книги / Современные проблемы науки и производства в области горного дела

пользование в качестве окислителя озона, кислорода или перекиси водорода. Недостаток этих методов – низкая кинетика окислительных процессов и высокая стоимость используемых реагентов.

Перспективы окислительного метода связаны с развитием каталитических, фотохимических и электрохимических методов интенсификации, предполагающих активирование окислительно-восстановительных реакций неорганическими и органическими катализаторами, различными видами облучений (ультрафиолетового, видимого, инфракрасного спектров), радиочастотным воздействием, электрическими разрядами и т.д. Преимущество метода – совмещение процессов очистки и санации воды.

Процессы химической и окислительной обработки завершаются процессами механической, сорбционной, флотационной или другой очистки сточных вод от сконденсированных примесей. В ряде случаев полученные осадки представляют собой ценное металлургическое сырье, химические удобрения и т.д.

Научные исследования в области повышения эффективности химической очистки направлены на поиск новых осадителей, в том числе селективного действия и интенсификации окислительно-восстановительных процессов.

Интенсификация методов окислительной очистки с помощью микроорганизмов (бактерий, водорослей) получила быстрое развитие и выросла в самостоятельное направление, характеризующееся высокой эффективностью и универсальностью. Биологические методы очистки основаны на способности микроорганизмов включать находящиеся в ионной и молекулярной форме примеси в процессы жизнедеятельности и в виде нерастворимых продуктов метаболизма или составных частей собственного организма выводить из очищаемой воды.

Процессы биологической очистки получили распространение при обработке стоков горно-обогатительных и металлургических предприятий для удаления органических флотореагентов, цианида ионов тяжелых металлов. При очистке сточных вод от органических реагентов и цианида последние являются источником легко усваиваемых углерода и азота, необходимых для роста массы микроорганизмов. Ионы тяжелых металлов осаждаются сероводородом, выделяющимся при жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий или адсорбируются различной микрофлорой и микрофауной.

При биосорбции сначала образуются комплексы металлов с карбоксильными и аминными группами клеточной оболочки, затем выделяются гидроокиси или восстановленные металлы, адсорбируемые в виде коллоидных частиц на поверхности клетки.

Недостатками микробиологических методов очистки являются низкая интенсивность процессов водоочистки и трудность утилизации содержащихся в загрязненной воде ценных примесей. Вследствие этого биохимические методы применяют для окончательной доочистки сточных вод с целью доведения их до требований ПДК или вовлечения в водооборот. Утилизация ценных компонен-

331

ELIB.PSTU.RU

тов становится возможной при ведении биохимической очистки в колонных аппаратах кипящего слоя. После насыщения гранулированные водоросли сжигают

ииз золы извлекают тяжелые и редкие металлы.

Впоследние годы происходило интенсивное развитие биологических методов. Главные направления научных исследований и совершенствования технологии – поиск новых высокоемких биосорбентов и активных микроорганизмов, интенсификация их деятельности, разработка технологии утилизации ценных компонентов.

Относительно эффективным методом утилизации выделенных из оборотных вод концентрированных растворов, содержащих трудновыделяемые примеси, является процесс термической обработки сточных вод, заключающийся в контактном или бесконтактном нагреве и испарении воды и улавливании содержащихся в ней примесей. Для регенерации тепла используют котлырегенераторы, коэффициент полезного действия которых составляет 50–60 %. Метод термической обработки позволяет проводить обессоливание воды, однако его использование для очистки обычных промстоков недостаточно эффективно из-за значительных энергозатрат.

5.6.2. Системы замкнутого водооборота горно-металлургических предприятий

Развитие систем развитого водооборота связано, с одной стороны, с ужесточением требований к составу вод, сбрасываемых в объекты природопользования, и, с другой стороны, с оскудеванием природных источников, используемых для водоснабжения промышленных предприятий.

