Способ осаждения сапонитовой пульпы с применением сульфатов щелочных металлов и двухкальциевого силиката
Владельцы патента RU 2743229:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» (RU)
Изобретение относится к способам, используемым в области горнорудной промышленности при процессах обогащения алмазоносных кимберлитовых пород для получения оборотной воды, свободной от суспензии глинистых материалов, преимущественно сапонита, путем сгущения суспензии. Предложен способ осаждения сапонитовой пульпы, включающий извлечение сапонитсодержащих веществ из оборотной воды методом отстаивания суспензии с использованием минерального неорганического коагулянта, в качестве которого используются сернокислые соли щелочных металлов. Пульпу с содержанием взвешенных веществ не менее 120 г/л разбавляют до содержания взвешенных веществ от 5 до 60 г/л, далее при постоянном перемешивании вводят сернокислую соль щелочных металлов, а затем в предварительно осветленную пульпу вводят силикатно-кальциевый утяжелитель, представляющий собой двухкальциевый силикат, и непрерывно перемешивают, затем производится повторное осаждение, верхний слой осветленной воды используют в процессе обогащения, осадок отправляют на утилизацию либо на складирование. Технический результат – ускорение процесса седиментации сапонитовой пульпы и получение осветленной воды для процесса обогащения руды. 4 ил., 1 табл., 9 пр.
Изобретение относится к способам, используемым в области горнорудной промышленности при процессах обогащения алмазоносных кимберлитовых пород для получения оборотной воды, свободной от суспензии глинистых материалов, преимущественно сапонита, путем сгущения суспензии.
Известен способ осаждения сапонитовой пульпы с применением оксихлоридного коагулянта (патент РФ № 2669272, опубл. 2018.10.09). Способ позволяет очищать разбавленные растворы классификатора с плотностью 1250-1350 кг/м3 в сгустителях с мешалкой, куда вводится коагулянт. Очищенная вода отделяется от сгущенной суспензии и используется повторно в обогащении, уплотненная суспензия поступает в хвостохранилище.
Недостатком данного способа является необходимость подщелачивания пульпы для эффективного гидролиза оксихлоридного коагулянта и малый объем получаемой осветленной воды.
Известен способ сгущения сапонитовой суспензии (патент РФ № 2448052, опубл. 20.04.2012) с использованием обработки взвеси углекислым газом под давлением до 2 кгс/см2, и дальнейшей обработкой раствором сернокислого алюминия. Количество углекислого газа на 1 кг сухого сапонитового осадка для обеспечения работоспособности способа составляет 300 г.
Недостатками данного способа является высокий расход газообразного углекислого газа и раствора сернокислого алюминия, использованного в качестве коагулянта, для получения осветленной воды. При использовании данного способа очистки повышается минерализация воды за счет выделения карбонатов магния и кальция из сапонитовой взвеси.
Известен способ сгущения сапонитовой пульпы с использованием акустических волн (патент РФ № 2618007 опубл. 02.05.2017). Суспензии, содержащие взвешенные частицы различной степени дисперсности, которые предварительно обрабатываются в отстойнике акустическими волнами в определенном диапазоне, для осаждения крупных и средних частиц (более 5 мкм). Затем суспензия поступает в сгуститель, где совместно реагентным и акустическим методом осаждаются мелкодисперсные частицы. Далее осадки высушиваются акустическим методом и могут быть утилизированы или использованы повторно.
Недостатком способа является неэффективность способа акустической коагуляции для очистки воды от мелкодисперсных взвешенных частиц, которые составляют значительную часть суспензии минерала. Для очистки оборотной воды до норм по твердым веществам в данном способе применяются два этапа: в первом этапе применяется акустическая очистка, которая, как подмечает сам автор, не дает необходимый эффект и требует дополнительной реагентной обработки. Однако реагентная методика очистки не конкретизирована и данная технология может применяться как усовершенствование основной технологии очистки.
