Спосіб оцінки екологічної безпеки поверхневих водних об’єктів при впровадженні флотаційної доводки збагачення залізних руд

Реферат: Спосіб оцінки екологічної безпеки поверхневих водних об'єктів при впровадженні флотаційної доводки збагачення залізних руд включає взяття проб води та проведення аналізів. Потім здійснюють математичну обробку результатів аналізу і видачу прогнозу про стан водного об'єкту. Встановлюють гранично допустиму концентрацію для вибраного флотореагенту. Експериментально визначають динаміку основних параметрів флотореагенту та складають модель матеріального балансу технічної води. Розробляють принципову схему обігу флотореагенту у системі дозбагачення залізної руди. UA 76429 U (12) UA 76429 U UA 76429 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить способів екологічного контролю поверхневих водних об'єктів, виявлення і оцінки впливу флотаційної доводки при збагаченні залізних руд на екологічну безпеку водних об'єктів і може бути використана для прогнозування і оцінки якості водних об'єктів на передпроектній стадії впровадження флотаційної доводки. В умовах значного росту вимог до якості товарних залізорудних концентратів та неефективності технології магнітного збагачення у випадку бідних руд на гірничозбагачувальних комбінатах (ГЗК) впроваджується їх дозбагачення методом зворотної катіонної флотації. В процесі флотації кількість флотореагенту (шкідлива хімічна речовина) може поступово зростати до небезпечних концентрацій у водогосподарській системі (ВГС) ГЗК, яка складається з оборотної системи на базі хвостосховища з можливістю скиду надлишкових виробничих стічних вод у водний об'єкт при наявності позитивного дебалансу. Скидання надлишкових (дебалансних) вод ВГС ГЗК у поверхневі водні об'єкти (ПВО) може здійснювати негативний вплив на їх водну екосистему та, як наслідок, погіршення показників якості води понад нормативні вимоги. Для запобігання такої ситуації при впровадженні зворотної катіонної флотації чи зміні обсягів її використання необхідно здійснювати прогноз поведінки флотореагенту у хвостосховищі та за його результатами приймати рішення щодо впроваджування певних водоохоронних заходів, які б сприяли дотриманню вмісту флотореагенту у воді ПВО, у межах встановлених природоохоронними нормативами. Відомий спосіб оцінки екологічного стану водних об'єктів, що включає відбір проб води, її хімічний і біологічний аналіз з наступним порівнянням отриманих даних з критеріями, які наведені в екологічній класифікації, та визначення загальної оцінки [Яцик А.В., Денисова О.І., Серебрякова Т.М. та інш. Методика екологічної оцінки стану поверхневих вод України. - Київ. 1996.-20 с.]. Недоліком цього способу є можливість його використання тільки на стадії експлуатації. Відомий також спосіб прогнозування якості поверхневих водних об'єктів, що включає взяття проб води, проведення аналізів, математичну обробку результатів аналізів і видачу прогнозу про стан водного об'єкту [патент України № 64027, МПК G01N 33/18]. Але у такий спосіб не можна оцінити стан екологічної безпеки поверхневих водних об'єктів при впровадженні флотаційної доводки збагачення залізних руд, де необхідно враховувати динаміку надходження флотореагенту у хвостосховище, його деструкцію (розклад на безпечні елементи), сорбцію (поглинання флотореагенту та твердій фазі) та десорбцію у теплу пору року. В основу корисної моделі поставлено задачу в способі оцінки екологічної безпеки поверхневих водних об'єктів шляхом додаткових заходів забезпечити отримання ефективної оцінки якості поверхневих водних об'єктів при впровадженні флотаційної доводки збагачення залізних руд. Поставлена задача досягається тим, що в способі прогнозування екологічної безпеки поверхневих водних об'єктів при впровадженні флотаційної доводки збагачення залізних руд, що включає взяття проб води, проведення аналізів, математичну обробку результатів аналізу і видачу прогнозу про стан водного об'єкту, згідно з корисною моделлю, встановлюють граничнодопустиму концентрацію (ГДК) для вибраного флотореагенту, експериментально визначають динаміку основних параметрів флотореагенту, складають модель матеріального балансу технічної води ГЗК з урахуванням флотаційної доводки, розробляють принципову схему обігу флотореагенту у системі дозбагачення залізної руди ГЗК, за отриманою схемою розроблюють прогнозну модель поведінки флотореагенту у хвостосховищі у часі, за розробленою моделлю здійснюють прогноз зміни накопичення