Стоки горных и металлургических предприятий характеризуются прежде всего повышенным содержанием цветных и редких металлов и относительно небольшим содержанием поверхностно-активных веществ. Однако общее солесодержание может значительно отличаться и составлять от 0,01–0,1 г-экв/л (хвосты гравитационного обогащения, рудничные воды) до 1–10 г-экв/л (сливы сгустителей, стоки электролизных ванн, чанов выщелачивания и т.д. Задачей процессов водоочистки при организации замкнутых схем водооборота является поддержание такого ионно-молекулярного и дисперсионного состава оборотных вод, при котором не происходит ухудшение технологического процесса и снижение технико-экономических показателей обогащения.

В первую очередь частичный или полный водооборот получил распространение на углеобогатительных и рудообогатительных фабриках, расположенных в местностях с недостатком водных ресурсов (обогатительные фабрики Средней Азии, Казахстана) или с высокой концентрацией иных объектов водопользования (обогатительные фабрики Украины, Черноземья, Урала). В настоящее время практически все обогатительные фабрики используют лишь частичный водооборот (от 5 до 85 %), что обусловлено необходимостью использования чистой воды в отдельных операциях технологической процесса (измельчение руды,

332

ELIB.PSTU.RU

приготовление реагентов), а также невосполнимыми потерями вследствие дренирования и высыхания воды из хвостохранилищ и очистных сооружений.

Переход на полный водооборот или сокращение расхода чистой воды при частичном водообороте требует разработки эффективных методов кондиционирования оборотных вод с целью придания им свойств, не оказывающих отрицательного влияния на ход технологического процесса. С другой стороны, важным направлением исследовательских и проектных работ является разработка эффективной схемы водооборота.

Схема поциклового водооборота предполагает возврат очищенных стоков в тот же передел, отходом которого они являлись. Преимущества поциклового водооборота заключаются в возможности повторного использования полезных компонентов (как перерабатываемого сырья, так и используемых реагентов) и ограниченности параметров оборотной воды, требующих корректировки. Недостатки – быстрое накопление индифферентных к очистке примесей, нестабильность схемы при наличии резких колебаний технологического процесса.

Схема поцехового водооборота предусматривает объединение стоков нескольких переделов и их переработку по одной схеме. Предполагается, что объединяемые продукты близки по своему составу, а очищенная оборотная вода пригодна для использования во всех переделах. Преимущества поцехового водооборота заключаются в его большей устойчивости и возможности использования более производительного оборудования. Недостатки – усреднение концентрации примесей и сокращение возможностей повторного использования содержащихся в стоках реагентов.

Весьма часто используется схема общего водооборота, при котором в очистные сооружения направляются отходы как смежных, так и не связанных между собой производств. Положительные стороны такой схемы – значительное снижение общего и частного соленакопления, применение синнергических процессов взаимоочистки, возможность использования высокопроизводительного оборудования. Основные недостатки – усложнение ионно-молекулярного состава и снижение концентраций отдельных компонентов.

Наиболее перспективными являются схемы общего водооборота со ступенчатой водоочисткой, построение которых предусматривает организацию ступеней очистки стоков после отдельных циклов и переделов, объединение частично очищенных сливов для совместной очистки и доочистку отдельных потоков общего слива в соответствии с требованиями технологического процесса, куда каждый поток направляется.

Рассмотренные схемы применяют для производств, характеризующихся значительным количеством различных переделов и находящихся вблизи предприятий аналогичного или иного профиля.

Ступенчатая водоочистка обеспечивает возможность эффективной утилизации извлекаемых ценных компонентов путем их направления в предшествующие технологические операции или переработки в отдельном цикле. Объе-

333

ELIB.PSTU.RU

динение частично очищенных стоков позволяет использовать эффекты взаимоочистки и резко снижает эффект соленакопления, наблюдаемый при поцикловом и поцеховом водооборотах.

Главными направлениями исследований при разработке замкнутых схем одооборота являются:

–разработка системы критериев к технологической воде после ее кондиционирования;

–оценка предельного соленакопления при замыкании схемы водооборота;

–поиск оптимальной структуры водооборота и водосброса.

