Научное обоснование и разработка технологии комплексной переработки и утилизации техногенных медно-цинковых вод горных предприятий

• Автор: Орехова, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 25.00.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 378 с. : 28 ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ЕЛАВА Е АНАЛИЗ РАСПРОСТРАНЕНИЯ, ВЛИЯНИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ, ТЕОРИИ, ПРАКТИКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПЕРСПЕКТИВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МЕТАЛЛОНОСНЫХ ВОД ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ МЕДНО-ЦИНКОВОЙ ПОДОТРАСЛИ
1.1 Техногенные воды горных предприятий медно-цинкового комплекса и их влияние на гидросферу южного Урала
1.2 Термины, определения, сокращения
1.3 Подходы к оценке экологической опасности, технологической пригодности техногенных вод, рациональности и комплексности их использования
1.4 Анализ современных методов комплексной очистки вод и селективного извлечения металлов из техногенных вод горно-металлургических предприятий
1.4.1 Методы комплексной очистки вод от тяжелых металлов
1.4.2 Методы и технологии селективного извлечения тяжёлых металлов из техногенных вод
1.4.3 Инструменты выбора метода для селективного извлечения металлов, область применения методов очистки сточных вод и адаптируемость методовк селективному извлечению
1.5 Особенности и закономерности извлечения металлов из вод гальванокоагуляцией
1.5.1 Механизмы гальванокоагуляционного извлечения металлов
1.5.2 Процессы фазообразования в системе гальванонара-раствор
1.5.3 Закономерности процессов извлечения меди и цинка из
многокомпонентных растворов
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ОБОРОТА ЖИДКИХ ОТХОДОВ - МЕТАЛЛОНОСНЫХ ВОД
2.1 Формирование стратегии рационального и комплексного использования техногенных металлоносных вод горных предприятий
2.1.1 Методологические подходы и принципы формирования стратегии
2.1.2 Стратегия управления металлоносными водами горных предприятий
2.2 Выбор экологически и экономически оптимального сценария развития водно-ресурсной системы горнопромышленного узла с вовлечением металлоносных потоков в ресурсосберегающую переработку
2.2.1 Потоковый формализм
2.2.2 Выбор варианта переработки потока
2.2.3 Порядок решения
2.3 Разработка технологической классификации
2.3.1
2.3.2 Систематизация техногенных гидроминеральных медьсодержащих ресурсов по качественно-количественным показателям
2.3.3 Технологическая классификация медьсодержащих гидроминеральных
ресурсов
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ
ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПОТОКОВ МЕТАЛЛОНОСНЫХ

3.1 Методики исследований
3.1.1 Определение загрязненности вод
3.1.2 Анализ гидрологической информации
3.1.3 Корреляционный анализ
3.1.4 Анализ форм нахождения металлов в воде
3.1.5 Расчёт содержания ионных форм меди и цинка в металлоносных водах горных предприятий
3.1.6 Методика изучения сорбции ионов меди и цинка на гидроксиде железа (III)
3.1.7 Методика изучения изменения концентрации металлов при хранении
3.1.8 Методика изучения влияния смешения техногенных вод на распределение металлов между ионной и взвешенной формами
3.2 Анализ особенностей формирования металлоносных вод, оценка целесообразности вовлечения металлоносных вод в ресурсосберегающую переработку
3.2.1 Характеристика техногенных вод, образующихся на горных предприятиях медно-цинкового комплекса
3.2.2 Влияние природных и техногенных факторов на формирование и эволюцию техногенных водопотоков и их технологических характеристик
3.2.2.1 Влияние климатических факторов
3.2.2.2 Влияние гидрогеологических и геологических факторов
3.2.3 Изучение особенностей формирования потоков металлоносных вод с позиций технологической пригодности к селективному извлечению меди и
цинка
3.2.3.1 Изучение распределения ионов меди, цинка и железа между различными формами нахождения в воде
3.2.3.2 Изучение влияния приемов водоотведения на сохранность меди и
цинка в металлоносных водах в ионной форме
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА СЕЛЕКТИВНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ И ЦИНКА В ГАЛЬВАНОХИМИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ
4.1 Физико-химическое моделирование взаимодействий в системе
«Си804, Си(0Н)2-гп804, Хп(0Н)2-Ее-С-02-Н2804-Н20»
4.2 Электронн-омикроскопическое изучение структуры и состава новообразований в поверхностном слое частиц гальванопары
4.2.1 Исследование поверхности анодных частиц загрузки
4.2.2 Исследование поверхности катодных частиц загрузки