Известен способ уплотнения осадков в хвостохранилищах (Патент РФ № 2475454 опубл. 20.02.2013), который позволяет отделить сапонит от воды. Сапонит обладает заданной плотностью, извлечение сапонита производится из его водной суспензии, путем замораживания осадка в зимний период, и раздельное оттаивание и сгущенного осадка в летний период.
Основным недостатком способа является зависимость сгущения от погодно-климатических условий в регионе добычи т.е. температуры окружающей среды, распределения в течение года осадков. Данный метод обладает огромным временем цикла очистки, и при несоответствии погодных условий (аномально теплой зимы) возможно возникновение условий, при которых процесс произвести невозможно. Также существенным недостатком является длительность цикла очистки воды от минерала, и необходимость отведения большой площади на реализацию данного способа очистки.
Известен способ осаждения сапонитовой пульпы с применением кальцийалюмосиликатного реагента (патент РФ № 2675871, опубл. 25.12.2018), принятый за прототип, пульпу с классом крупности 71 мкм и содержанием взвешенных веществ 90 г/л разбавляют водой в соотношении 1:5, интенсивно перемешивают 5-7 мин и затем полученную смесь осаждают 120 мин за счет ввода кальцийалюмосиликатного реагента составом в (масс.%): СаО-63-66; SiO2-21-24; Al2O3-4-8 и Fe2O3-2-4 в количестве от 2 до 5 г на 400- 500 мл разбавленной пульпы.
Недостатком способа является низкая скорость коагуляции суспензии, особенно при высокой концентрации взвешенных частиц, более 40 г/л не происходит реакции коагулянта с частицами и слой чистой воды не образуется. Эти факторы приводят к неполной отдаче суспензией осветленной воды в промышленных временных рамках проведения процесса коагуляции и не уплотнению сгущённой части, а также перерасходу технически чистой воды для процесса разбавления пульпы.
Техническим результатом изобретения является ускорение процесса седиментации сапонитовой пульпы и получение осветлённой воды для процесса обогащения руды.
Технический результат достигается тем, что пульпу с содержанием взвешенных веществ не менее 120 г/л разбавляют до содержания взвешенных веществ от 5 до 60 г/л, далее при постоянном перемешивании вводят минеральный неорганический коагулянт, в качестве которого используют сернокислую соль щелочных металлов, а затем в предварительно осветленную пульпу вводят силикатно-кальциевый утяжелитель и непрерывно перемешивают, затем производится повторное осаждение, верхний слой осветленной воды используют в процессе обогащения руды, осадок отправляют на утилизацию либо на складирование.
Способ осаждения сапонитовой пульпы с помощью неорганического коагулянта, содержащего катионы щелочных металлов, поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 – сгущение сапонитовой суспензии неорганическими коагулянтами без утяжелителя.
фиг. 2 – сгущение сапонитовой суспензии неорганическими коагулянтами с применением утяжелителя.
фиг. 3 – график зависимости уровня очищенной воды от времени осаждения за 4 часа.
фиг. 4 – график зависимости уровня очищенной воды от времени осаждения за сутки.
Способ осуществляется следующим образом. Сапонитовую пульпу с содержанием глинистых веществ с классом крупности 71 мкм и менее и содержанием взвешенных веществ не менее 120 г/л, в мерных цилиндрах разбавляют водой до содержания твердых частиц в пределах от 5 до 60 г/л. Далее в разбавленную пульпу вводится сернокислая соль щелочных металлов, например K2SO4, Na2SO4 (Фиг. 1) и в течение от 3 до 7 минут происходит процесс перемешивания. Из полученного раствора под действием силы тяжести в течение не менее 180 мин. (Фиг. 2) осаждается сапонит. Под влиянием ионов щелочных металлов происходит сгущение суспензии при комнатной температуре. Частицы минерала сапонита оседают на дне емкости. Далее в предварительно осветленную пульпу вводится утяжелитель при перемешивании от 2 до 5 минут, в качестве которого используется двухкальциевый силикат, в количестве от 5 до 25 г на 1 л, при комнатной температуре и перемешивании в течение от 3 до 10 минут (Фиг. 3). Затем производится повторное осаждение в течение от 60 до 120 мин. (Фиг. 4). Верхний слой осветленной воды используется на фабрике для процесса обогащения, осадок может быть утилизирован в качестве вторичного продукта либо отправлен на складирование.
