ЕСТЕСТВЕННАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

В ХВОСТОХРАНИЛИЩАХ

Хвостохранилища обогатительных фабрик – это гидротехнические аккумулирующие сооружения для отходов обогащения полезных ископаемых и сточных вод. В хвостохранилищах под действием сил тяжести оседает твердая фаза. Осветленную воду непрерывно откачивают через водозаборные устройства и используют в качестве оборотной воды или частично сбрасывают в естественные водоемы, предварительно очищая воду до ПДК вредных веществ.

Хвостохранилища сооружают с использованием рельефа местности. Лучшее место – впадина или долина, ограждаемые дамбами, которые постоянно наращивают, используя твердую фазу выбрасываемых хвостов.

При отстаивании в хвостохранилище, под действием температуры, кислорода воздуха, солнечной радиации, биологических и др. факторов, концентрация реагентов в сточных водах уменьшается.

Основным организационным мероприятием, направленным на снижение уровня загрязнения окружающей среды, является осуществление на обогатительных фабриках замкнутого водооборота, когда осветленные воды хвостохранилищ возвращаются на фабрику и вновь используются в технологическом процессе. На флотационных фабриках при этом необходимо учитывать ионный состав оборотной воды, чтобы присутствующие в ней реагенты не оказывали отрицательного воздействия на флотационный процесс. В настоящее время системы замкнутого водооборота действуют на многих обогатительных фабриках, перерабатывающих руды цветных и черных металлов, др. полезных ископаемых.

ГЛАВА 15. ОПРОБОВАНИЕ И КОНТРОЛЬ

НАЗНАЧЕНИЕ ОПЕРАЦИЙ ОПРОБОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

В процессе обогащения полезных ископаемых необходимо иметь постоянную информацию о составе, свойствах и количестве перерабатываемого минерального сырья и получаемых продуктов обогащения, параметрах технологического процесса и пр. Данная информация необходима для оперативного управления процессом, расчета технологических показателей, составления технологических и товарных балансов, осуществления расчетов с поставщиками сырья и потребителями произведенной продукции и т. д. В основе получения такой информации лежат операции опробования руд и продуктов обогащения и контроля технологических процессов.

Опробование – процесс получения количественных характеристик опробуемого массива путем выделения части массива (пробы), подготовки ее и измерения контролируемых свойств.

Контроль технологических процессов – оценка состояния процесса путем сопоставления определяемой опробованием величины с ее заданным значением.

Составляющими операциями опробования являются: отбор пробы, подготовка пробы, анализ (измерение) свойств пробы. В ряде случаев измерение свойств материала возможно без отбора пробы непосредственно в массиве либо без ее подготовки – при опробовании с помощью датчиков: гранулометров, концентратомеров и т. п.

Опробуемый массив – масса материала, для которой необходимо установить численное значение каких-либо характеристик: массовой доли компонентов, гранулометрического состава, плотности, влажности, обогатимости и т. п.

Опробованию обычно подвергается партия материала. Партия – масса товарной руды или товарного концентрата, отгружаемая по одному сертификату и, как правило, за определенный период времени, например сутки.

Проба – выделяемая часть массива, характеризующая его свойства с заданной погрешностью.

ВИДЫ ПРОБ. ОТБОР ПРОБ

По своему назначению все пробы подразделяются на аналитические и технологические. Аналитическая проба предназначена для измерения (анализа) свойств массива. Технологическая проба предназначена для выполнения технологических исследований, например, для определения обогатимости руды.

Аналитические пробы предназначены для определения химического, минералогического, гранулометрического состава материала, плотности, влажности и др. параметров. Масса этих проб, как правило, невелика. Масса технологических проб может находиться в пределах от нескольких килограммов (при проведении лабораторных исследований) до тысяч тонн при полупромышленных и промышленных испытаниях.

По условиям отбора пробы подразделяются на точечные и объединенные. Точечная проба – некоторое количество материала, отобранное от массива за один раз, например, за одну отсечку пробоотбирающего устройства. Материал всех точечных проб представляет объединенную пробу. Чаще всего, накопление объединенной пробы осуществляют за определенный промежуток времени – смену, сутки.

Очень важным является понятие минимальной массы пробы. Процесс отбора и подготовки проб к анализу весьма трудоемок. Чем больше масса пробы, тем с большей достоверностью она отражает свойства всего массива, однако ее обработка требует больших затрат. Слишком малая масса пробы не обеспечивает требуемой достоверности. Минимальная масса пробы – масса пробы, отражающей свойства массива с погрешностью, равной допустимой.

Минимальная масса пробы М_min для проведения ситового анализа зависит от крупности наибольшего куска в пробе d_max (мм) и может быть определена по эмпирической формуле, кг

М_min = 0,02d²_max +0,5d_max. (15.1)

Минимальная масса пробы для определения содержания компонентов в продуктах может быть определена по следующей эмпирической формуле, кг

М_min = Кd²_max, (15.2)

где К – коэффициент, зависящий от свойств опробуемого массива – вкрапленности полезного компонента, его содержания и ценности. Для руд цветных металлов он принимается равным 0,06-0,2; для железных руд – 0,025-0,1; для марганцевых – 0,1; для золотых – 2-6.

