Применение анионного флокулянта для сгущения хвостов флотации золотосодержащей руды и осветления оборотной воды
Еремеев Д.Н., технический руководитель, ТОО "ПО ASCOR", канд. техн. наук
Воропаев С.В., руководитель проектов, ООО "СИНТЕК"
Исследование показало, что применение высокомолекулярного анионного полимера позволяет значительно увеличить скорость отстаивания хвостов флотации золотосодержащей руды, содержание твердого в сгущенной пульпе и, в конечном счете, высоту осветленного слоя оборотной воды в хвостохранилище. Протестированный флокулянт был рекомендован к промышленным испытаниям на узле откачки хвостов флотации предприятия в Казахстане.
Введение
Оборотное водоснабжение дает возможность максимального снижения расхода свежей воды и сброса сточных вод путем организации бессточной системы. Чтобы обеспечить ее эффективность и предотвратить отрицательное влияние на качественные показатели обогащения, стоки должны быть очищены от взвешенных примесей и растворимых солей до содержания 0,5 и 20 г/дм3 соответственно.
Полный водооборот может быть организован по схеме "обогатительная фабрика – хвостохранилище – обогатительная фабрика". В ней слив хвостохранилища с допустимыми примесями возвращается в процесс обогащения.
Состав сточных вод обогатительной фабрики (ОФ) достаточно сложен, зависит от минерального состава полезного ископаемого и метода обогащения. К стокам ОФ относятся хвостовые суспензии, сливы сгустителей и фильтраты фильтров. От 60 до 90 % объема всех сточных вод фабрики составляют хвосты (с содержанием твердого 15–35 %).
Схемы использования сточных вод в оборотном водоснабжении разнообразны. Выбор того или иного решения определяется типом перерабатываемых руд, методом обогащения и возможностью утилизации ценных компонентов. Часто используется вариант, при котором хвостовая пульпа сгущается на фабрике и направляется в хвостохранилище для отстаивания. Туда же могут поступать сливы сгустителей и прочие воды.
Безвозвратный сброс сточных вод за счет забора свежей воды приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению среды. С точки зрения охраны природы в идеальном случае стоки должны полностью возвращаться в технологический процесс, то есть фабрика должна работать с оборотным водоснабжением.
Хвосты ОФ направляют самотеком по лоткам и трубам либо с помощью грунтовых и песковых насосов в хвостохранилище, где происходит осаждение твердых частиц и осветление воды. Это сооружение также выполняет функцию хранения оборотной воды.
Обработка направляемой в хвостохранилище пульпы хвостов высокомолекулярными полимерами позволяет увеличить скорость осаждения твердых частиц и сократить время осветления воды. При этом ее качество значительно повышается за счет снижения содержания взвешенных веществ.
Кроме того, применение полимеров приводит к формированию гомогенных флокул, которые включают в себя частицы крупных и тонких фракций. Все это способствует ускоренному осаждению, сгущению и уплотнению хвостов флотации, увеличению слоя осветленной воды и срока эксплуатации хвостохранилища.
Одно из предприятий в Казахстане перерабатывает золотосодержащие руды малосульфидного золотомышьяковистого типа. Доля сульфидов колеблется от 0,5 до 5–10 %. Основные рудные минералы представлены пиритом, арсенопиритом, пирротином, реже встречаются халькопирит, антимонит, сфалерит.
По вещественно-минералогическому составу и технологическим особенностям руда относится к упорным: частицы золота очень мелкие, включены во вмещающую породу – пирит, арсенопирит, углистые сланцы и кварц. Присутствует металл в свободной форме крупностью от 3–5 до 75 мкм, но в основном он является тонкодисперсным (1–5 мкм) и находится в сростках с сульфидами и в виде включений в них.
Технологическая схема переработки руды предусматривает дробление, измельчение и флотационное обогащение. Флотоконцентрат направляется на бактериально-химическое окисление сульфидных минералов и раскрытие золота (BIOX), кеки биоокисления после промывки и декантации – на сорбционное цианирование (CIL), хвосты флотации – в хвостохранилище.
На момент проведения исследования для обработки пульпы хвостов флотации, перекачиваемой в хвостохранилище, никакие реагенты не применялись.
Материалы и методы исследования
Целями исследования являлись проверка влияния различных флокулянтов на эффективность отстаивания, сгущения и уплотнения направляемых в хвостохранилище хвостов флотации и подбор оптимальной программы реагентной обработки их пульпы.
Лабораторные испытания были проведены по методу сгущения (уплотнения) твердой фазы и осветления жидкой фазы отстаиванием в стаканах на установке FP4 Portable Flocculation Tester (компании VELP Scientifica) с четырьмя лопастными мешалками и регулируемой скоростью вращения.
В четыре пластиковых стакана объемом по 1 л была налита исходная пульпа хвостов флотации (1 дм3) и включено перемешивание со скоростью 200 об/мин. После гомогенизации (2–3 минуты) в стаканы был добавлен высокомолекулярный полимерный реагент, и они перемешивались в течение 15 минут со скоростью 200 об/мин, моделируя перекачку пульпы в хвостохранилище.
