Двухстадийное осветление оборотной воды при сгущении хвостов флотации медной сульфидной руды

Часть 2

Еремеев Д.Н., технический руководитель, ТОО "ПО ASCOR", канд. техн. наук

Воропаев С.В., руководитель проектов, ООО "СИНТЕК"

Исследование показало, что при сгущении хвостов флотации в одну стадию с применением флокулянта или комбинации флокулянта и коагулянта невозможно добиться требуемого содержания взвешенных веществ в сливе. Эту проблему решает известковое молоко, но его использование снижает извлечение ценных металлов на флотации. Для получения оборотной воды установленного качества необходимо реализовать двухстадийное осветление.

Результаты и обсуждение

На первом этапе было проверено влияние различных флокулянтов при фиксированной дозировке (40 г/т) на кинетику сгущения пульпы хвостовых сгустителей без добавления известкового молока. Содержание твердого в пульпе составляло 20,2 %.

Как следует из полученных результатов (рис. 5), все протестированные полимеры показали высокую начальную скорость отстаивания, превышавшую установленную норму (не ниже 0,6 м/ч). При этом самые высокие значения средней скорости свободного падения частиц и средней скорости сгущения были достигнуты с порошкообразным флокулянтом AS-F31222, который использовался в дальнейших исследованиях.

Рисунок 5. Влияние различных флокулянтов на среднюю скорость свободного падения частиц (содержание твердого в исходной пульпе — 20,2 %, без известкового молока, дозировка флокулянтов — 40 г/т)

Во второй серии лабораторных тестов было исследовано влияние дозировки AS-F31222 (20–50 г/т), обладающего средним анионным зарядом, на сгущение суспензии хвостов обогащения сульфидных руд без добавления известкового молока. Полученные данные сравнивались с показателями текущей программы реагентной обработки (флокулянт Magnafloc 345 с дозировкой 40 г/т). Содержание твердого в пульпе составляло 22,2 %.

Кривые седиментации шлама в ходе сгущения изображены на рис. 6. Горизонтальная пунктирная линия, проведенная на высоте границы раздела твердой и жидкой фаз (сгущенной пульпы) в цилиндре, соответствует нормативному значению содержания твердой фазы в сгущенных хвостах (60 %).

Рисунок 6. Кинетические кривые сгущения пульпы хвостов обогащения сульфидных руд при разных программах реагентной обработки (содержание твердого в пульпе — 22,2 %, без известкового молока)

Расчеты показали, что в диапазоне дозировок от 20 до 50 г/т AS-F31222 обеспечивает достижение следующих показателей (рис. 7):

• высокую скорость свободного падения частиц, превышающую как требуемое значение (0,6 м/ч), так и скорость, полученную с Magnafloc 345 (40 г/т);
• высокую скорость сгущения, превышающую скорость, полученную с Magnafloc 345.

Рисунок 7. Влияние дозировки AS-F31222 и Magnafloc 345 на скорость свободного падения частиц (а) и скорость сгущения твердой фазы (б) при отстаивании пульпы хвостов обогащения сульфидных руд (содержание твердого в пульпе — 22,2 %, без известкового молока)

Удельная производительность сгущения с ростом дозировки AS-F31222 увеличивалась и превышала нормируемую величину 0,33 т/(м²•ч) во всем диапазоне от 20 до 50 г/т. Нормируемое значение содержания твердого в сгущенной суспензии по окончании отстаивания (≥ 60 %) было обеспечено только при дозировке 45 г/т и выше.

Несмотря на то, что с добавлением AS-F31222 были достигнуты все основные показатели сгущения, содержание взвешенных веществ в осветленной жидкой фазе значительно превышало норму (≤ 0,2 г/дм³). Причиной этого было то, что тестирование проводили в диапазоне рН жидкой фазы 8,53–9,50 без применения известкового молока.

Таким образом, рекомендуемая дозировка порошкообразного флокулянта AS-F31222 со средним анионным зарядом и высокой молекулярной массой при сгущении хвостов обогащения медной сульфидной руды составила 45–50 г/т твердого.

Если сгущение хвостов флотации рассматривать как первую стадию осветления оборотной воды, то применение AS-F31222 в указанном количестве позволит получить параметры, соответствующие нормам и паспортным характеристикам хвостовых сгустителей:

• удельную производительность сгустителя не ниже 0,33 т/(м²•ч);
• начальную скорость отстаивания твердой фазы не ниже 0,6 м/ч;
• содержание твердой фазы в сгущенных хвостах не менее 60 %.

В то же время содержание взвешенных веществ в сливе хвостовых сгустителей достигало 20 г/дм³, то есть не соответствовало нормам. По этой причине его требовалось направлять на доосветление (концепция двухстадийного осветления оборотной воды).

