Очистка сточных вод и оборотное водоснабжение

Источником сточных вод на обогатительных фабриках являются в основном отходы обогащения (хвосты) в виде пульпы, которые складируются в хвостохранилищах. Хвосты составляют подавляющую часть общего объема всех сточных вод обогатительных фабрик ( 60…90%).Эти сточные воды содержат не только твердые частицы различной крупности, но и растворенные и диспергированные в жидкой фазе различные органические и неорганические вещества – флотационные реагенты и продукты их взаимодействия м минеральными компонентами руды. В соответствии с требованиями к составу воды водных объектов у пунктов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользование содержание взвешенных веществ в водоемы не должно увеличиваться более чем на 0,25 мг/л. В сточных водах не должно быть плавающих примесей, они не должны иметь запахов, содержание растворенного кислорода не менее 4 мг/л и биохимическая потребность в кислороде (БПК) не должна превышать 3 мг/л. Важной характеристикой сточных вод является величина рН, которая колеблется в пределах от 8 до 12. Содержание ионов кальция и магния определяют жесткость сточных вод. Содержание вредных примесей, особенно ионов тяжелых металлов, не должно превышать предельно-допустимую концентрацию (ПДК) их в водоемах. Однако она часто значительно превосходит величину ПДК. Так суммарное содержание сульфатов и хлоритов часто составляет около 1 г/л.

Предельно-допустимые концентрации в воде не должны превышать , мг/л: мышьяка – 0,05, ртути- 0,005, цианидов – 0,1, цинка и меди – 1,0, свинца – 0,1, ПАВ – 0,05, ксантогенат бутиловый – 0,001.

Хвостовая пульпа и сливы поступают в хвостохранилище, где под действием силы тяжести твердые частицы оседают, а жидкая фаза используется в качестве оборотной воды. В хвостохранилище под действием аомосферных факторов, химических и биохимических процессов рн снижается до 7…8, значительно уменьшается содержание тяжелых металлов, сульфидов, цианидов, ксантогенатов. Таким образом, хвостохранилище является также очистным сооружением. В нем происходит прежде всего осаждение твердых частиц, которое зависит от степени их дисперности, рН среды, состава жидкой фазы и температуры. Для ускорения осаждения твердых частиц в хвостохранилище применяют коагулянты ( известь, сульфат железа, сульфат алюминия) и флокулянты ( полиакриламид). При осаждении твердых частиц происходит осаждение и некоторых вредных веществ, например, жирных кислот и их мыл.

Для обезвреживания сточных вод применяются различные химические, физико-химические и микробиологические методы.

Химические или реагентные методы очистки осуществляются с использованием таких химических веществ, как гашеная и хлорная известь, гипохлорит кальция, железный купорос и др.

Ионы тяжелых металлов ( медь, цинк, свинец, никель, кадмий) при очистке осаждаюися в виде труднорастворимых соединений. Так ионы меди осаждаются в присутствии извести при рН 8…9 в виде труднорастворимого гидроксида Cu(OH)₂ или основной соли Cu₂(OH)₂CO₃, также как и ионы никеля, свинца, цинка и кадмия. Для осаждения мышьяка используются также соли двух- и трухвалентного железа.

Для очистки сточных вод от цианидов, которые используются в основном при цианировнии золотосодержащих руд, применяется хлорирование жидким хлором при рН более 9…10, гипохлоритом СаOСl или хлорной известью CaOCl₂ в щелочной среде при рН 10…11.

При этом окисление простых цианидов происходит по реакции

CN^¯ + OCl¯ → CNO^¯ + Cl¯

Образующиеся при этом ионы CNO^¯ подвергаются гидролизу с образованием углекислоты и нитратов

CNO^¯ + 2H₂O → CO + NH

При окислении комплексных цианидов, например, цианида меди, образуется также гидроксид меди Cu(OH)_2.

