2020 МАГ Тажитдин А.А.. Тажитдин Абдумалик Абдужамаллы Бактериальное выщелачивание медьсодержащих хвостов магистерская диссертация

• Название: Тажитдин Абдумалик Абдужамаллы Бактериальное выщелачивание медьсодержащих хвостов магистерская диссертация
• Анкор: 2020 МАГ Тажитдин А.А
• Дата: 09.05.2021
• Размер: 1.91 Mb.
• Имя файла: 2020 МАГ Тажитдин А.А..pdf
• Тип: Диссертация; #202874
• страница: 5 из 8

2. Технология переработки техногенных месторождений
Техногенные месторождения (ТМ) – техногенные образования (отвалы горнодобывающих предприятий, хвостохранилища обогатительных фабрик, шлакозольные отвалы топливно-энергетического комплекса, шлаки и шламы металлургического производства, шлам, шлак и т.д. отвалы химической отрасли) на поверхности Земли по количеству и качеству содержащегося в них минерального сырья пригодные для промышленного использования в настоящее время или в будущем по мере развития науки и техники и изменения экономических условий.
Появившиеся в последние десятилетия техногенные месторождения являются результатом интенсивного развития горнодобывающей и перерабатывающей промышленности.
Техногенные месторождения представляют собой класс месторождений, сформировавшихся в районах горнорудной промышленности (Украина, Казахстан, Северо-запад и Юго- восток европейской части России, Урал, Юго-восток и Восток азиатской части, Центр Сибири и др.). Эти месторождения обычно обладают своеобразным минеральным составом и являются потенциальным источником разнообразных полезных ископаемых, в частности цветных, редких и благородных металлов, а также строительных материалов (щебень, песок, гравий и т.д.) [69].
2.1 Общие сведения о хвостовом хозяйстве.
2.1.1 Отвалы некондиционных руд и вскрышных пород
Общие требования:
Хвостовое хозяйство комбината, транспортировку хвостов от фабрики и само хвостохранилище проектируют в соответствии со СНиП специализированные организации, а технологические институты выдают исходные данные по хвостовой пульпе и производственному водоснабжению внутри фабрики для генпроектировщика или организации, проектирующей хвостохранилище.
При разработке исходных данных для проектирования хвостового и производственного водоснабжения необходимо использовать следующие нормативные документы и инструкции:
Определение расчетных гидрогеологических характеристик хвостохранилищ;

Строительная климатология и геофизика;

Строительство в сейсмических районах ;

Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования;

Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования;

42

Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования;

Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод;

Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию;

Внутренний водопровод и канализация зданий;

Водоснабжение. Наружные сети и сооружения;

Канализация. Наружные сети и сооружения;

Магистральные трубопроводы;

Плотины из грунтовых материалов;

Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений;

Рекомендации по проектированию и строительству шламонакопителей и хвостохранилищ металлургической промышленности;

Временные указания по технологии возведения наливных хвостохранилищ горнообогатительных комбинатов;

Правила безопасности при эксплуатации хвостовых и шламовых хозяйств горнорудных и нерудных предприятий.
2.1.2 Основные параметры хвостов ОФ:

Плотность отвальных хвостов обогатительной фабрики обусловливается принятой схемой оборотного водоснабжения и складирования хвостов;

при полном оборотном водоснабжении через хвостохранилище определяется технологической схемой фабрики;

при частичном оборотном водоснабжении через сгустители определяется плотностью песков сгустителя, которая должна быть в пределах 35-50% твердого;

при оборотном водоснабжении через сгустители с фильтрованием хвостов принимается, исходя из возможности их транспортировки ленточными конвейерами в отвалы.
2.1.3 Водоснабжение в т. ч. оборотное, водоподготовка:

Водоснабжение обогатительной фабрики должно предусматриваться с полным водооборотом из хвостохранилища;

Водоснабжение из внешних источников проектируется из расчета обеспечения водой только в пусковой период. Постоянное использование свежей воды на производственные нужды допускается в объеме потерь воды

43 с концентратом, на растворение реагентов и приточных аспирационных установок;

Показателями качества воды, определяющими ее пригодность для использования на горно-обогатительных комбинатах, являются содержание взвешенных веществ, цветность, запах, вкус, сухой остаток, минеральный остаток, общая жесткость и ее составляющие, биологическое и химическое потребление кислорода, рН, содержание реагентов и веществ, мешающих повторному использованию сточных вод;

Взвешенные вещества – нерастворимые в воде примеси органического и неорганического происхождения, количество которых выражается в миллиграммах, содержащихся в 1 л воды;

