Пилотный скид двухступенчатой известковой нейтрализации

Кислые шахтные воды и значительная часть технологических стоков несут две группы металлов, которые не выходят из раствора при одном и том же pH. Железо и алюминий гидролизуются и осаждаются между pH 4 и 5; марганцу, цинку, меди, никелю и кадмию нужно pH 8–9,5. Одноступенчатая схема, вытянутая на верхнюю уставку, частично растворяет амфотерные металлы обратно, а схема на нижней уставке пропускает марганец насквозь. Двухступенчатый скид существует, чтобы развести эти две задачи по двум аппаратам со своим pH-контролем, своей подачей флокулянта и своим съёмом шлама.

Почему ступени разделены

У первой ступени есть вторая работа помимо удаления железа: она делает гипс. Сульфат в кислых водах составляет от нескольких сотен мг/л до нескольких граммов на литр и при pH 4–5 в присутствии извести осаждается как CaSO₄·2H₂O. Гипс — основная часть объёма шлама и одновременно причина, по которой одноступенчатые установки забивают линии известкового молока и обрастают на pH-зондах. Ранний вывод гипса оставляет реактор второй ступени свободным от накипи, которая иначе образуется, когда ту же пульпу доводят до pH 9.

Степень окисления железа значит не меньше, чем pH. Двухвалентное железо не осаждается чисто, пока не окислится до трёхвалентного, поэтому первую ступень обычно аэрируют или дозируют окислитель до подгонки pH. Первая ступень, дошедшая до pH 4,5 с половиной железа в закисной форме, отдаст это железо во вторую, где оно съест известь, уйдёт в неправильный шлам и будет тянуть показатель железа в стоке до конца кампании.

Что реально дают две уставки

Опубликованные работы по двухступенчатой нейтрализации разделяют цифры отчётливо: доведение кислой воды до pH 5 известью снимает лишь около 14 % общего железа, 6 % марганца и 14 % цинка, потому что pH здесь работает на гипс и частичный гидролиз железа, а не на доводку металлов. Вторая ступень до pH 10,2 с гидроксидом натрия и расходом воздуха 50 мл/мин в течение 20 минут выводит все три показателя выше 99,7 % при остатках общего железа, марганца и цинка порядка 80, 810 и 30 мкг/л. С одной известью в качестве второго реагента та же схема обычно остаётся на pH 8,5–9 и даёт низкие единицы мг/л вместо мкг/л — этого, как правило, достаточно для разрешения на сброс, и именно под это следует задавать скид только на извести.

На практике пилотный скид ведёт первую ступень при pH 4,0–5,0, а вторую при pH 8,0–9,0, причём вторую уставку выбирают по наиболее трудноудаляемому металлу. Ограничением обычно выступает марганец: ему нужен верх диапазона плюс окисление, и именно из-за него многие установки добавляют небольшую подправку гидроксидом натрия или гипохлоритом вместо новой порции извести.

Зачем пилотный скид, а не проба в стакане

Пробы в стакане дают уставки. Они не дают трёх чисел, по которым рассчитывают сгуститель и фильтр-пресс: скорости осаждения флокулы, плотности разгрузки, при которой шлам ещё качается, и удельного сопротивления фильтрации кека. Эти три числа получают на непрерывном прогоне с реальной пульпой, реальным приготовлением флокулянта и реальной разгрузкой. Пилотный скид, удерживающий 30–60 минут объёма реакции на ступень при номинальном расходе, дозирующий флокулянт 5–30 г/т и возвращающий сгущённую разгрузку 2–5 % масс. твёрдого, выдаёт именно эти числа — и на той же подаче, которую увидит полная установка.

Второе, что решает пилот, — расход реагента в кг на м³, то есть та цифра, от которой зависит, сходится ли операционная себестоимость. Спрос на известь определяют свободная кислота и сульфат, уходящий гипсом, а не металлы, поэтому пилот со счётчиком на линии известкового молока ценнее любой стехиометрии на бумаге.

Что прислать для расчёта

• Расход и полный анализ воды, включая сульфат, железо (закисное и общее), марганец, цинк, медь, никель, мышьяк и кислотность.
• Разрешение на сброс или целевые показатели стока и указание, обязан ли марганец им соответствовать.
• Что есть на площадке — известь, гипсовая известь, гидроксид натрия или комбинация — и по какой стоимости с доставкой.
• Обращение со шламом дальше по схеме: сгуститель, фильтр-пресс или иловые площадки, и требуемая влажность кека.
• Климатические условия и размещение скида: в помещении или в контейнере.