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1. Образец оборотной воды, слива со спиральных классификаторов после процесса обогащения алмазоносной сапонитовой руды в объеме 185 мл, класс крупности минерала 71 мкм и содержание взвешенных веществ 120 г/л, был разбавлен, в соотношении 1:2, до объема 1 л путем добавления 815 мл чистой воды в мерных цилиндрах объемом 1 л. Далее были добавлены кальцийалюмосиликатный реагент и сернокислые соли щелочных металлов (K2SO4, Na2SO4) в каждый цилиндр соответственно в количестве не менее 2 г, при интенсивном перемешивании в течение не менее 2 минут. После завершения процесса перемешивания проводилось статистическое моделирование процесса седиментации. Через 4 часа наблюдается слой объемом порядка 70 мл кальцийалюмосиликатный реагент, 110 мл сернокислый калий, 45 мл сернокислый натрий чистой воды без взвешенных частиц. Через сутки наблюдается слой объемом порядка 135 мл кальцийалюмосиликатный реагент, 175 мл сернокислый калий, 80 мл сернокислый натрий чистой воды без взвешенных частиц. Затем вводился силикатно-кальциевый утяжелитель в количестве не менее 5 г при не прерывном перемешивании, и производится повторное моделирование процесса седиментации. Через сутки наблюдается слой жидкости объемом порядка 140 мл кальцийалюмосиликатный реагент, 245 мл сернокислый калий, 220 мл сернокислый натрий чистой воды без взвешенных частиц.
Пример 2. Образец оборотной воды, слива со спиральных классификаторов после процесса обогащения алмазоносной сапонитовой руды представлен в объеме 185 мл, класс крупности минерала 71 мкм и содержание взвешенных веществ 120 г/л, был разбавлен, в соотношении 1:2, до объема 1 л путем добавления 815 мл чистой воды в мерных цилиндрах объемом 1 л. Далее был добавлен кальцийалюмосиликатный реагент и сернокислые соли щелочных металлов (K2SO4; Na2SO4) в каждый цилиндр соответственно в количестве 3 г, при интенсивном перемешивании в течение 5 минут. После завершения процесса перемешивания проводилось статистическое моделирование процесса седиментации. Через 4 часа наблюдается слой объемом порядка 105 мл (кальцийалюмосиликатный реагент), 135 мл (сернокислый калий), 90 мл (сернокислый натрий) чистой воды без взвешенных частиц. Через сутки наблюдается слой объемом порядка 145 мл (кальцийалюмосиликатный реагент), 250 мл (сернокислый калий), 135 мл (сернокислый натрий) чистой воды без взвешенных частиц. Затем вводилась добавка содержащая силикат кальция в количестве 10 г, и производилось повторное моделирование процесса седиментации. Через сутки наблюдается слой жидкости объемом порядка 180 мл (кальцийалюмосиликатный реагент), 445 мл (сернокислый калий), 415 мл (сернокислый натрий) чистой воды без взвешенных частиц.