Актуальным направлением исследований систем водооборота является изучение процессов сорбции и фильтрации компонентов сточных вод грунтами, находящимися в основании отстойников, шламонакопителей и хвостохранилищ

исущественно определяющих состав дренажных вод вблизи вышеперечисленных гидротехнических сооружений.

Подлежащие очистке природные и сточные воды часто содержат в значительных количествах ценные компоненты. Это, в первую очередь, медь, цинк, свинец, золото, серебро, хром, никель, железо, уран, литий, бериллий, другие металлы; неорганические соединения, содержащие фосфор, бор и серу. Являясь вредными примесями в очищаемой воде, эти компоненты одновременно являются

иценное сырье для металлургической и химической промышленности. Современное состояние науки и техники позволяет проводить эффективную очистку сточных вод и утилизацию содержащихся в ней ценных компонентов. В ряде случаев стоимость утилизуемых сточных и природных вод полезных компонентов настолько велика, что позволяет полностью окупить затраты на водоочистку.

Главными направлениями в развитии методов извлечения полезных компонентов из сточных и природных вод являются:

–разработка научных основ технологии селективного извлечения ценных компонентов из сточных и природных вод с применением сорбционных, химических, электрохимических и мембранных методов;

–переход на безреагентные методы извлечения ценных компонентов или методы, сопровождающиеся минимальным насыщением очищенной воды солями (электрохимические, мембранные, флотационные);

–использование современных методов обогащения и гидрометаллургии (полиградиентная магнитная сепарация, ионная флотация, селективная флокуляция, баромембранная очистка, электрофорез) для эффективного извлечения ценных компонентов из очищаемых или перерабатываемых вод;

–разработка комбинированных процессов (сорбция – электродиализ, сорбция – флотация, сорбция – электролиз), позволяющих достичь высокой степени очистки воды при практически полной утилизации ценных компонентов;

–использование новых физических, физико-химических и биологических процессов для интенсификации выделения ценных компонентов (лучевая и волновая обработка, катализ, био- и фитосинтез);

334

ELIB.PSTU.RU

–разработка технологически обоснованных систем критериев к оборотным водам в схемах замкнутого водоиспользования отдельного или нескольких предприятий;

–разработка многоступенчатых схем водооборота с индивидуальной очисткой стоков и адресным кондиционированием оборотной воды.

Список литературы к разделу 5.6

1.Баймаханое М.Т., Лебедев К.Б., Озеров А.И. Очистка и контроль сточ-

ных вод предприятий цветной металлургии. – М.: Металлургия, 1983.

2.Малкин В.П. Технологические аспекты очистки промстоков, содержащих ионы тяжелых металлов. – Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1991.

3.Химия промышленных сточных вод / под ред. А. Рубина. – М.: Химия,

1983.

4.Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабже-

нии / А.М. Кочановский [и др.]. – М.: Химия, 1983.

5.Небера В.П. Флокуляция минеральных суспензий. – М.: Недра, 1983.

6.Пономарев В.Т., Иоахимис Э.Г., Монтайт И.Л. Очистка сточных вод нефтеперерабатывающих заводов. – М.: Химия, 1985.

7.Хабаров О.С. Безреагентная очистка сточных вод. – М.: Химия, 1982.

8.Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.М. Технология электрохи-

мической очистки воды. – Л.: Стройиздат, 1987.

9.Голъман А.М. Ионная флотация. – М.: Недра, 1982.

10.Катюшиш Г.Н. Очистка природных и сточных вод. – М.: ВНИТИЦентр, 1993. – Вып. 23.

11.Кульский А.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. – Киев: Наукова думка, 1981.

12.Гребенюк В.Д., Мазо А.Л. Обессоливание воды ионитами. – М.: Химия,

1980.

13.Ковалев В.А. Интенсификация электрохимических процессов водоочистки. – М.: Химия, 1986.

14.Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. – Киев: Наукова думка, 1980.

15.Евилёвич А.З., Евилёвич М.А. Утилизация осадков сточных вод. – Л.: Стройиздат, 1988.