флотореагенту у хвостосховищі та здійснюють прогноз екологічної безпеки води у водних об'єктах при скиданні до них надлишкових вод, які містять флотореагент, з хвостосховища ГЗК. При складанні моделі матеріального балансу технічної води ГЗК визначають обсяг оборотної води, який надходить у хвостосховище з проммайданчика, обсяг свіжої води, який потрапляє у хвостосховище; обсяг оборотної води, який надходить з хвостосховища на проммайданчик, обсяг надлишкової оборотної води, яка скидається у ПВО, загальні безповоротні втрати води на хвостосховищі внаслідок випаровування, фільтрації і заповнення пор та безповоротні втрати води на проммайданчику ГЗК, у тому числі технологічні витрати на випаровування при виробництві окатків та складають модель матеріального балансу технічної води ГЗК за допомогою наступного рівняння: Q  об  Q   Q  об  Qск  Qзбп , де 1 UA 76429 U Q об - обсяг оборотної води, який надходить у хвостосховище з проммайданчика; 5 Qоб - обсяг оборотної води, який надходить з хвостосховища на проммайданчик; Qск - обсяг надлишкової оборотної води, яка скидається у ПВО; Qзбп - загальні безповоротні втрати води на хвостосховищі внаслідок випаровування, фільтрації і заповнення пор Qбпхв.  та безповоротні втрати води на проммайданчику ГЗК Qбп.об  , у тому числі технологічні витрати на випаровування при виробництві окатків Q   Q  об  Q  об ; Q - обсяг свіжої води, який потрапляє у хвостосховище, бп.об Q  Qкар  Qоп.хв.  Qоп.пром. , де Qкар - кар'єрна вода, яка надходить у хвостосховище, 10 Qоп.хв., Qоп.пром. - атмосферні опади на хвостосховище і проммайданчик. Прогнозну модель поведінки флотореагенту у хвостосховищі у часі здійснюють з допомогою комп'ютерної програми за наступним рівнянням: Ct   e  adt  b  e  adt  dt  C0 ,   де величини a та b - мають значення: a 15 b Qоб   k  Vхв  Qоб   QБП.хв  Qск ,a  0 Vхв , Mкон  F  1    Vхв де: Vхв - об'єм заповнення ставка хвостосховища; Qоб  - обсяг оборотної води, який надходить у хвостосховище з проммайданчика; 20 25 Qоб  - обсяг оборотної води, який надходить з хвостосховища на проммайданчик; Qск - обсяг надлишкової оборотної (дебалансної) води, який скидається у ПВО; Mкон - маса концентрату, який подається у флотаційне відділення; F - кількість флотореагенту, який подається на одиницю концентрату у флотаційному відділенні;  та k - значення коефіцієнтів визначаються шляхом проведення експериментальних досліджень за умови конкретного ГЗК. Прогноз якості води у водних об'єктах при скиданні до них надлишкових вод здійснюють шляхом визначення концентрації флотореагенту в контрольному створі Cкс , та порівняння її з граничнодопустимою концентрацією Cгдк і при: Cкс  Cгдк - визначають, що вплив флотореагенту на ПВО є екологічно безпечним, а при 30 35 40 45 Cкс  Cгдк - вплив флотореагенту на ПВО є екологічно небезпечним. Запропонована корисна модель дозволяє визначити екологічну небезпеку флотаційної доводки збагачення залізних руд на ГЗК, відносно поверхневих водних об'єктів, вже на передпроектній стадії її впровадження. Спосіб здійснюють таким чином. Для вибраного флотореагенту згідно встановленого порядку визначається гдк. Експериментальне визначення динаміки основних параметрів флотореагенту полягає у визначення поведінки коефіцієнтів неконсервативності ( k - відображає інтенсивність процесу біодеструкції (розкладення) флотореагенту) та сорбції (  - відображає процес поглинання флотореагенту на твердий фазі) у часі. k визначаються шляхом проведення модельних лабораторних досліджень, а  запропоновано додатково визначати при проведенні технікоекономічних досліджень з вибору флотореагенту на дослідно-промисловій установці (ДПУ). Ці експерименти обов'язково здійснюються в умовах конкретного ГЗК - з використанням його технічної води та концентрату після магнітного збагачення. Модель матеріального балансу технічної води ГЗК складається з урахуванням параметрів флотаційної доводки, які визначені при здійсненні досліджень на ДПУ. При цьому визначають обсяг оборотної води, який надходить у хвостосховище з проммайданчика, кар'єрної води, яка 2 UA 76429 U 5 надходить у хвостосховище, атмосферні опади на хвостосховище і проммайданчик; обсяг оборотної води, який надходить з хвостосховища на проммайданчик, обсяг надлишкової оборотної води, яка скидається у ПВО, загальні безповоротні втрати води на хвостосховищі внаслідок випаровування, фільтрації і заповнення пор та безповоротні втрати води на проммайданчику ГЗК, у тому числі технологічні витрати на випаровування при виробництві окатків та складають модель матеріального балансу технічної води ГЗК за допомогою наступного рівняння: Q  об  Q   Q  об  Qск  Qзбп , де Q об - обсяг оборотної води, який надходить у хвостосховище з проммайданчика; 10 15 Qоб - обсяг оборотної води, який надходить з хвостосховища на проммайданчик; Qск - обсяг надлишкової оборотної води, яка скидається у ПВО; Qзбп - загальні безповоротні втрати води на хвостосховищі внаслідок випаровування, фільтрації і заповнення пор Qбпхв.  