Цветность воды, обусловленная обычно растворенными в ней органическими соединениями и наличием взвешенных веществ, измеряется в градусах платиново-кобальтовой шкалы;

Запах воды бывает естественного происхождения (от живых или отмирающих в воде организмов и т. д.) и искусственного (от промышленных сточных вод, обработки воды реагентами и т. д.). Он определяется органолептическим методом по пятибалльной шкале;

Вкус определяется только для чистой воды по пятибалльной шкале;

Сухой остаток воды – суммарное количество растворимых в ней нелетучих молекулярнодисперсных и коллоидных веществ минерального и органического происхождения, выраженное в миллиграммах, содержащихся в 1 л воды;

Минеральный остаток – сумма всех содержащихся в воде катионов и анионов;

Жесткость воды – это совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде ионов Са2+ и Мg2+. Суммарное содержание растворенных в воде солей кальция и магния представляет общую жесткость.
Общую жесткость воды выражают в мг-экв/л;

Биологическое потребление кислорода (БПК) – это количество кислорода в миллиграммах на килограмм воды, которое требуется для окисления находящихся в воде органических веществ за 5 суток (БПК5) или
20 суток (БПК20) На практике определяют биохимическое потребление кислорода за 5 суток (БПК5), которое для вод, загрязненных хозяйственно- бытовыми стоками, составляет около 70% полного БПК20;

Химическое потребление кислорода (ХПК) – это количество кислорода в миллиграммах на литр воды, которое требуется для окисления находящихся в воде веществ, способных окисляться;

Химический состав и концентрация загрязнений в оборотной воде. Состав загрязнений сточных вод зависит в основном от физико- химических свойств обогащаемого сырья и применяемых реагентов.
Основным загрязняющим компонентом сточных вод являются взвешенные

44 вещества, которые образуются при измельчении руд и в определенных условиях могут находиться длительный период в хвостовой пульпе и осветленной воде [44];
Требования к производственно-технической воде зависят от способа обогащения. При плохом осветлении пульпы в хвостохранилище и несоответствии качества оборотной воды технологическим требованиям предусматриваются сооружения водоподготовки для добавки коагулянта и других реагентов. Для этой же цели могут использоваться вторичные отстойники. В случае, когда отвод поверхностных вод с водосборной площади хвостохранилища нагорными канавами или другими сооружениями недостаточен и в хвостохранилище образуется избыток сточных вод, не принимаемых в оборот на фабрику, предусматриваются очистные сооружения для глубокой очистки дебалансовых вод и сброса их в естественные водоемы в соответствии с санитарными и рыбохозяйственными требованиями. В засушливых районах для этой же цели могут сооружаться пруды-испарители.
При флотации вода дополнительно загрязняется эфирсодержащими веществами. Поэтому воду необходимо очищать перед сбросом в хвостохранилище. В результате очистки сточных вод достигается нормативное качество воды для использования ее в системах оборотного водоснабжения.
Очистку сточных вод осуществляют естественным, механическим, биохимическим, химическим, электрокоагуляционным и другими способами.

Естественная очистка производится отстаиванием хвостовой пульпы в хвостохранилище. Этот способ широко применяется на ГОКах при очистке сточных вод от взвешенных веществ. Содержание их в воде снижается до 27 мг/л. Естественная очистка на современных ГОКах требует больших площадей для отстаивания (до 2000 га) и не позволяет очистить сточные воды от реагентов и солей при применении флотации;

Механическая очистка применяется преимущественно как предварительная для создания более эффективных условий последующей доочистки сточных вод другим способом. При механической очистке из сточных вод удаляют крупные частицы твердой фазы в песколовках, отстойниках, гидравлических классификаторах, гидроциклонах.
Механическая очистка применяется непосредственно на обогатительных и агломерационных фабриках;

Совместная биохимическая очистка применяется для очистки стоков обратной флотации железных руд и хозяйственно-бытовых стоков.
Биохимическая очистка происходит в результате окисления вредных примесей с помощью аэробных бактерий. При разбавлении стоков обратной флотации хозяйственно-бытовыми стоками в соотношении 1:7 и более не нарушается жизнедеятельность бактерий в очистных сооружениях. Сточная вода имеет БПК5 12 мг О2 в 1 л и цветность 10 градусов;