4.3. Обоснование модели фазообразования при извлечении меди и цинка в
двухстадиальном гальванокоагуляционном процессе с участием
гидроксидных форм металлов
4.3.1 Анализ процессов, протекающих в различных областях межэлектродного пространства гальванокоагуляционной системы
4.3.2 Теоретический анализ процессов фазообразования с участием ионных форм металлов Си (II), Zn (II,) Ре (II) и (III)
4.3.2.1 Распределение Си (II), Ъа. (II,) Бе (II) и (III) по ионным формам существования в растворе
4.3.2.2 Термодинамический анализ реакций, протекающих при гальванокоагуляционной обработке металлоносных вод с участием ионных форм
металлов
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 5. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СЕЛЕКТИВНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ И ЦИНКА ИЗ МЕТАЛЛОНОСНЫХ ВОД ГАЛЬВАНОКОАГУЛЯЦИЕЙ
5.1 Объекты и методики изучения
5.1.1 Описание лабораторной установки
5.1.2 Экспериментальные исследования влияния физических и химических факторов на процесс гальванокоагуляционного извлечения металлов из водных растворов
5.1.2.1 Приготовление модельных растворов
5.1.2.2 Подготовка загрузки гальвано коагулятора (гальванопара Ге-С)
5.1.2.3 Проведение эксперимента в статических условиях
5.1.2.4 Проведение эксперимента в динамических условиях
5.1.2.5 Проведение аэрации системы «раствор-гальванопара»
5.1.3 Методики количественного определения элементов в растворах и осадках
5.1.4 Рентгенофазовый анализ
5.1.5 Методика измерения электрических свойств фракций клинкера
5.2 Изучение закономерностей извлечения металлов из растворов, моделирующих металлоносные воды горных предприятий, методом гальванокоагуляции
5.2.1 Изучение кинетических закономерностей
5.2.2 Изучение влияния pH среды
5.2.3 Изучение влияния анионного фона
5.2.4 Изучение влияния соотношения «твердое: жидкое»
5.2.5 Изучение влияния аэрации
5.3 Изучение закономерностей извлечения металлов из модельных растворов и техногенных вод методом гальванокоагуляции с использованием в
качестве загрузки медистого клинкера
5.3.1 Определение оптимального соотношения магнитной и немагнитной фракции в загрузке
5.3.2 Влияние времени контакта и pH раствора
5.3.3 Изучение влияния исходной концентрации железа (II) на извлечение цветных
металлов
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Для оценки шахтных вод горных предприятий, которые относят и к природным водам [22] использование индексов ПХЗ и ИЗВ встречается в единичных работах.
Интересным является сочетание дифференциального и комплексного подходов, использованое в методе оценки реальной нагрузки за счет загрязнения водной среды В.П. Емельяновой. На первой стадии оценивается комплексность загрязненности воды исследуемого объекта с использованием коэффициента комплексности К:
К=— 100% (1.4)

где п' - число загрязняющих веществ, превышающих ПДК; п - общее число анализируемых веществ. Чем больше величина К, тем хуже качество воды, оптимальное число учитываемых загрязняющих веществ - 25.
Для установления меры устойчивой загрязненности водного объекта использована повторяемость случаев превышения ПДК 1-го вещества:
Н, = Кпдк/Н (1.5)
где Иодк - число случаев превышения ПДК; N. - общее число отбора проб.
На следующем этапе установлен уровень загрязненности, для чего использован показатель кратности превышения ПДК:
К=Сл/ПДЮ (1.6)
где О - концентрация 1-го вещества, мг/л; ПДК1 - ПДК 1-го вещества, мг/л. Результат оценки качества воды проводится сравнением полученной обобщенной характеристики загрязненности воды
81 = К*Н1 (1-2) табличными значениями.
Однако и подобная оценка позволяет классифицировать степень загрязненности воды только с гигиенической точки зрения.
По методике предложенной Т.П. Моисеенко [48] общий индекс загрязнения определяется по формуле: Хсум=Хтокс+Хф_х+Хэвт
Традиционной суммой превышений концентрации соответствующих элементов (С,) к их предельно допустимым концентрациям Хтокс = С,/ ПДК, оценива-