RU2448052C1

RU2448052C1 - Method of thickening saponite suspension

Info

Publication number: RU2448052C1
Application number: RU2010146180/05A
Authority: RU
Inventors: Александр Вадимович Утин (RU); Александр Вадимович Утин
Original assignee: Александр Вадимович Утин
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2012-04-20
Also published as: WO2012064225A1; DE112011103697T5

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: carbon dioxide is fed into a saponite suspension at pressure of up to 2 gkf/cm² in amount of up to 300 g per 1 kg of dry residue, and the treated with a coagulant, preferably aluminium sulphate.

EFFECT: high rate of thickening saponite suspension and efficiency of the concentration plant.

2 cl

Description

Изобретение относится к способам, используемым в области горно-рудной промышленности при процессах обогащения алмазоносных кимберлитовых пород для получения оборотной воды, свободной от суспензии глинистых материалов, преимущественно сапонита, путем сгущения суспензии.The invention relates to methods used in the field of mining in the processes of enrichment of diamondiferous kimberlite rocks to produce recycled water free from a suspension of clay materials, mainly saponite, by thickening the suspension.

Особенностью кимберлитовых трубок алмазоносного месторождения имени М.В.Ломоносова в Архангельской области РФ является преобладание в них сапонита, отличающегося высокой степенью физико-химической активности, который в водной среде самостоятельно диспергируется и стабилизируется, образуя тонкодисперсную, гелеобразную и неконсолидирующуюся суспензию с низкой плотностью образующегося осадка. Сгущение сапонитовой суспензии предопределяет получение оборотной воды, т.е. воды, повторно подаваемой для обогащения алмазоносной породы.A feature of the kimberlite pipes of the MV Lomonosov diamond deposit in the Arkhangelsk region of the Russian Federation is the predominance of saponite in them, which is characterized by a high degree of physicochemical activity, which independently disperses and stabilizes in the aqueous medium, forming a finely dispersed, gel-like and unconsolidated suspension with a low density of the precipitate formed . The thickening of the saponite suspension determines the production of recycled water, i.e. water re-fed to enrich the diamondiferous rock.

Известен способ сгущения сапонитовой суспензии путем ее замораживания и последующего оттаивания, приводящего к разрушению диффузного слоя минеральных частиц, их агрегации и возникновению ближних коагуляционных связей с образованием осадка и с его последующей дегидратацией и консолидацией (Автореферат дисс. на соискание уч. ст. канд. геолого-минерал. наук "Условия накопления сапонитосодержащих осадков и технология их сгущения в хвостохранилище месторождения алмазов им. М.В.Ломоносова" Карпенко Ф.С., Учреждение РАН Ин-т геоэкологии им. Б.М.Сергеева РАН, М., 2009 г.).There is a method of thickening a saponite suspension by freezing and subsequent thawing, leading to the destruction of the diffuse layer of mineral particles, their aggregation and the formation of close coagulation bonds with the formation of sediment and its subsequent dehydration and consolidation (Abstract of dissertation for the academic station Candidate of Geological -mineral sciences. "Conditions for the accumulation of saponite-containing sediments and the technology of their thickening in the tailing pond of the MV Lomonosov diamond deposit" Karpenko FS, Institution of the RAS Institute of Geoecology named after B. .Sergeeva Russian Academy of Sciences, Moscow, 2009).

Способ носит временный, обратимый характер, требует значительного землеотвода и больших материальных затрат на обустройство и организацию работ.The method is temporary, reversible in nature, requires significant land allocation and high material costs for the arrangement and organization of work.

