Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы): в статье приведены результаты экспериментальных исследований по разработке комплексной технологии переработки кислых техногенных образований горных предприятий медноколчеданного профиля. Рассмотрены основные закономерности процессов селективного извлечения ионов меди, железа и марганца из кислых рудничных вод. Представлены результаты экспериментального исследования параметров процесса извлечения марганца путем электрохимического осаждения ионов Mn2+ под действием «активного хлора» и последующим извлечением образующейся дисперсной фазы методом электрофлотации. Проанализировано влияниe основных параметров технологических процессов электроосаждения и электрофлотации: рН растворов, плотности тока на электродах, времени обработки растворов и фонового состава электролитов. Представлен анализ влияния параметров процесса цементации на селективность и полноту извлечения ионов меди: диапазон рН; время обработки и соотношение компонентов загрузки цементатора – ионов меди и железа. Рассмотрены факторы, влияющие на эффективность осаждения ионов железа методом кислотно-основного осаждения. Цель работы заключалась в разработке экологически безопасной технологии комплексной переработки кислых техногенных вод горных предприятий медноколчеданного комплекса, позволяющей в комплексе с основными металлами (медь и железо) селективно извлекать марганец в виде кондиционного сырья при одновременном снижении его концентрации в стоках до норм ПДК. Используемые методы: лабораторные и опытно-промышленные эксперименты на бездиафрагменном двухкамерном электрофлотаторе для растворов и извлекаемых технологических продуктов, химический анализ которых проводили по методикам фотометрического определения – для катионов металлов и атомно-адсорбционного определения – для получаемых по технологии продуктов. Фазовый состав образующихся в процессе осадков исследовали рентгенофазным методом на дифрактометре общего назначения с медным анодом ДРОН-1. Новизна: разработанная принципиальная технологическая схема переработки и очистки кислых сточных вод в условиях горно-обогатительных предприятий медноколчеданного комплекса позволяет эффективно и селективно извлекать ионы металлов: меди до 96%, железа до 84% и марганца до 99%. Результаты: теоретически обоснован процесс селективного извлечения марганца из кислых подотвальных вод медноколчеданных месторождений в составе их комплексной переработки, основанный на сочетании процессов электрокоагуляции Mn (II) «активным хлором» и последующего электрофлотационного извлечения из растворов образующейся дисперсной фазы марганца. Определены зависимости влияния рН, плотности тока, времени и фонового состава электролитов на процесс электрокоагуляционного извлечения ионов Mn2+ из водных растворов в виде дисперсной фазы. Установлен фазовый состав образующейся дисперсной фазы – соединения типа MnO(OH)2 и MnO(OH) (86%), а также Mn(OH)SO4, Mn(OH)CO3, Mn(OH)SO4(H2O)2 (14%). Предложен механизм электрофлотационного извлечения дисперсной фазы МnО(ОН) и МnО(ОН)2 из водных растворов, заключающийся в электростатическом формировании флотокомплекса «дисперсная фаза (+) – пузырек (Н2 –)». Практическая значимость: результаты исследований могут быть полезными для промышленных предприятий, осуществляющих переработку дисперсных водных систем с целью извлечения и концентрирования ценных компонентов.
Ключевые слова
Технология, параметры процесса, извлечение, технологические продукты, медь, железо, марганец.
1. Абдрахманов В.Ф., Попов В.Г. Геохимические особенности подземных вод Южного Урала // Геологический сборник. 2008, № 7. С. 219–232.
2. Белан Л.Н. Эколого-геохимическое состояние горнорудных районов Башкирского Зауралья // Вестник ОГУ. 2005, № 6. С 113–117.
3. Воробьев А.Е., Щелкин А.А., Тушев О.В. Переработка марганцевого сырья отходами сернокислого производства // ГИАБ. 1998. №3. С.10.
4. Воропанова Л.А. Теория, методы и практика извлечения цветных металлов из слабоконцентрированных растворов при комплексной переработке руд: дис. ... д-ра техн. наук, Владикавказ, 2003. 365 с.
5. Зайнуллин X.Н., Галимова Е.Ж. Оценка влияния отходов и сточных вод Бурибаевского рудоуправления на загрязнение реки Таналык // Экологические проблемы промышленных зон Урала: сб. науч. тр. Междунар. науч.-техн. конф. Магнитогорск, 1998. Т.1. С. 137–142.
6. О влиянии техногенеза на химический состав гидротехногенных образований на территории ГОКов медноколчеданных месторождений / Медяник Н.Л., Мишурина О.А., Муллина Э.Р., Ершова О.В., Чупрова Л.В. // Успехи современного естествознания. 2016. № 1-0. С. 137–141.
7. Мишурина О.А., Муллина Э.Р. Химические закономерности процесса селективного извлечения марганца из техногенных вод // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. № 3. С. 58–62.
8. Рогов В.М. Применение электрокоагуляции-флотации для очистки сточных вод, содержащих высокодисперсные загрязнения: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Новочеркасск, 1973. 19 с.
9. Удаление металлов из сточных вод. Нейтрализация и осаждение: пер с англ./ под ред. Кушни Дж.К. М.: Металлургия, 1987. 176 с.
10. Исследование извлечения меди в барабанном цементаторе / Халезов Б.Д., Ватолин Н.А., Макурин Ю.Н., Быков Н.А. // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2005. №5. С. 302–311.
11. Технология электрофлотационного извлечения марганца из техногенного гидроминерального сырья медноколчеданных месторождений Южного Урала / Чантурия В.А., Шадрунова И.В., Медяник Н.Л., Мишурина О.А. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2010. №3. С. 92–99.
12. Makarov D.V., Svetlov A.V., Goryachev A.A., Masloboev V.A., Minenko V.G., Samusev A.L., Krasavtseva E.A. Mine waters of the mining enterprises of the murmansk region: main pollutants, perspective treatment technologies In the collection: Mine Water: Technological and Ecological Challenges Proceedings of International Mine Water Association Conference. 2019. Р. 206–211.
13. Medyanik N.L., Leontieva E.V., Mishurina O.A., Shadrunova I.V. International Journal of Applied Engineering Research. 2018. Vol. 13. №8. P. 6353–6357. Resource potential of stale flotation tails of copper-oxygen ores with and possibe gold and silver extraction.
14. Medyanik N.L., Shevelin I.Y., Kakushkin S.N.Mathematical modeling of mineralized industrial wastewater treatment by pressure flotation Journal of Mining Science. 2018. Vol. 54. №2. P. 292–299.
15. Chanturiya E.L., Chanturiya V.A., Ryazantseva M.V., Khabarova I.A., Koporulina E.V.Тhe modification of the physicochemical, adsorption, and flotation properties of tantalite, columbite, zircon, and feldspar under the action of anolyte, an acidic product of water electrolysis in the book: Innovative technologies are key to successful mineral processing Book of Abstracts. 2018. P. 75.
16. Chanturiya V.A., Minenko V.G., Suvorova O.V., Pletneva V.E., Makarov D.V. Electrochemical modification of saponite for manufacture of ceramic building materials Applied Clay Science. 2017. Vol. 135. P. 199–205.