45

Наиболее глубокая очистка сточных вод в лабораторных или промышленных условиях происходит химическим способом с применением гашеной извести, железного купороса, сернокислого алюминия, серной кислоты и особенно сульфоугля или активированного угля.
Высокоэффективным реагентом для очистки сточных вод является гашеная известь, так как она переводит таловое масло и другие жирные кислоты в кальциевые соли, выпадающие в осадок. Применение извести и железного купороса соответственно 0,75 и 0,25 кг/м3 пульпы позволяет очистить сточные воды обратной флотации железных руд до БПК5 15 мг О2 на 1 л и цветности 150-200 градусов;
В связи с тем, что оборотная вода из хвостохранилища содержит большое количество растворимых солей (3000 – 5000) мг/л и твердых взвесей
(10 – 600) мг/л, на обогатительных фабриках должны предусматриваться три системы водоснабжения: a. система подачи воды из хвостохранилища непосредственно в технологический процесс фабрики или после необходимой водоподготовки, проектируемой по рекомендациям проведенных исследований; b. система кондиционированной оборотной воды для охлаждения подшипников оборудования и пылеподавления аспирационных установок; c. система свежей воды.
Для снижения затрат на систему свежей воды следует рассматривать пуск фабрики на оборотной воде, если есть возможность предварительной организации пруда за счет аккумуляции поверхностного стока в хвостохранилище [52].
Работу фабрики и хвостохранилища при полном водообороте следует рассматривать как единый технологический процесс. Поэтому прекращение подачи оборотной воды или временный перевод фабрики на свежую воду, отрицательно скажется на технологических показателях.
Насосные станции оборотной воды и пульпонасосные станции должны иметь двойной независимый подвод электроснабжения и два водовода оборотной воды. Один водовод допускается прокладывать при обеспечении времени ремонта (24 ч) за счет использования запасов воды из резервуаров и работе фабрики по аварийному графику (50–70 % производительности).
Вода подается из водосборного коллектора хвостохранилища в насосную станцию оборотной воды, как правило, без разрыва струи – непосредственно в насосы. Такой подвод воды позволяет производить любое регулирование расхода и экономит электроэнергию за счет использования напора от уровня воды в пруде хвостохранилища [53].
Схема оборотного водоснабжения и складирования отвальных хвостов выбирается на основе технико-экономического сравнения с учетом возможного развития предприятия. Независимо от принятой схемы, необходимо, с целью уменьшения расхода воды, предусматривать в проектах максимальное применение внутреннего водооборота.

46
2.2 Водоотведение
Водосбросные сооружения предназначаются для отвода и возврата в оборотный цикл осветленной и предварительно очищенной воды.
Конструкция водосбросных сооружений должна обеспечивать отвод вод с различных отметок горизонта воды в прудке хвостохранилища в связи с непрерывным подъемом гребня плотины или дамб обвалования в процессе эксплуатации.
Размещать водосбросные сооружения необходимо на расстоянии от места выпуска пульпы которое должно обеспечивать требования к осветлению пульпы. В качестве водосбросных сооружений могут применяться также колодцы железобетонного или металлического типа, сифонные и трубчастые водосбросы. Выбор типа водосбросных сооружений определяется технико-экономическим сравнением вариантов, а также эксплуатационными соображениями [54].
Расчет водосбросных сооружений необходимо производить на максимальный расход осветленной воды, необходимой для предприятия на расчетный период эксплуатации.
2.3 Подготовка хвостов к складированию
При мокром процессе обогащения руды образуются отходы (хвосты) в виде пульпы, которая с помощью гидравлического транспорта перемещается в специально организуемые гидравлические отвалы – хвостохранилища. В хвостохранилище производятся технологическая укладка хвостов, механическое осветление жидкой фазы пульпы. Осветленная вода направляется в оборот на фабрику. Одним из перспективных направлений по сокращению площадей, отчуждаемых под хвостохранилища, сокращению капитальных и эксплуатационных затрат хвостовых хозяйств является глубокое обезвоживание, сухое складирование и комплексное использование хвостов.
Подготовка хвостов к складированию заключается в кондиционировании пульпы по плотности с целью обеспечения требуемой массовой доли твердого для гидротранспорта и глубоком обезвоживании для сухого складирования. При необходимости производится фракционирование твердой фазы хвостов путем разделения по крупности при гидравлической классификации и грохочении. Для каждого варианта предварительного сгущения производят технико-экономические расчеты.
На территории Казахстана в результате деятельности промышленных предприятий только твердых отходов накоплено свыше 20 млрд. тонн. Эти отходы негативно влияют на природные ландшафты и экологические условия, занимая площадь плодородных земель и ухудшая среду обитания человека. Техногенные месторождения приводят к исключению из хозяйственного оборота больших площадей земель, занятых отходами