Пример 3. Образец оборотной воды, слива со спиральных классификаторов после процесса обогащения алмазоносной сапонитовой руды представлен в объеме 185 мл, класс крупности минерала 71 мкм и содержание взвешенных веществ 120 г/л, был разбавлен (в соотношении 1:2) до объема 1 л путем добавления 815 мл чистой воды в мерных цилиндрах объемом 1 л. Далее был добавлен кальцийалюмосиликатный реагент и сернокислые соли щелочных металлов (K2SO4; Na2SO4) в каждый цилиндр соответственно в количестве 5 г, при интенсивном перемешивании в течение 10 минут. После завершения процесса перемешивания проводилось статистическое моделирование процесса седиментации. Через 4 часа наблюдается слой объемом порядка 130 мл (кальцийалюмосиликатный реагент), 155 мл (сернокислый калий), 120 мл (сернокислый натрий) чистой воды без взвешенных частиц. Через сутки наблюдается слой объемом порядка 210 мл (кальцийалюмосиликатный реагент), 410 мл (сернокислый калий), 155 мл (сернокислый натрий) чистой воды без взвешенных частиц. Затем вводилась добавка содержащая силикат кальция в количестве 20 г, и производилось повторное моделирование процесса седиментации. Через сутки наблюдается слой жидкости объемом порядка 350 мл (кальцийалюмосиликатный реагент), 580 мл (сернокислый калий), 570 мл (сернокислый натрий) чистой воды без взвешенных частиц.
Представленные примеры позволяют сделать вывод, что существует влияние активности иона щелочного металла и его радиуса при осаждении сапонитовой суспензии, непосредственно на глинистые твердые частицы. Получаемое количество очищенной воды значительно возрастает, относительно способа очистки с применением кальцийалюмосиликата. Применение утяжелителя позволяет получить дополнительный объем чистой воды и получить приемлемое уплотнение осадка (таблица 1).
Таблица 1 - Плотности осадков при применении различных неорганических коагулянтов и добавок-утяжелителей.
| № пробы | Коагулянт | Добавка | Плотность г/см3 |
pH |
| 1 | K2SO4 | Без добавки | 1,079 | 12,31 |
| 2 | K2SO4 | Белитовый шлам | 1,079 | 12,31 |
| 3 | K2SO4 | Нефелиновый концентрат | 1,095 | 8,62 |
| 4 | Na2SO4 | Без добавки | 1,086 | 8,97 |
| 5 | Na2SO4 | Белитовый шлам | 1,094 | 12,04 |
| 6 | Na2SO4 | Нефелиновый концентрат | 1,100 | 8,7 |
| 7 | Кальцийалюмосиликатный реагент (АСК) | Без утяжелителя | 1,018 | 14,24 |
| 8 | Кальцийалюмосиликатный реагент (АСК) | Белитовый шлам | 1,036 | 13,54 |
| 9 | Кальцийалюмосиликатный реагент (АСК) | Нефелиновый концентрат | 1,029 | 14,34 |
В результате введения сульфата щелочного металла, который обладает большей электрохимической активностью и лучшими стерическими характеристиками иона, растёт слипание частиц сапонита в укрупненные агрегаты с большим выходом чистой воды, а введение кальцийсодержащего утяжелителя придает осадку устойчивость и увеличивает освобождение воды из межплоскостного пространства глинистого минерала сапонита.
Таким образом, способ позволяет увеличивает скорость и степень сгущения сапонитовой пульпы при отстаивании на 75%.
Способ осаждения сапонитовой пульпы, включающий извлечение сапонитсодержащих веществ из оборотной воды методом отстаивания суспензии с использованием минерального неорганического коагулянта, отличающийся тем, что пульпу с содержанием взвешенных веществ не менее 120 г/л разбавляют водой до содержания взвешенных веществ от 5 до 60 г/л, далее при постоянном перемешивании вводят минеральный неорганический коагулянт, в качестве которого используют сернокислую соль щелочных металлов, а затем в предварительно осветленную пульпу вводят силикатно-кальциевый утяжелитель, представляющий собой двухкальциевый силикат, и непрерывно перемешивают, затем производится повторное осаждение, верхний слой осветленной воды используют в процессе обогащения руды, осадок отправляют на утилизацию либо на складирование.