Как указывалось ранее, для получения слива сгустителей в пределах нормы по содержанию взвешенных веществ на ОФ в качестве коагулянта применялось известковое молоко, расход которого составлял 1,7–2,0 кг/т. В результате рН осветленной оборотной воды увеличился до 11–12, что снижало извлечение молибдена и золота при флотации.

Значение pH, при котором суммарный поверхностный заряд частицы равен нулю, называют изоэлектрической точкой (ИЭТ). У подавляющего большинства кремниевых минералов в природной воде она лежит в диапазоне кислой среды. Например, рН_ИЭТ кремнекислоты составляет 2,0; кварца — 2,0–3,5; каолинита — 3,3–4,6; монтмориллонита — 2,5; крокидолита — 5,0–6,0. При pH больше 6,5–7,0 поверхность частиц каркасных алюмосиликатных минералов заряжена отрицательно, и с повышением этого показателя отрицательный заряд (дзета-потенциал) возрастает. Заряд коллоидных частиц может быть обусловлен как адсорбцией ионов, так и диссоциацией групп поверхностного слоя.

При добавлении в пульпу хвостов ионов кальция происходит изменение поверхностного заряда кремниевых групп частиц глины (каркасных алюмосиликатов), что приводит к дестабилизации коллоидов ≡SiO^- + Ca²⁺ ≡SiOCa⁺ и осветлению слива сгустителей.

Известковое молоко, как коагулянт, обладает выраженными недостатками:

• Большой расход (согласно правилу Шульце — Гарди), который подтверждается фактическими дозировками.
• Значительное влияние на изменение состояния жидкой фазы (осветленной оборотной воды): повышение рН обрабатываемой воды; сдвиг баланса щелочных ионов воды в сторону увеличения концентрации карбонат-ионов СO₃^2–; добавление большого количества гидроксил-ионов ОН^–, повышающих электропроводность воды.
• Умягчение воды с выпадением в осадок малорастворимых соединений CaCO₃ и Mg(OH)₂ (при определенных условиях).
• Унос в оборотную воду со сливами сгустителей остаточного содержания ионов Са²⁺, которые могут оказывать негативное влияние на флотацию.
• Образование большого количества дополнительного шлама (твердой фазы).

Соли алюминия и железа, применяемые в качестве минеральных коагулянтов, также обладают рядом существенных минусов.

Указанных недостатков лишены органические коагулянты. Они представляют собой синтетические органические полимеры с высоким катионным зарядом (+100 %) и относительно низкой молекулярной массой (по сравнению с флокулянтом), как правило, лежащей в пределах 5000–500000 Да.

При водоподготовке и очистке сточных вод наибольшее распространение из органических коагулянтов получили гомополимеры на основе четвертичных аминов: эпихлоргидрин диметиламин (Epi-DMA) и диаллилдиметил аммоний хлорид (DADMAC). В горнорудной и горно-металлургической промышленности чаще всего применяют "полиДАДМАХ", особенно в качестве осветляющей добавки.

Механизм действия органических коагулянтов в широком интервале значений рН основан на нейтрализации поверхностного заряда частиц через адсорбцию полимера на поверхности. Поскольку энергетический барьер, препятствующий сближению и взаимному притяжению частиц, исчезает, происходит их агрегация и формирование микрофлокул.

Существуют два варианта нейтрализации отрицательного заряда на поверхности частиц: полная нейтрализация и электростатические "наклейки" (рис. 8), формирующие "заряженную мозаику" ("лоскутная" адсорбция). Так как молекулярная масса органических коагулянтов относительно низкая, то в отличие от флокулянтов они не способны создавать мостиковые связи между несколькими частицами с образованием крупных флокул (макрофлокул).

Рисунок 8. Механизм коагуляции отрицательно заряженных частиц через нейтрализацию поверхностного заряда органическим коагулянтом (электростатическая "наклейка")

В соответствии с двухстадийной концепцией на первой стадии был выбран наиболее эффективный флокулянт, а также определена его оптимальная дозировка, при которой достигаются высокие скорости отстаивания хвостов флотации, требуемое содержание твердой фазы в сгущенных хвостах и удельная производительность сгустителя. Далее была проведена серия лабораторных тестов по подбору осветляющих добавок для доочистки (доосветления) оборотной воды (вторая стадия).

Среди протестированных осветляющих добавок (коагулянтов) наиболее эффективным оказался реагент AS-C21A42 (рис. 9). Именно с ним были продолжены исследования.

Рисунок 9. Влияние различных органических коагулянтов (дозировка — 20 г/м³) на осветление оборотной воды на второй стадии (доосветление)

Лабораторное тестирование продемонстрировало, что комбинация анионного флокулянта AS-F31222 и катионной осветляющей добавки AS-C21A42 позволяет на второй стадии осветления получить оборотную воду высокого качества по содержанию взвешенных веществ, которое не превышает 0,2 г/дм³ (рис. 10).