47 производства.
Золототвалы занимают тысячи гектаров, отходы железнорудных компаний, медных, хромовых и другие.
Кроме того, происходит уничтожение или снижение качества земель из-за пылевых заносов с отвалов и хвостохранилищ. Например, с 1 га отвалов ежегодно может сносится до 500 тонн пыли. Идет загрязнение окружающей среды (почв, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха) тяжёлыми металлам и солями в концентрациях, нередко превышающих допустимые нормы.
Значительны объемы загрязнённой оборотной воды которые составляют млн. куб метров.. Содержание в сбрасываемой воде таких элементов как F, V и Mn превышает ПДК в десятки и сотни раз. И такие данные можно привезти практически по всем видам отвалов. Угольные имеют свойство возгораться, при этом выносятся газы и загрязняется воздух токсинами (мышьяк, серы и т.п.)
С другой стороны наличие таких отвалов и техногенных месторождений создают возможности для развития отрасли биовыщелачивания.
В развитых индустриальных странах мира уровень использования промышленных отходов достигает 70-80%, тогда как в Казахстане и ближнем зарубежье он не превышает 12-15%.
В США, например, из промотходов получают 20% всего алюминия,
33% железа, 50% свинца и цинка, 44% меди и т.д. Подобная тенденция использования вторичных ресурсов наблюдается в Канаде, Великобритании,
ЮАР, Испании и других странах. Например:
• В штате Монтана (США) из отвалов рудника Мандиски получают ежегодно 2 т Au и 4 т Ag при содержании в отвалах золота – 0,84 г/т и серебра – 2,8 г/т.
• В штате Мичиган (США) из хвостов обогащения, содержащих 0,3%
Cu, достигнуто извлечение 60% меди.
• В ЮАР из отвалов золотоизвлекательных фабрик при содержании золота – 0,53 г/т и урана – 40 г/т получают 3,5 т золота и 696 т урана в год при производительности 50000 т/сутки [11].
Для Казахстана и стран, производящих значительную долю всей минеральной продукции мира и обладающих мощным горнопромышленным потенциалом, проблема утилизации промышленных отходов имеет первостепенное значение. Важным обстоятельством является то, что себестоимость товарной продукции из промышленных отходов в 5-15 раз меньше, чем из добываемых традиционными способами руд месторождений полезных ископаемых. Активное использование промышленных отходов минерального сырья позволит получить прибыль в миллиарды долларов ежегодно.
Исследования показывают настоятельную необходимость изучения и утилизации техногенных месторождений Казахстана.

48
Вовлечение
в
переработку
техногенного
сырья
обеспечивает:
1. Сокращение расходов на поиски новых и разведку эксплуатируемых месторождений.
2. Сохранение истощающихся минеральных ресурсов в недрах, так как запасов полезных компонент, накопившихся в отходах ГОК-ов, достаточно чтобы удовлетворить потребности на многие десятилетия вперёд.
3. Повышение производительности труда за счёт рентабельной переработки уже добытого сырья, являющегося, по существу, готовым полупродуктом и находящегося вблизи действующих предприятий, что особенно важно для тех из них, для которых вследствие истощения сырьевой базы оказываются незагруженными производственные мощности, и высвобождается рабочая сила.
4. Улучшение условий труда, так как техногенные месторождения расположены на поверхности Земли в отличие от всё более глубокозалегающих обычных месторождений полезных ископаемых.
5. Производство дешёвых стройматериалов (песок, щебень, гравий, цемент, абразивы, материал для отсыпки дорожного полотна, строительства плотин, дамб, и т.д.), а из шлаков - шлаковаты, шлакового литья (брусчатка, тюбинги, плитки, бордюрный камень и т.д.), литого шлакового щебня, стеклокерамических изделий, вяжущих добавок в цемент, минеральных добавок для улучшения почв, удобрений для сельского хозяйства и др.
6. Освобождение занимаемых им земель и их рекультивацию и ликвидацию источников загрязнения окружающей среды , улучшая тем самым экологическую обстановку вокруг действующих предприятий. Это относится к тем техногенным месторождениям, освоение которых сопровождается производством стройматериалов. Если же осуществляется только добыча металлов (цветных, редких и благородных), то из-за низкого их содержания количество техногенных отходов практически не уменьшается [24].
Таким образом, всё вышеизложенное указывает на актуальность и важность проблемы переработки и полной утилизации отходов горнорудной, металлургической, топливно-энергетической и химической отраслей промышленности. Уже существующие и перспективные технологические разработки позволяют оптимистически оценивать прибыльность переработки техногенных месторождений и возможность перехода к безотходным технологиям для их полной ликвидации.