По окончании перемешивания стаканы были выдержаны в покое для сгущения (уплотнения) твердой фазы хвостов флотации и осветления воды. Продолжительность отстаивания составила 30 минут. Через определенные промежутки времени (5, 10, 15, 20, 25 и 30 минут после начала отстаивания в покое) была зафиксирована высота границы раздела твердой и жидкой фаз – уровень сгущенных хвостов флотации.
После отстаивания был замерен уровень (объем) твердой фазы в стакане и рассчитано содержание твердого в пульпе через 30 минут сгущения. Качество осветленной жидкой фазы определялось визуально.
По кинетическим кривым, используя метод Тэлмиджа и Фитча, была рассчитана средняя скорость сгущения твердой фазы. Средняя скорость свободного падения (оседания) частиц, которую иногда называют начальной скоростью отстаивания, была определена по начальному прямолинейному участку седиментационной кривой.
Исходной суспензией являлась пульпа хвостов флотации, направляемая в хвостохранилище. В каждой серии тестов была использована свежеотобранная проба. Содержание твердой фазы в пульпе лежало в пределах 280–340 кг/м3.
В лабораторных условиях были протестированы порошкообразные анионные и жидкие вододисперсионные флокулянты (анионные и катионные). Все реагенты относились к синтетическим органическим полимерам и различались химическим составом, молекулярной массой, знаком заряда и его величиной.
Катионные флокулянты были представлены сополимерами [AcAm/DMAEA.BCQ и AcAm/DADMAC] и терполимерами [AcAm/DMAEA.MCQ/DMAEA.BCQ], анионные – сополимерами акриламида с акриловой [AcAm/AcAc|AcAm/Ac-Na] или акриламидометилпропансульфоновой кислотой [AcAm/AMPS-Na].
Рабочие растворы порошкообразных и жидких флокулянтов были приготовлены в две стадии (концентрация растворов – 0,05 %). Для разбавления реагентов была использована дистиллированная вода.
В лабораторных условиях была проверена дозировка флокулянтов 0–110 г/т твердого в пульпе хвостов флотации. Во всех опытах были сфотографированы стаканы в ходе отстаивания и по окончании сгущения пульпы хвостов флотации.
Результаты и обсуждение
На первом этапе было проведено сравнение эффективности порошкообразных флокулянтов при фиксированной дозировке (около 50 г/т). Содержание твердой фазы в исходной суспензии хвостов флотации, направляемой в хвостохранилище, составило 330 кг/м3.
В данной серии тестов после добавления реагентов пульпа была перемешана со скоростью 100 об/мин в течение 5 минут. Результаты (рис. 1–3) показывают, что наиболее эффективным являлся флокулянт AS-F31101S. При его добавлении были получены самые высокие значения средней скорости свободного падения частиц и уплотнения сгущенных хвостов. По этим причинам из порошкообразных полимеров в следующих опытах был использован только AS-F31101S.
Рисунок 1. Кинетические кривые сгущения пульпы хвостов флотации при добавлении различных порошкообразных флокулянтов с фиксированной дозировкой 49,4 г/т
Рисунок 2. Влияние флокулянтов на среднюю скорость свободного падения частиц (а) и содержание твердого в сгущенной пульпе через 30 минут отстаивания хвостов флотации (б) при фиксированной дозировке 49,4 г/т (содержание твердой фазы в исходной суспензии – 330 кг/м3)
Рисунок 3. Вид стаканов через 10 минут отстаивания в покое хвостов флотации при добавлении различных флокулянтов с фиксированной дозировкой 49,4 г/т
Во второй серии лабораторных тестов было проверено влияние жидких вододисперсионных флокулянтов на эффективность сгущения хвостов флотации. Работу жидких реагентов сравнивали с работой порошкообразного AS-F31101S.
Дозировка всех флокулянтов была фиксированной и составила около 100 г/т. Содержание твердой фазы в исходной суспензии хвостов флотации было установлено на уровне 326 кг/м3. После добавления реагентов она была перемешана со скоростью 200 об/мин в течение 15 минут, моделируя процесс перекачки пульпы в хвостохранилище.
Из кинетических кривых (рис. 4) видно, что при сгущении пульпы хвостов флотации и осветлении оборотной воды жидкие вододисперсионные полимеры менее эффективны, чем AS-F31101S. При прочих равных условиях добавление последнего позволило получить высокие значения средней скорости свободного падения частиц (0,5 м/ч), скорости сгущения и уплотнения сгущенных хвостов. Содержание твердой фазы в них через 30 минут отстаивания в покое составило 665 кг/м3.
Рисунок 4. Кинетические кривые сгущения пульпы хвостов флотации при добавлении различных жидких вододисперсионных флокулянтов и порошкообразного AS-F31101S с фиксированной дозировкой 99,7 г/т
В следующей серии лабораторных тестов было изучено влияние дозировки AS-F31101S с низким анионным зарядом как реагента, показавшего наилучшие результаты на стадии отбора, на сгущение суспензии хвостов флотации.