Рисунок 10. Влияние различных программ реагентной обработки на осветление оборотной воды на второй стадии (доосветление) через 30 минут (а) и 19 часов (б) отстаивания в покое

Итак, при сгущении хвостов флотации сульфидной руды в одну стадию применением флокулянта или комбинации флокулянта и коагулянта (осветляющей добавки) невозможно получить слив с содержанием взвешенных веществ ≤ 0,2 г/дм³. Чтобы решить поставленную задачу, необходимо реализовать двухстадийное осветление оборотной воды, направив слив хвостовых сгустителей на доочистку (доосветление).

Из практики известно, что чем ниже значение рН обрабатываемой воды или жидкой фазы суспензии, тем меньше требуется коагулянта. Возможные изменения заряда неорганической частицы в зависимости от концентрации в воде ионов водорода показаны на рис. 11.

Рисунок 11. Влияние рН жидкой фазы на изменение поверхностного заряда неорганической частицы, находящейся в воде или суспензии

Поверхностные группы могут вести себя и как кислоты, и как основания, а значение изоэлектрической точки частицы полностью зависит от ее химического состава. Таким образом, величина рН воды или жидкой фазы суспензии играет очень важную роль при подборе дозировки органического коагулянта, поскольку присутствие ионов Н⁺ существенно снижает расход коагулянта, необходимый для поддержания требуемого качества осветленной воды.

Было проверено влияние рН жидкой фазы на расход осветляющей добавки AS-C21A42 при осветлении оборотной воды на второй стадии (доосветлении). Из полученных результатов (рис. 12) видно, что с уменьшением величины рН сокращается потребность в коагулянте, а с ростом этого показателя для обрабатываемой воды или жидкой фазы суспензии повышается величина отрицательного поверхностного заряда частиц. Чтобы снизить его до определенного значения, при котором начинается формирование микрофлокул, либо для полной нейтрализации, требуется больший расход органического коагулянта.

Рисунок 12. Зависимость качества осветленной воды от дозировки AS-C21A42 при различных значениях рН жидкой фазы (а); влияние рН на расход AS-C21A42 для получения содержания взвешенных веществ в осветленной воде 0,15 г/дм³ при доочистке слива сгустителя с первой стадии (б)

В результате применение осветляющей добавки AS-C21A42 при доочистке слива сгустителей (вторая стадия) позволяет получить осветленную воду с содержанием взвешенных веществ не более 0,2 г/дм³ без применения известкового молока (рН жидкой фазы 8,5–9,5).

Рекомендуемая дозировка реагентов при доочистке слива хвостовых сгустителей, поступающего на вторую стадию осветления оборотной воды: флокулянт AS-F31222 — 1,5 г/м³; осветляющая добавка AS-C21A42 — 15-80 г/м³ суспензии, поступающей на доосветление. Расход осветляющей добавки сокращается с понижением рН жидкой фазы суспензии.

Заключение

Практика эксплуатации и лабораторное тестирование, проведенное на одной из ОФ в Казахстане, перерабатывающей медную сульфидную руду, показали, что при сгущении хвостов флотации в одну стадию с применением флокулянта или комбинации флокулянта и коагулянта (осветляющей добавки) невозможно получить слив с содержанием взвешенных веществ ≤ 0,2 г/дм³.

Чтобы добиться концентрации взвешенных веществ не более 0,2 г/дм³, необходимо реализовать двухстадийное осветление оборотной воды, направляя слив хвостовых сгустителей на доочистку (доосветление).

При сгущении хвостов (первая стадия) рекомендуется применять порошкообразный флокулянт AS-F31222 со средним анионным зарядом (дозировка — 45–50 г/т твердого). Это позволит получить параметры, соответствующие нормам и паспортным характеристикам хвостовых сгустителей:

• удельную производительность сгустителя не ниже 0,33 т/(м²•ч);
• начальную скорость отстаивания твердой фазы не ниже 0,6 м/ч;
• содержание твердой фазы в сгущенных хвостах не менее 60 %.

При доочистке (доосветлении) слива хвостовых сгустителей (вторая стадия) рекомендуется применять комбинацию порошкообразного анионного флокулянта AS-F31222 (дозировка — 1,5 г/м³ суспензии, поступающей на доосветление) и жидкой катионной осветляющей добавки AS-C21A42 (дозировка — 15–80 г/м³ суспензии, поступающей на доосветление). Чем меньше величина рН жидкой фазы суспензии, тем ниже расход осветляющей добавки.

"ЗОЛОТОДОБЫЧА" № 2 (327), ФЕВРАЛЬ 2026 ГОДА 

© АО "Иргиредмет", 2026