Проектирование сооружений хвостового хозяйства

Виды очистки вод

 

Очистка вод – это обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них определённых веществ, препятствующих отведению этих вод в водоёмы в соответствии с законодательством или использованию их в производственном водоснабжении взамен свежей воды[5].

Методы очистки – механические, физико-химические и биологические.

Механические – отделение крупнозернистых загрязнений на решётках, отстаивание и фильтрование. При осветлении вод, содержащих мелкодисперсные примеси, их предварительно агрегируют с помощью реагентов – коагулянтов и флокулянтов.

Физико-химические – применяются наиболее часто. Выбор конкретных способов зависит от состава растворённых веществ и применяемой технологии обогащения. Применяются: реагентные, сорбционные, электрохимические и др.

Реагентные - нейтрализация кислот и оснований перевод ионов в малорастворимое состояние, озонирование, хлорирование и др.

Сорбционные – заключаются в выделении органических и неорганических загрязнений на природных или синтетических сорбентах, а также в использовании ион-селективных материалов[5].

Электрохимические методы - электродиализ, электрохимическое окисление и гидролиз, т.е. методы, связанные с воздействием электрического тока на водные растворы. Как правило, электрохимическая обработка сточных вод, также как и окисление примесей озонированием или хлорированием относится к деструктивным методам очистки, т.е. таким при которых примеси разрушаются. Деструктивные методы применяются в случаях невозможности или экономической нецелесообразности извлечения примесей из сточных вод. Использование других, так называемых регенерационных методов очистки сточных вод, позволяет не только обезвреживать сточные воды, но и извлекать из них ценные компоненты.

Регенерационные методы – экстракционная очистка, перегонка, ректификация, адсорбция на твёрдых сорбентах, пенная флотация и др. Возврат в производство извлечённых примесей уменьшает потери ценных компонентов и вспомогательных материалов и часто делает процесс очистки рентабельным. Перспектива создания малоотходных производств повышает важность использования регенерационных методов.

Методы биологической очистки - основаны на способности микроорганизмов использовать в процессе жизнедеятельности многие органические и неорганические соединения и удалять их из сточных вод (например, для очистки от ПАВ). В процессе биологической очистки токсичные вещества превращаются в безвредные продукты окисления: воду, диоксид углерода и др.

Как правило, биологическая очистка - завершающая стадия обработки сточных вод, обычно ей предшествует комплекс других методов очистки[5].

Классификация шламохранилищ

 

1 Плотинное (наливное), в котором ограждающие устройства возводятся сразу на всю высоту.

2 Хвостохранилище постепенного заполнения, в котором сначала возводят первичную дамбу небольшой высоты, необходимую для организации намыва, а затем наращивают шламохранилища по высоте путём постепенного возведения дамб вторичного обвалования.

3 Бесплотинное, в котором исключается возведение как плотины, так и первичной дамбы.

В зависимости от рельефа местности шламохранилища подразделяют на следующие типы:

1 ) овражные – располагаются в оврагах или балках, перегороженных дамбой;

2) равнинные – устраиваются на ровной местности и ограждаются со всех сторон по периметру. Эксплуатационное достоинство равнинного шламохранилища – отсутствие необходимости сбрасывать естественный сток и строить для этой цели дорогие и ответственные водосбросные сооружения;

3 ) овражно-равнинные – устраиваются на равнинах, пересечённых оврагами, которые перекрываются плотинами, а равнина обваловывается;

4) пойменные – располагаются на поймах рек с обвалованием с двух-трёх сторон в зависимости от рельефа местности;

5) косогорные – устраиваются на участках, ограждённых с трёх сторон дамбами, а с четвёртой – самим косогором;

6) котлованные – располагаются в котлованах старых карьеров. При этом возможно складирование хвостов без возведения дамб;

7) котловинные - располагаются в котловинах. При этом возможно складирование хвостов без возведения дамбы или же требуется дамба малой высоты[4].

Для выбора площадки шламохранилища назначается специальная комиссия, которая должна иметь следующие материалы: топографический план района в масштабе не менее 1:25000; схему перспективы застройки района; характеристику существующих и проектируемых объектов в районе намечаемой площадки; материалы геологических гидрогеологических, гидрологических и климатических изысканий; предполагаемую производительность обогатительной фабрики по хвостам и предварительную их характеристику по крупности; объём разведанных запасов по категории С₁и С₂; расположение близлежащих населённых пунктов и питьевых водозаборов; данные о безрудности площадки и др.