Более точной и универсальной является формула минимальной массы, кг

М_min = Кd^b_max. (15.3)

Для этой формулы К находится с учетом ряда факторов по выражению

K = (100² / 2P²) ρ_м (β_м / α) d_з^(3-b), (15.4)

где Р – допустимая погрешность отбора пробы, %; ρ_м – плотность минерала, содержащего ценный компонент, кг/м³; β_м – массовая доля ценного компонента в минерале, %; α – массовая доля ценного компонента в руде, %; d_з– максимальный размер зерен ценного минерала в руде, м; b – величина, учитывающая характер вкрапленности зерен минерала в руде (b = 0 для равномерной вкрапленности; b = 1,5 для неравномерной вкрапленности; b = 2 для сложной вкрапленности; b = 3 для массивных руд).

Чаще всего на обогатительных фабриках подвергаются опробованию неподвижные массы материала – на складах, в штабелях, бункерах, контейнерах, вагонах, автомашинах, хвостохранилищах и т. п. Основным способом опробования в данном случае является способ вычерпывания. Разновидностями этого способа являются горстевой, вычерпывание с помощью щупа, желонки, шурфов, канав.

Опробование движущихся потоков материала как в сыпучем (на конвейерах), так и в пульпообразном (в желобах, пульпопроводах) состоянии осуществляется ручными и автоматическими пробоотборниками, либо при остановке оборудования (конвейера), либо в местах пересыпа сыпучих или перелива пульпообразных продуктов. Опробование в данном случае осуществляется методом поперечных либо продольных сечений потока. Наиболее широко используется метод поперечных сечений, при котором поток сыпучего или пульпообразного материала пересекается щелевым, ковшовым или секторным проботборником, в результате чего в пробу отбирается поперечная полоса потока материала. При использовании метода продольных сечений пробоотборник устанавливается неподвижно, вырезая продольную полосу движущегося материала. В этих случаях ширина щели пробоотбирающего устройства должна быть не менее трех диаметров максимального куска в опробуемом материале. Оба метода широко применяются в системах автоматического пробоотбора и подготовки проб для анализа на флотационных, асбообогатительных и других фабриках.

ПОДГОТОВКА ПРОБ

Обычно количество отобранного от какого-либо массива материала превышает массу материала, необходимого для определения его характеристик. В связи с этим производят подготовку проб к анализам по схеме, включающей различные стандартные операции: дробление, грохочение, измельчение, перемешивание, сокращение, при необходимости фильтрование, сушку и др. При ситовом анализе дробление и измельчение не производятся. Масса конечной пробы, направляемой на анализ, должна соответствовать минимальной массе, определяемой по приведенным выше формулам.

Перемешивание проб необходимо при сокращении пробы на одну или несколько частей однократным отделением этой части от всей пробы. В зависимости от количества и крупности материала, перемешивание может осуществляться перелопачиванием, методом «кольца и конуса», перекатыванием на клеенке, просеиванием через сито с размером отверстий, в 2-3 раза превышающим размер максимального куска, механическим перемешиванием в мельнице, смесителе и пр.

Рис. 15.1. Примерная схема подготовки пробы

Сокращение пробы – наиболее ответственная операция подготовки пробы. Неподвижные пробы материала могут сокращаться методами квартования, квадратования, линейки. Сокращение перемещаемых проб производят либо вручную (выборочный метод), либо с помощью механических сократителей. Широко используется метод продольных сечений с применением желобчатых сократителей, позволяющих уменьшать массу пробы в два раза за один прием.

Операции дробления и измельчения, а также грохочения (рассева) для контроля крупности материала пробы включаются в схему подготовки пробы для того, чтобы уменьшить крупность подготавливаемого материала перед операциями сокращения. При этом масса пробы после сокращения не должна быть менее определяемой по выражению (15.3). Конечная масса пробы для химического анализа, направляемой в лабораторию, обычно составляет 300-500 г, крупность материала пробы – менее 0,1 мм. Примерная схема подготовки пробы представлена на рис. 15.1.

ПОГРЕШНОСТЬ ОПРОБОВАНИЯ

Количественная характеристика, полученная в результате опробования, например массовая доля компонента α, всегда отличается от истинного значения массовой доли этого компонента в массиве α_ист на некоторую величину Δα, называемую погрешностью опробования. Данная величина определяется суммой погрешностей отбора Δα_от, подготовки Δα_под и анализа пробы Δα_ан:

Δα = Δα_от + Δα_под + Δα_ан. (15.5)

Суммарная погрешность опробования не должна превышать допустимую погрешность, установленную соответствующими стандартами:

Δα < Δα_доп. (15.6)

Каждая из составляющих погрешности содержит систематическую и случайную составляющие. Систематическая погрешность отбора пробы возникает при непредставительном отборе пробы вследствие локальной неоднородности опробуемого массива; отбора проб только из верхней или нижней частей массива; несоответствия рабочего инструмента для отбора пробы каким-либо характеристикам массива. Систематическая погрешность подготовки пробы может быть связана, например, с удалением какого-либо класса крупности (например, пыли) в процессе дробления; несоответствием устройств для сокращения пробы ее характеристикам и т. п. Систематическая погрешность анализа связана с непредставительностью отбора малых навесок для проведения анализа и погрешностью непосредственно метода определения (анализа) измеряемого параметра, особенно при малых содержаниях компонента при определении его массовой доли. Случайная погрешность, возникающая при выполнении всех операций, например в результате механических потерь (просыпей) материала обрабатываемой пробы, как правило, неустранима и должна, по возможности, быть вычислена.