«Формирование химического состава подземных и поверхностных вод на территории
разработки вольфрамовых месторождений забайкалья» Диссертация на соискание
ученой степени кандидата геолого-минералогических наук – Улан-Удэ, 2018 г –
173с.