Известен способ коагуляции, применяемый для очистки жидкости от взвешенных частиц путем их сгущения с помощью коагулянтов. При этом коагуляция имеет своей целью дестабилизировать дисперсную систему и способствовать соединению и слипанию частиц под действием молекулярных сил сцепления, чтобы получить в конечном итоге выпадающий из суспензии осадок. Дестабилизация коллоидов осуществляется посредством добавления коагулянтов, например солей алюминия и железа. В результате гидролиза солей в растворе образуются многозарядные ионы металлов, которые уменьшают силы отталкивания между коллоидными частицами. После нейтрализации сил отталкивания любое легкое перемешивание раствора приводит к сталкиванию частиц, и силы притяжения заставляют частицы слипаться друг с другом, что приводит к образованию крупных агломератов, удаляемых отстаиванием или фильтрацией (М.Хаммер "Технология обработки природных и сточных вод", Стройиздат, 1979, с.18-20).A known method of coagulation, used to clean the liquid from suspended particles by thickening them with the help of coagulants. In this case, coagulation has as its goal to destabilize the disperse system and to facilitate the bonding and coalescence of particles under the influence of molecular cohesion forces, in order to ultimately obtain a precipitate falling out of suspension. The destabilization of colloids is carried out by the addition of coagulants, for example, aluminum and iron salts. As a result of hydrolysis of salts in a solution, multiply charged metal ions are formed, which reduce the repulsive forces between colloidal particles. After neutralizing the repulsive forces, any slight mixing of the solution leads to collision of the particles, and the attractive forces cause the particles to stick together, which leads to the formation of large agglomerates that are removed by settling or filtration (M. Hammer "Technology of processing of natural and waste waters", Stroyizdat, 1979 , p. 18-20).

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ сгущения суспензии методом отстаивания, при котором происходит отделение частиц водной суспензии под действием силы тяжести. Скорость оседания частиц зависит от их размера, плотности и от вязкости среды (БСЭ, 2-е изд., т.31, с.438 - прототип).Closest to the claimed technical essence and the achieved result is a method of thickening the suspension by the settling method, in which the particles of the aqueous suspension are separated by gravity. The sedimentation rate of particles depends on their size, density and on the viscosity of the medium (TSB, 2nd ed., T.31, s.438 - prototype).

Основным недостатком известного способа является длительность процесса отстаивания суспензий таких мелких частиц, как частицы сапонита, что может привести к отрицательным последствиям при разработке алмазоносных месторождений.The main disadvantage of this method is the length of the process of sedimentation of suspensions of small particles such as saponite particles, which can lead to negative consequences in the development of diamondiferous deposits.

Химическая формула молекулы сапонита NaMg₃[AlSi₃O₁₀](OH)₂·4H₂O, в виде примесей в нее входит Fe, а также Cr, Ni, Сu, Li, в качестве изоморфной примеси в состав входит Ca.The chemical formula of the molecule is saponite NaMg ₃ [AlSi ₃ O ₁₀ ] (OH) ₂ · 4H ₂ O, in the form of impurities it contains Fe, as well as Cr, Ni, Cu, Li, and Ca is an isomorphic impurity.

Особенностью сапонита, отрицательно влияющей на способность молекул частиц его водной суспензии к присоединению коагулянта или молекулы другой частицы, является большое содержание в составе сапонитовых глин магния (5-8%), а также кальция (3-5%), благодаря чему сапонитовые глины обладают большой гигроскопичностью. Атомы магния и кальция, входящие в состав молекулы сапонита, имеют ненасыщенные связи, присоединяющие к молекуле сапонита молекулы воды, в связи с чем молекула сапонита становится нейтральной, т.е. неспособной соединяться с молекулой коагулянта или молекулой другой частицы сапонита и выпадать в осадок достаточно быстро.A feature of saponite, which negatively affects the ability of molecules of particles of its aqueous suspension to attach a coagulant or a molecule of another particle, is the high content of magnesium (5-8%) and calcium (3-5%) in the composition of saponite clays, due to which saponite clays possess high hygroscopicity. The magnesium and calcium atoms that make up the saponite molecule have unsaturated bonds that attach water molecules to the saponite molecule, and therefore the saponite molecule becomes neutral, i.e. unable to combine with a coagulant molecule or a molecule of another saponite particle and precipitate quickly enough.