та безповоротні втрати води на проммайданчику ГЗК Qбп.об  , у тому числі технологічні витрати на випаровування при виробництві окатків Q   Q  об  Q  об ; Q - обсяг свіжої води, який потрапляє у хвостосховище, бп.об Q  Qкар  Qоп.хв.  Qоп.пром. , де Qкар - кар'єрна вода, яка надходить у хвостосховище, 20 25 Qоп.хв., Qоп.пром. - атмосферні опади на хвостосховище і проммайданчик. Розробляють принципову схему обігу флотореагенту у системі дозбагачення залізної руди ГЗК, за отриманою схемою розроблюють прогнозну модель поведінки флотореагенту у хвостосховищі у часі. При розробці прогнозної моделі поведінки флотореагенту в хвостосховищі у часі враховуються дані принципової схеми обігу флотореагенту, технічний регламент роботи флотаційного відділення та параметри ВГС ГЗК. Всі ці дані враховані у наступному рівнянні: Ct   e  adt  b  e  adt  dt  C0 ,   де величини a та b - мають значення: a b 30 Qоб   k  Vхв  Qоб   QБП.хв  Qск ,a  0 Vхв , Mкон  F  1    Vхв де: Vхв - об'єм заповнення ставка хвостосховища; Qоб  - обсяг оборотної води, який надходить у хвостосховище з проммайданчика; Qоб  - обсяг оборотної води, який надходить з хвостосховища на проммайданчик; Qск - обсяг надлишкової оборотної (дебалансної) води, який скидається у ПВО; 35 40 45 Mкон - маса концентрату, який подається у флотаційне відділення; F - кількість флотореагенту, який подається на одиницю концентрату у флотаційному відділенні;  та k - значення коефіцієнтів визначаються шляхом проведення експериментальних досліджень за умови конкретного ГЗК. Наведене рівняння обов'язково має бути реалізовано у вигляді комп'ютерної програми для збільшення точності та швидкості проведення розрахунків для будь-яких інтервалів часу. Прогноз зміни накопичення флотореагенту у воді хвостосховища необхідно здійснювати не менш як на період 2 роки. За цей час, при незмінних вхідних даних до моделі, її вихідні дані будуть мати квазістаціонарну характеристику. Типовий графік динаміки флотореагенту у воді хвостосховища на період 2 роки наведено на кресленні. Як видно з графіку концентрація флотореагенту Ct  упродовж періоду спостереження суттєво змінюється, максимальне значення Cmax  припадає на літні місяці. При збільшенні 3 UA 76429 U 5 температури води у хвостосховищі внаслідок десорбції відбувається значне підвищення його вмісту у воді хвостосховища. Далі здійснюють прогноз екологічної безпеки води у водних об'єктах при скиданні до них надлишкових вод з хвостосховища ГЗК, які містять флотореагент з концентрацією Cmax (креслення). Прогноз якості води у ПВО необхідно здійснювати шляхом визначення концентрації флотореагенту в контрольному створі Cкс , розташованому на відстані не менш 500 м від джерела скиду надлишкових вод з урахуванням кратності розбавлення n  : Cкс  Cmax / n . 10 Отримане значення Cкс порівнюється з його критеріальним значенням результатами порівняння можливі наступні рішення: Cгдк . За Cкс  Cгдк - визначають, що вплив флотореагенту на ПВО визначаться як екологічно 15 безпечне, а при Cкс  Cгдк - вплив флотореагенту на ПВО визначається як екологічно небезпечне. Кратність розбавлення n  у контрольному cтворі водотоків може визначатися за відомими методиками, які ґрунтуються на аналітичному рішенні спрощеного рівняння турбулентної дифузії. Значення n дорівнює: n  Cmax  Cф / Cкс  Cф ,    де Cф і Cкс - концентрація флотореагенту у фоновому та контрольному створі відповідно. 20 Як правило, у контрольному створі ПВО флотореагент відсутній, отже Cф  0 . При цій умові рівняння можливо записати у вигляді: Cкс  Cmax / n . За цією формулою визначається якість води у контрольному створі ПВО: - при Cкс  Cгдк - вплив флотореагенту на ПВО є екологічно безпечним, тому додаткових заходів вживати по зниженню його концентрації у ПВО непотрібно; 25 30 - при Cкс  Cгдк - вплив флотореагенту на ПВО є екологічно небезпечним і тому потрібно продовжити дослідження по доведенню впливу забруднюючої речовини до нормативних показників. Таким чином, реалізація запропонованого способу дозволить визначити екологічну небезпекуфлотаційної доводки збагачення залізних руд на ГЗК, відносно поверхневих водних об'єктів, вже на передпроектній стадії її впровадження. