文摘
矿物质是受到矿石加工成可用的原材料。首先,矿石减少到最小的大小与crushing-grinding流程,使用水和化学添加剂后,根据矿石的特点,有用矿物,和多余的矿物质都存储在尾矿池。每年大约2600万吨矿物废料生成在土耳其从矿石加工设施。尾矿池建设,尾矿污泥的稳定性,大坝的安全是一个繁重的矿工所面临的问题。矿石中植物,平均3吨水是用来丰富1吨的矿石,而且大部分的污水不能通过传统的方法,造成各种经济、环境、和稳定性问题。在这项研究中,脱水的铁矿石尾矿通过应用不同的电压电渗方法研究在实验室环境。铁矿石尾矿的排放水的电渗方法,固体含量从43.01%上升到87.63%。因此,它已被观察到,将会有一个显著的改善尾矿的岩土性质的材料。据估计,电渗脱水上升增加电压梯度和能源消费变化的范围0.588 - -30.645千瓦时/干吨。空隙率从5.58%下降到0.23%。 In the dewatering experiments, different parameters such as the amount of water discharged, density, void ratio, water content, and power consumed were measured or calculated and the relationships between them were discussed with graphics. In electroosmosis experiments, it has been observed that besides the voltage applied in the discharge of water, the mineralogy of the tailings has a significant effect. Since there are serious abrasions on the electrodes used in the experiments, alternative electrodes should be tried.
1。介绍
采矿业是世界上迅速增长,也会使各种各样的社会和环境影响(1]。选矿设备生产两种类型的产品,归类为经济或非经济的。无实用价值的产品,通常称为尾矿,包括废物(副产品),少量的有价值的矿物或金属、化学物质、有机物和过程水(2]。强调,增加生产的低品位矿石在未来,不可避免地产生高吨位的尾矿,2010年,大约有140亿吨的废产生全球采矿业(3]。在采矿业,矿物产品日益增长的需求,积累大量的细矿物所产生的尾矿mega-scale采矿作业仍然是一个持续的问题4]。许多尾矿含有大量的罚款与粘土矿物自重固结下慢慢解决。这些尾矿水含量高和低抗剪强度导致不稳定(5]。大型尾矿坝的施工废弃物的存储,需要和矿业投资者面临这些尾矿贮存设施的岩土和地质环境问题。在一些尾矿贮存设施,高度较低的湿尾矿固体沉积。多年后的尾矿,含水量仍相对较高,导致不稳定的高风险和极其困难的康复6]。事实上,崩塌和滑坡造成了巨大的损失,世界上许多矿山尾矿坝(7- - - - - -9]。水在矿物加工中的作用是很重要的,和平均3吨水是用来丰富1吨矿石,有时,用过的水可以反馈到工厂。粘贴增厚设备已开发并应用于尾矿脱水和增厚的选煤设备。高频屏幕、增稠剂、过滤器、离心泵,管道被广泛用于去除合成水从尾矿和重用在一些尾矿(10]。筛子从这些方法用于固液混合物与粒径大于0.3毫米,而其他方法用于混合物细粒子大小。尾矿的含水量,增厚与增稠剂或过滤器和变成纸浆大满贯或粘贴,减少到65 - 75%,甚至35 - 45% (11,12]。
在处理之前,矿山尾矿废料池中累积/大坝的脱水、集中,含水量降低,抗剪强度增加,减少关闭大坝的成本,这些尾矿应该容易运到的地方不会污染环境。脱水、增厚或馅饼尾矿可作为填充材料在地下矿山13]。另一方面,因为脱水尾矿的体积减少及其抗剪强度增加,可以存储在合适的环境中尾矿没有尾矿坝的建设(14]。
选矿尾矿通常包含大量的胶体和超细粒子,主要是粘土。由于粘土的分层结构,吸附水不能由重力脱水方法。这些粘土通常导致尾矿脱水,重大问题与缓慢沉降率和可怜的整合15]。电渗是岩土工程中最关注因为它的实用价值运输水的细粒度的土壤。用于脱水,软弱地基固结,灌浆注入,在地上和化学品的容器和提取(16]。