Большое количество магния и кальция повышает структурную вязкость сапонитовой суспензии, препятствуя коагуляции ее частиц, что не позволяет достигнуть значительной скорости сгущения сапонитовой суспензии, а следовательно, и большой скорости образования оборотной воды, что требует вовлечения в технологический процесс дополнительного количества свежей воды.A large amount of magnesium and calcium increases the structural viscosity of the saponite suspension, preventing the coagulation of its particles, which does not allow to achieve a significant rate of thickening of the saponite suspension, and therefore, a high rate of formation of circulating water, which requires the involvement of additional fresh water in the process.

Кроме того, низкая скорость сгущения сапонитовой суспензии может привести к переполнению хранилищ сапонитовой пульпы, загрязнению близлежащих естественных водоемов и приостановке работ по добыче алмазов.In addition, the low rate of thickening of saponite slurry can lead to overflow of saponite pulp storages, pollution of nearby natural reservoirs and the suspension of diamond mining.

Технической задачей изобретения является создание нового способа, при котором повышается скорость сгущения сапонитовой суспензии.An object of the invention is the creation of a new method in which the rate of thickening of a saponite suspension is increased.

Техническая задача решается при реализации способа сгущения сапонитовой суспензии путем оседания ее частиц для последующего отделения образующегося осадка, в котором, согласно изобретению, в суспензию под давлением до 2 кгс/см² вводят углекислый газ в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка.The technical problem is solved by implementing the method of thickening a saponite suspension by sedimenting its particles for subsequent separation of the precipitate formed, in which, according to the invention, carbon dioxide is introduced into the suspension under a pressure of up to 2 kgf / cm ² in an amount of up to 300 g per 1 kg of dry sediment.

В таком способе после введения в сапонитовую суспензию углекислого газа возможна обработка ее коагулянтом, преимущественно сернокислым алюминием.In this method, after the introduction of carbon dioxide into the saponite suspension, it is possible to treat it with a coagulant, mainly aluminum sulphate.

При практическом использовании способа количество углекислого газа следует применять с учетом величины давления подаваемого газа и концентрации суспензии.In the practical use of the method, the amount of carbon dioxide should be applied taking into account the pressure of the supplied gas and the concentration of the suspension.

Введение в сапонитовую суспензию под давлением до 2 кгс/см² углекислого газа в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка разрушает структуру молекул в сгущаемой суспензии, выделяя в раствор карбонаты магния и кальция и образуя вакансии на освободившиеся места атомов магния и кальция в молекуле сапонита, замещаемые ионами водорода или металлов с ненасыщенными молекулярными связями, к которым присоединяются молекулы других частиц сапонита, образуя осаждающиеся с высокой скоростью агломераты. Это позволяет сгущать сапонитовую суспензию на больших площадях хранилищ сапонитовой пульпы с высокой производительностью, полностью удовлетворяя потребность обогатительной фабрики в оборотной воде.The introduction of carbon dioxide in a saponite suspension under pressure up to 2 kgf / cm ² in an amount of up to 300 g per 1 kg of dry sediment destroys the structure of the molecules in the thickened suspension, releasing magnesium and calcium carbonates in the solution and forming vacancies for the vacant sites of magnesium and calcium atoms in the molecule saponite, replaced by hydrogen or metal ions with unsaturated molecular bonds, to which the molecules of other particles of saponite are attached, forming agglomerates that precipitate at a high speed. This allows you to thicken the saponite suspension in large areas of high capacity saponite pulp storage, fully satisfying the need of the processing plant for recycled water.

Возможная обработка сапонитовой суспензии коагулянтом, преимущественно сернокислым алюминием, после введения в суспензию углекислого газа может значительно увеличить скорость сгущения сапонитовой суспензии, а следовательно, еще больше увеличить производительность обогатительной фабрики.The possible treatment of a saponite suspension with a coagulant, mainly aluminum sulfate, after introducing carbon dioxide into the suspension can significantly increase the rate of thickening of the saponite suspension, and therefore, further increase the productivity of the processing plant.