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 1. Спосіб оцінки екологічної безпеки поверхневих водних об'єктів при впровадженні флотаційної доводки збагачення залізних руд, що включає взяття проб води, проведення аналізів, математичну обробку результатів аналізу і видачу прогнозу про стан водного об'єкту, який відрізняється тим, що встановлюють граничнодопустиму концентрацію для вибраного флотореагенту, експериментально визначають динаміку основних параметрів флотореагенту, складають модель матеріального балансу технічної води ГЗК (гірничозбагачувальних комбінатах) з урахуванням флотаційної доводки, розробляють принципову схему обігу флотореагенту у системі дозбагачення залізної руди ГЗК, за отриманою схемою розроблюють прогнозну модель поведінки флотореагенту у хвостосховищі у часі, за розробленою моделлю здійснюють прогноз зміни накопичення флотореагенту у хвостосховищі та здійснюють прогноз екологічної безпеки води у водних об'єктах при скиданні до них надлишкових вод, які містять флотореагент, з хвостосховища ГЗК. 2. Спосіб оцінки екологічної безпеки поверхневих водних об'єктів при впровадженні флотаційної доводки збагачення залізних руд за п. 1, який відрізняється тим, що при складанні моделі матеріального балансу технічної води ГЗК визначають обсяг оборотної води, який надходить у хвостосховище з проммайданчика, обсяг свіжої води, який потрапляє у хвостосховище, обсяг оборотної води, який надходить з хвостосховища на проммайданчик, обсяг надлишкової оборотної води, яка скидається у ПВО, загальні безповоротні втрати води на хвостосховищі внаслідок випаровування, фільтрації і заповнення пор та безповоротні втрати води на проммайданчику ГЗК, у тому числі технологічні витрати на випаровування при виробництві 4 UA 76429 U окатків та складають модель матеріального балансу технічної води ГЗК за допомогою наступного рівняння: Q  об  Q   Q  об  Qск  Q збп , де 5 Q  об - обсяг оборотної води, який надходить у хвостосховище з проммайданчика; Q  об - обсяг оборотної води, який надходить з хвостосховища на проммайданчик; Q ск - обсяг надлишкової оборотної води, яка скидається у ПВО; Qзбп - загальні безповоротні втрати води на хвостосховищі внаслідок випаровування, 10 фільтрації і заповнення пор Qбп хв.  та безповоротні втрати води на проммайданчику ГЗК Qбп.об  , у тому числі технологічні витрати на випаровування при виробництві окатків Q бп.об   Q  об  Q  об ; Q - обсяг свіжої води, який потрапляє у хвостосховище, Q   Qкар  Qоп.хв.  Qоп.пром. , де Qкар - кар'єрна вода, яка надходить у хвостосховище, Qоп.хв., Qоп.пром. - атмосферні опади на хвостосховище і проммайданчик. 15 3. Спосіб оцінки екологічної безпеки поверхневих водних об'єктів при впровадженні флотаційної доводки збагачення залізних руд за п. 1, який відрізняється тим, що прогнозну модель поведінки флотореагенту у хвостосховищі у часі здійснюють з допомогою комп'ютерної програми за наступним рівнянням:   Ct   e  adt  b  e  adt  dt  C0 , 20 де величини a та b - мають значення: a Qоб   k  Vхв  Qоб   QБП.хв  Qск ,a  0 Vхв M  F  1    b  кон , Vхв де: Vхв - об'єм заповнення ставка хвостосховища; Q об  - обсяг оборотної води, який надходить у хвостосховище з проммайданчика; 25 Q об  - обсяг оборотної води, який надходить з хвостосховища на проммайданчик; 30 Q ск - обсяг надлишкової оборотної (дебалансної) води, який скидається у ПВО; Mкон - маса концентрату, який подається у флотаційне відділення; F - кількість флотореагенту, який подається на одиницю концентрату у флотаційному відділенні;  та k - значення коефіцієнтів визначаються шляхом проведення експериментальних досліджень за умови конкретного ГЗК. 4. Спосіб оцінки екологічної безпеки поверхневих водних об'єктів при впровадженні флотаційної доводки збагачення залізних руд за п. 1, який відрізняється тим, що прогноз якості води у водних об'єктах при скиданні до них надлишкових вод здійснюють шляхом визначення концентрації флотореагенту в контрольному створі Cкс , та порівняння її з граничнодопустимою 35 концентрацією Cгдк і при: Cкс  Cгдк - визначають, що вплив флотореагенту на ПВО є екологічно безпечним, а при Cкс  Cгдк - вплив флотореагенту на ПВО є екологічно небезпечним. 5 UA 76429 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6