Наиболее экономичной является площадка, расположенная ниже обогатительной фабрики и обеспечивающая самотечный сброс хвостов.

Площадка шламохранилища должна быть выбрана не ближе 0,3–1 км от фабрики, однако, при неблагоприятной розе ветров или близком расположении питьевых водозаборов, площадку следует выбрать на более дальнем расстоянии[5].

Предварительно вместимость шламохранилища определяется по формуле:

 

(1.1)

где Q - годовая масса хвостов, т/год;

Т – продолжительность эксплуатации, лет;

К – коэффициент заполнения шламохранилища, приближённо принимаемый 0,8 – для небольшихшламохранилищ; 0,9 – для средних и больших шламохранилищ;

g_cк – средняя объёмная плотность скелета (сухих) хвостов, т/м³, принимаемая: 1,2 – для мелкозернистых хвостов (содержание класса минус 0,074 мм 80 %; 1,4 – для среднезернистых хвостов (содержание класса минус 0,074 мм 80 %).

Как показали исследования, объёмный вес скелета хвостов сильно изменяется: по длине пляжа от места выпуска пульпы до прудка в пределах от 1,65 до 1,0 т/м³, в прутковой зоне он составляет 0,3 – 0,6 т/м³ , и только на глубине 15 –30 м достигает величины 1,2 – 1,5 т/м³.

Площадь шламохранилища определяется из условий среднегодовой интенсивности намыва, которую рекомендуется принимать: для северных районов 0,8 – 1,25 м/год; для средней полосы 1,25 – 2,0 м/год; для южных районов (или при возможности круглогодичного намыва) 2,5 – 3,0 м/год; для горных районов при овражном типе шламохранилищ и круглогодичном намыве 3,0 – 6,0 м/год.

При намыве дамбы из тонкозернистых хвостов (содержание класса минус 0,074 мм  70%) интенсивность намыва следует уменьшать.

При содержании в пульпе частиц крупностью минус 0,074 мм более 85% намыв дамб шламохранилищ не рекомендуется. В этих случаях необходимо переходить на наливной тип шламохранилища, т. е. шламоотстойник с устройством насыпной дамбы из местных грунтов.

Строительство дамб производят очередями с обеспечением складирования хвостов на 5, 10, 15 и 20 лет.

Площадь шламохранилища подсчитывается по формуле

 

(1.2)

 

где U – интенсивность намыва, м/год.

Основные требования по выбору площадки

При выборе площадки берут во внимание некоторые условия.

Площадка должна быть достаточной для размещения хвостов на всё время эксплуатации обогатительной фабрики.

Если в хвостах содержатся ценные компоненты, которые будут (или могут быть) извлекаться, или если хвосты можно использовать в какой-либо отрасли промышленности (например, в химической, цементной и др.), то необходимо предусматривать простой способ отгрузки хвостов.

Если ценность представляет только определённая фракция хвостов, то следует предусматривать раздельное выделение и складирование фракций.

Для упрощения и удешевления транспортирования хвостов в шламохранилище желательно, чтобы последнее располагалось по отношению к фабрике на более низких отметках. Нельзя размещать шламохранилище выше посёлков и производственных цехов, чтобы исключить опасность в случае аварии на шламохранилище.

Для использования оборотной воды при расположении шламохранилища на большом расстоянии от обогатительной фабрики или при значительной разности отметок между шламохранилищем и фабрикой может оказаться экономически выгодным устроить предварительное сгущение хвостов на фабрике, или вблизи неё.

Наиболее выгодная форма рельефа местности для устройства шламохранилища – естественная впадина или долина, позволяющая при небольшой длине ограждающей дамбы получить значительный по объёму и поверхности бассейнᵧ[4].

Осветлённые воды из шламохранилища желательно сбрасывать в водоёмы, которые не используются как источники водоснабжения и не имеют рыбохозяйственного значения.

Площадку шламохранилища следует увязать с существующей и проектируемой застройкой данного района.