Образцы раствора сапонитовой глины Архангельского алмазоносного месторождения были исследованы в лаборатории кафедры водоснабжения Санкт-Петербургского Государственного Архитектурно-Строительного Университета для оценки возможности седиментации и фильтрации.Samples of the saponite clay solution of the Arkhangelsk diamondiferous deposit were investigated in the laboratory of the water supply department of the St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering to assess the possibility of sedimentation and filtration.

Пример 1.Example 1

Представлен образец в объеме 1 литра. Раствор имеет красно-коричневый цвет с концентрацией сапонитовой суспензии 180 г/л. Возможность осаждения проверялась по общепринятой методике в мерных цилиндрах с применением коагулянта (сернокислый алюминий и ВПК-420). В течение 3-х часов осаждение практически не происходило.Presented is a sample of 1 liter. The solution has a red-brown color with a concentration of saponite suspension of 180 g / l. The possibility of deposition was tested according to the generally accepted method in measuring cylinders using a coagulant (aluminum sulfate and VPK-420). Within 3 hours, precipitation practically did not occur.

Пример 2.Example 2

Представлены два образца раствора с концентрацией сапонитовой суспензии 460 г/л объемом по 900 мл. Один из образцов был обработан пропусканием через него под давлением 1,5 кгс/см² углекислого газа в количестве 250 г на 1 кг сухого осадка. Сгущение сапонитовой суспензии осуществлялось в 2-х пористых стаканах производства ООО "Калан" (изделие ЭФВП-Ст - 100×110-200). В каждый из стаканов было влито по 870 мл раствора, В результате через 1 сутки из стакана с раствором, необработанным углекислым газом, выделено 50 мл воды, а из стакана с раствором, обработанным углекислым газом, выделено 175 мл воды.Two samples of a solution with a concentration of saponite suspension of 460 g / l in a volume of 900 ml are presented. One of the samples was processed by passing through it under a pressure of 1.5 kgf / cm ² carbon dioxide in an amount of 250 g per 1 kg of dry sediment. The saponite suspension was thickened in 2 porous glasses manufactured by Kalan LLC (product EFVP-St - 100 × 110-200). 870 ml of solution was poured into each of the glasses. As a result, after 1 day, 50 ml of water was isolated from a glass with a solution of untreated carbon dioxide, and 175 ml of water was isolated from a glass with a solution treated with carbon dioxide.

Представленные примеры позволяют сделать вывод, что обработанный углекислым газом раствор сапонитовой суспензии приобретает свойство более быстрого сгущения.The presented examples allow us to conclude that the solution of saponite suspension treated with carbon dioxide acquires the property of more rapid thickening.

Таким образом, введение углекислого газа в сапонитовую суспензию под давлением до 2 кгс/см² в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка увеличивает скорость ее сгущения при отстаивании, определяя преимущество заявляемого способа над прототипом.Thus, the introduction of carbon dioxide in a saponite suspension under pressure up to 2 kgf / cm ² in an amount of up to 300 g per 1 kg of dry sediment increases the rate of its thickening during sedimentation, determining the advantage of the proposed method over the prototype.

Claims

1. Способ сгущения сапонитовой суспензии путем оседания ее частиц для последующего отделения образующегося осадка, отличающийся тем, что в суспензию под давлением до 2 кгс/см² вводят углекислый газ в количестве до 300 г на 1 кг сухого осадка.1. The method of thickening a saponite suspension by sedimentation of its particles for subsequent separation of the precipitate, characterized in that carbon dioxide is introduced into the suspension under pressure up to 2 kgf / cm ² in an amount of up to 300 g per 1 kg of dry sediment.

2. Способ сгущения сапонитовой суспензии по п.1, отличающийся тем, что после введения углекислого газа сапонитовую суспензию обрабатывают коагулянтом, преимущественно сернокислым алюминием. 2. The method of thickening a saponite suspension according to claim 1, characterized in that after the introduction of carbon dioxide, the saponite suspension is treated with a coagulant, mainly aluminum sulfate.