16.Мирзахметов М. Водоснабжение и водоотведение флотационных обогатительных фабрик. – Алма-Ата: КАЗНИИНТИ, 1991.

17.Оборотное водоснабжение углеобогатительных фабрик / И.С. Благов

[и др]. – М.: Недра, 1980.

335

ELIB.PSTU.RU

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современные проблемы горной науки и горного производства, как и изменение содержания и концепции горных наук, обусловлены назревшей необходимостью заполнить крупный пробел в знаниях о техногенно-изменяемых недрах. Этот пробел образовался в связи с тем, что для горных наук остается традиционным следование в своем развитии главным образом запросам горнодобывающей промышленности. Между тем со временем все более очевидным становится противоречие в отношении к недрам. С одной стороны, по сложившейся практике, с завершением эксплуатации месторождений полезных ископаемых эти участки недр уже перестают быть объектами делового интереса горняков вне зависимости от состояния оставленных ими нарушенными горных массивов и экологических последствий освоения. С другой стороны, накопленные за многие годы объемы геомеханических нарушений в недрах и на поверхности земли, а также сопряженные с ними биосферные изменения стали настолько велики, что недра при значительном сокращение минерально-ресурсной базы за этот период времени перестали играть определяющую роль для биологических, территориальных, экономических и иных важнейших условий жизни. При этом следует признать, что сложившееся понимание недр лишь как вместилища отдельных месторождений полезных ископаемых – объектов эксплуатации – является одной из важнейших причин эколого-экономического кризиса, переживаемого нашей страной.

Сегодня необходимо четко понимать, что нет и не может быть создано никакого другого, помимо горного, производства, которое было бы предназначено и способно предотвращать неблагоприятные последствия освоения недр, устранять такие последствия и обеспечить для будущих поколений возможность дальнейшего пользования недрами с учетом всех присущих недрам функций. Настало время для того, чтобы с недрами связывалось представление о средоточии разнообразных, не только минерально-сырьевых, но и других жизненно важных для общества ресурсов, сопряженных друг с другом генетически, а при освоении – и технологически, экономически и экологически. Исходя из этого, сложившиеся ныне границы, охватывающие область горного дела, следует существенным образом расширить.

Извлечение из недр и использование полезных ископаемых с заданными показателями уже не может быть признано конечной и единственной целью их освоения.

Освоение недр в каждом случае должно предполагать их сохранение как источника важнейшей части национального природного богатства и главного природоорганизующего компонента в соблюдении экологического равновесия. Поэтому цель горного дела состоит в постоянном воспроизведении этого природного богатства и условий экологического равновесия путем придания недрам технологическими и иными средствами новых полезных качеств в процессе их техногенного преобразования.

336

ELIB.PSTU.RU

Иными словами, по окончании эксплуатации участок недр должен быть воссоздан (сохранен) для общества как объект, ценный в хозяйственном, экологическом, научном, бальнеологическом, культурном, рекреационном отношении, по условиям геомеханической безопасности населения или по иным соображениям, исходя из присущих ему природных, а также созданных при освоении недр новых георесурсных предпосылок. Только так может быть преодолена кризисная тенденция в техногенной эволюции недр.

Горная наука и практика, решая проблемы обеспечения потребностей общества в необходимых георесурсах, не должны останавливаться лишь на проблемах сведения баланса производства и потребления минерального сырья. Сегодня необходимо подниматься на более высокий уровень проблем сохранения и увеличения природного богатства и экологического потенциала недр. Возможности для этого закладываются при разнообразной эксплуатации георесурсов и приобретают конкретную форму и значение в процессе сохранения недр.

Современная концепция освоения и сохранения недр предполагает многофункциональность горных предприятий, которые реализуют не только утилитарную цель – обеспечение конкретных текущих общественных потребностей, но и укрепляют основу жизни, увеличивая георесурсное разнообразие и за счет этого величину природного богатства недр и экологического потенциала, в формировании которого недрам принадлежит главенствующая роль.

337

ELIB.PSTU.RU