Шламохранилище следует располагать на бросовых или малоценных землях, на заболоченных площадках в пределах участков, подвергшихся поверхностной (ветровой или водной) эрозии (в оврагах, на оголённых склонах и пр.) и землях, непригодных для сельскохозяйственных работ (посевов, пастбищ, застройки).

Для исключения загрязнения воздушного пространства над посёлком необходимо размещать шламохранилища с учётом преобладающей розы ветров.

Следует стремиться к размещению шламохранилища на участках со слабо фильтрующими грунтами (суглинками и глинами), залегающими в основании, особенно если хвосты содержат вредные выщелачиваемые примеси или вредные флотореагенты.

Следует отдавать предпочтение площадкам, исключающим поступление стока поверхностных вод в шламохранилище.

Не допускается размещение шламохранилища на оползневых склонах.

Не следует размещать шламохранилище на площадках, через которые возможно прохождение селевых потоков.

При размещении шламохранилища в суровых климатических условиях на вечно мёрзлых грунтах предпочтение должно отдаваться площадкам с талыми грунтами в основании (талики).

Использование под шламохранилище природных водоёмов, рек и озёр допускается только в исключительных случаях на основании специального обоснования непригодности этих водоёмов для промышленного водоснабжения, питьевых целей и для разведения рыб и ценных пород водных зверьков, имеющих народнохозяйственное значение.

При выборе площадки под шламохранилище следует учитывать возможность последующей переработки этих хвостов, необходимость консервации и последующего использования площадки шламохранилища и безопасность его существования для близлежащих посёлков после заполнения и консервации.

Проектирование шламохранилища ведётся на основе технического задания, выдаваемого организацией, выполняющей проектирование технологической части обогатительной фабрики.

Технологическое задание должно содержать следующие данные.

Выход хвостов с обогатительной фабрики т или м³ за год, сутки, час с разбивкой по очередям ввода в эксплуатацию.

Число часов работы обогатительной фабрики в году.

Расчётное число лет эксплуатации обогатительной фабрики.

Плотность хвостов т/м³.

Среднее значение объёмного веса скелета хвостов в шламохранилище, т/м³.

Гранулометрический состав хвостов на выходе из обогатительной фабрики.

Консистенция пульпы на выходе из пульповода (отношение объёма жидкого к объёму твёрдого).

Минералогический состав хвостов.

Температура пульпы на выходе из обогатительной фабрики и из пульповода.

Среднесуточная температура воздуха в холодное время года.

Химический состав пульпы, характеристика и содержание вредных примесей и водорастворимых солей.

Необходимость использования оборотного водоснабжения и максимальное количество воды, допустимое для повторного использования в процессе обогащения.

Мощность слоя вечной мерзлоты, глубины сезонного промерзания и оттаивания.

Требования к воде (по переделам обогатительной фабрики), используемой при оборотном водоснабжении, в отношении её осветления и очистки.

Генплан предприятия с указанием точек выдачи пульпы, а также пьезометрических отметок для подачи оборотной воды из шламохранилища.

Данные о возможных изменениях в количестве хвостов, гранулометрическом составе, консистенции пульпы.

Срок складирования хвостов, обеспечивающий проектирование и строительство сооружений второй очереди хвостового хозяйства при наливном методе складирования.

При наличии в сбрасываемой пульпе токсичных компонентов – технологическую схему нейтрализации этих компонентов.

Теплофизические и расчётные физико-механические характеристики мёрзлых и талых хвостов:

- объёмный вес и пористость талых и мёрзлых хвостов;

-суммарная влажность, суммарная льдистость, содержание незамерзающей воды в мёрзлых хвостах;

- криогенная (низкотемпературная) структура;

- удельная поверхность;

- степень заполнения пор мёрзлых хвостов льдом и незамерзающей водой;

- теплофизические характеристики, удельная и объёмная теплоёмкости, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, теплосодержания талых и мёрзлых хвостов;

- деформация пучения при замораживании, деформации и осадке при оттаивании хвостов;

- деформируемость мёрзлых и талых хвостов при изменении приложенной вертикальной нагрузки, коэффициент сжимаемости хвостов при оттаивании;

- сопротивление сдвигу мёрзлых, талых хвостов и на контакте мёрзлого и талого материала;

- фильтрационные характеристики талых хвостов[5].