Содержание твердой фазы в исходной суспензии составило 283 кг/м3. После добавления AS-F31101S она была перемешана со скоростью 200 об/мин в течение 15 минут, моделируя процесс перекачки пульпы в хвостохранилище.
Повышение дозировки реагента в пределах 0–110 г/т приводит к значительному росту скорости отстаивания и сгущения хвостов флотации (рис. 5–7). Так, при дозировке 106 г/т начальная скорость отстаивания в семь раз превысила скорость, полученную без применения реагента. В результате увеличения скорости разделения твердой и жидкой фаз выросло содержание твердого в сгущенной пульпе хвостов.
Рисунок 5. Кинетические кривые сгущения пульпы хвостов флотации при различной дозировке AS-F31101S
Рисунок 6. Вид стаканов через 10 минут отстаивания в покое хвостов флотации при различной дозировке AS-F31101S
Рисунок 7. Влияние дозировки AS-F31101S на скорость свободного падения частиц (а) и содержание твердого в сгущенной пульпе через 30 минут отстаивания хвостов флотации (б)
Флокуляция – это процесс объединения частиц и микрофлокул в более крупные агрегаты (макрофлокулы), быстро оседающие под действием силы тяжести. Он происходит по механизму мостиковых связей посредством связующего агента (флокулянта), обычно полимера с высокой молекулярной массой. При этом его молекула адсорбируется поверхностью двух или более частиц либо микрофлокул, физически связывая их. Процесс протекает без изменения двойного электрического слоя в отличие от коагуляции.
Схематично стадии взаимодействия высокомолекулярного полимера с частицами при флокуляции минеральных суспензий представлены на рис. 8.
Рисунок 8. Схематическое изображение стадий флокуляции частиц суспензии высокомолекулярным полимером
Процессы, протекающие при добавлении флокулянта в минеральную суспензию, перечислены последовательно, однако, вполне вероятно, что некоторые из них происходят одновременно и с разной скоростью, которая зависит от ряда факторов.
Перекачивание пульпы хвостов флотации по трубопроводу в хвостохранилище осуществляется в турбулентном режиме. Избыточное перемешивание или другое механическое воздействие приводит к разрушению флокул, в результате снижается скорость отстаивания. В исследованном диапазоне наиболее прочные флокулы формировались при дозировке AS-F31101S, равной 106 г/т.
Визуальное наблюдение показало, что при дозировке полимера около 100 г/т первоначально формировались очень крупные тяжелые агрегаты частиц твердой фазы, которые начали разрушаться в ходе интенсивного перемешивания при моделировании перекачки пульпы в хвостохранилище.
Тем не менее, судя по дальнейшим наблюдениям, разрушение флокул происходило по механизму разлома на относительно крупные фрагменты (флокулы средних размеров). Эрозию следует исключить, поскольку качество осветленной воды по содержанию взвешенных веществ оставалось высоким.
Крупные "обломки" первоначальных агрегатов по окончании интенсивного перемешивания быстро оседали на дно (рис. 5–6), демонстрируя высокую скорость отстаивания и хорошее уплотнение осадка (рис. 7). Данная картина выраженно наблюдалась только для дозировки 106 г/т, при более низких значениях такого не происходило.
Таким образом, на основании данных лабораторного тестирования можно считать, что оптимальным для обработки пульпы хвостов флотации золотосодержащей руды является порошкообразный анионный высокомолекулярный полимер AS-F31101S (дозировка – около 100 г/т).
Применение этого реагента позволит повысить скорость осаждения твердых частиц суспензии и сократить продолжительность осветления оборотной воды, возвращаемой из хвостохранилища на фабрику.
AS-F31101S был рекомендован для промышленных испытаний по обработке хвостов флотации, направляемых в хвостохранилище. Точная дозировка может быть установлена в ходе исследований, что позволит рассчитать фактическую стоимость обработки 1 м3 пульпы или 1 т хвостов.
Заключение
Лабораторное тестирование по методу сгущения (уплотнения) твердой фазы и осветления жидкой фазы отстаиванием в стаканах показало, что применение высокомолекулярного анионного полимера AS-F31101S позволяет значительно повысить скорость отстаивания хвостов флотации золотосодержащей руды и содержание твердого в сгущенной пульпе, тем самым увеличив высоту осветленного слоя оборотной воды в хвостохранилище.
Флокулянт был рекомендован к промышленным испытаниям на узле откачки хвостов флотации одного из золотодобывающих предприятий в Казахстане.
Дозировка AS-F31101S (по товарному реагенту) в расчете на 1 т твердой фазы в пульпе хвостов флотации, направляемой в хвостохранилище, должна быть не менее 100 г/т. Точное значение, соответствующее реальному технологическому процессу, может быть определено только в ходе промышленных испытаний.
"ЗОЛОТОДОБЫЧА" № 10 (323), ОКТЯБРЬ 2025 ГОДА
© АО "Иргиредмет", 2026