Роданиды CNS¯ также как и цианиды окисляются хлором при рН 10…12. При изпользовании хлорной извести окисляются ксантогенаты, дитиофосфаты, сульфиды, жирные кислоты, которые переходят в труднорастворимые кальциевые соли, тяжелые металлы при этом осаждаются в виде основных карбонатов или гидроксидов. Расход активного хлота составляет около 30 г на 1 г цианида. Остаточная концентрация цианида в обезвреженном растворе обычно составляет не менее 5 мг/л

Недостатком этого метода является накапливание в сточных водах хлор – ионов.

Для удаления из сточных вод цианидов применяется также озонирование, метод INCO и сульфат двухвалентного железа.

При озонировании в щелочной среде озон О₃ окисляет цианиды до цианатов, которые затем разрушаются с образованием углекислоты и нитратов, при этом отпадает необходимость удаления из сточных вод хлора. Расход озона составляет 4,3…12,9 г на 1 г цианида при остаточной концентрации его менее 0,5…1 мг/л.

Озоном также хорошо окисляются сульфиды до сульфатов,

В методе INCO для разрушения цианидов и роданидов используется смесь воздуха и SO₂ при рН 8,0. Диоксид серы подается в виде метабисульфита натрия ( Na₂S₂O₅). В присутствии медного купороса, как катализатора цианид удаляется в виде железоцианистого комплекса, который осаждается вместе с медью, цинком или никелем. Образующаяся при этом кислота нейтрализуется известью при рН 8…10

При использовании сульфата двухвалентного железа с известью при рН 8…10 образуются комплексные соединения - цианиды железа, в которых группа CN¯ остается неразрушенной, поэтому возможно образование простого растворимого цианида.

Для очистки и осветления сточных вод широко используются такие физико-химические методв, как флотация ( ионная, флокулярная, электрофлотация ), электрокоагуляции и электролиз, сорбция и экстракция.

Все более широкое распространение получают микробиологические методы, основанные на способности микроорганизмов окислять неорганические и органические вещества до углекислоты и воды. При этом микроорганизмы используют эти веществ, присутствующие в сточных водах, в качестве источников энергии и питательных солей, разлагая их до углекислоты, газа и воды. Эти процессы осуществляются в аэробных и анаэробных условиях. Аэробная очистка проводится в водоемах, биологических прудах, аэротенках, в которых проводится аэрация с образованием слоя активного ила, содержащего микроорганизмы.

Для осаждения ионов тяжелых цветных металлов используются сульфатредуцирующие бактерии восстанавливают сульфаты до сероводорода в анаэробных условиях. Они широко распространены в почвах, водах, геотермальных областях, нефтяных месторождениях. Их рост сопровождается образованием сероводорода, который осаждает металлы и подавляет окислительные процессы в отвалах и рудных телах. Очень важная роль этих бактерий в осаждении металлов в отстойниках и прудах, что и позволяет использовать их для очистки сточных вод

Сточные воды обогатительных фабрик обычно после обработки или без нее возвращаются на фабрики для их повторного использования. Для этого на фабриках организуется оборотное водоснабжение, которое позволяет не только предотвратить загрязнение водоемов сточными водами, но и значительно снизить расход свежей воды на производственные нужды. Расход оборотной воды обычно составляет от 80 до 90% от рсвхода всей воды на фабрике.

Схемы оборотного водоснабжения зависят от применяемой технологии обогащения, флотационных реагентов, используемых в этих процессах, состава и свойств свежей и оборотной воды.

При переработке монометаллических руд все осветленные воды из хвостохранилища и сливы сгустителей концентратов возвращаются в операции измельчения и флотации в зависимости от наличия в них флотационных реагентов. При переработке полиметаллических руд применяется схема поциклового оборотного водоснабжения, при котором вода, выделяемая в цикле возвращается в тот же цикл. Так при коллективно-селективной флотации сточные воды, выделяемые из хвостов коллективной флотации, возвращается в измельчение перед коллективной флотацией, а сливы сгустителей получаемых концентратов возвращаются в свои циклы с очисткой от вредных примесей или без нее.

В возвращаемых на флотацию сточных водах допускается небольшое содержание (0,2…0,3 г/л) тонкодисперсных частиц – шламов, оказывающих вредное влияние на процесс флотации.