第一个研究使用的电渗脱水的方法矿山尾矿进行了由美国矿山局(USBM),导致进一步的研究17- - - - - -19]。electro-osmotic脱水方法,它实际上是一个动电的过程,最初是由Casagrande应用(20.在1930年代。他决定在地上,水从阳极向阴极移动,当直流传输到地面,他直接流对开挖面开挖多亏了这种技术。这种方法,最初用于土壤改良和边坡稳定,已开始试用应用程序在实验室和在该领域的脱水尾矿在接下来的几年里。然而,缺点如腐蚀电极的方法和电力成本高导致它不接受矿业企业家。然而,Fourie et al。6)在他们的实验室和现场研究,这个问题是可以克服的利用土工合成材料开发,防止腐蚀电极。
有许多成功的研究在文献中对尾矿的脱水。洛克哈特(21)表示,冲砂植物、金伯利岩、复苏和锡尾矿设施可以电渗脱水在实验室的方法,但金伯利岩尾矿脱水不好是由于碱性含量高,和其他尾矿的形式可以获得蛋糕。陈等人。22)的电渗脱水实验中观察到三种不同的我浪费的水去除增加电动电势的增加,和应用压力没有影响的速度排放水。商、Mohamedelhassan [23]在实验室研究沙矿尾矿脱水和水朝阳脱水中恢复过来。非常细粒尾矿玻璃砂工厂,由高压过滤器脱水在某种程度上,是由动电的脱水的方法,和硬蛋糕了24]。在石油砂尾矿脱水,观察到尾矿样品的含水量降低,抗剪强度总体上有明显的增加,随着尾矿塑性显著变化(25]。李等人。5)脱水矿山废弃物含水量为83.4%使用DSA电极通过增加和减少电压在加压和nonpressurized电渗试验。在智利,电渗脱水的方法被发现有效铜厂尾矿(26]。Valenzuela et al。27)获得了电渗实验低水分含量对铜浸出比获得重力排水测试。通过使用电动和电渗透技术一起,贵金属得到从矿山废弃物,同时,尾矿中的水可以恢复和反馈给工厂28]。
透过电渗透实际上是一个电动的过程,它被称为运动非常细粒度的尾矿或水环境中从阳极到阴极的帮助下直流电。当直流电(DC)是提供给系统,电泳和electro-migration事件发生一起透过电渗透的环境。电泳运动的带电悬浮物的液体由于应用电势梯度。爱奥尼亚迁移的定义是可溶性离子的运动造成的孔隙流体应用电势。动电的过程的概念模型显然是如图1。动和电渗现象的理论解释在文献中已经详细解释(15,30.- - - - - -33]。研究人员表明,许多因素如土壤含量、pH值和电动电势,电极类型,应用电场和介质的电导率影响动电的过程(34- - - - - -38]。商(39]指出,电渗渗透性取决于许多因素,包括尾矿矿物学、孔隙比、电动电势,外加电压,电流。电渗渗的电动电势是一个变量参数,取决于水的盐度和pH值。尾矿通常有一个高-电动电势,是理想的,因为它表明高潜在流。增加孔隙水盐度降低了电动电势(40]。
在这项研究中,尾矿的铁矿石开采过程中部瑟瓦斯省,Turkiye,的物理特征、矿物学和化学性质。然后,电渗脱水的试验研究进行了使用钢和铜电极。研究集中在高度潮湿的电渗方法的有效性铁矿石尾矿。
2。材料和方法
2.1。材料
铁矿石尾矿中使用的电渗透实验获得矿石加工浪费大坝附近的中部瑟瓦斯省省。铁品位56%的铁矿石平均从矿井下地面杆工厂2毫米和水化铁精矿品位65%,美联储磁性分离器。剩下的材料是扔掉用水系统。的尾矿设施,大约是每年300000吨,存储在现有的垃圾坝,固体沉淀,废水和自由表面上删除(41]。目前,尾矿设施将要填满和环境要求,研究尾矿脱水的进行,确保尾矿的安全设施,并减少其风险。尽管长期解决高度潮湿的铁矿石尾矿水含量仍然很高,体积填充几年(图2)。
2.2。描述的尾矿材料
尾矿材料取自浪费大坝被带到实验室,和物理,矿物学,一致性限制浪费的确定。SEM图像、EDX、XRD分析、主筛选器和阿太堡限制铁矿石废物样本进行分析。的TESCAN MIRA3 XMU设备用于SEM和EDX分析。在扫描电子显微镜(SEM)图像集中在高压加速电子样本,收集各种干扰造成的影响电子和样品原子之间在电子束在样品表面扫描,并转移到屏幕上的阴极射线管经过信号放大器。实验中使用的样本与非盟涂层。莫尔文主筛选器3000年品牌设备用于粒度分析。使用这种设备,它提供了机会来确定粒子的大小从纳米到毫米在干燥和潮湿的样本。主筛选器3000年水电设备分析过程是基于粒度的确定考虑光的散射角和强度获得结果的反射和折射激光发送到样品。
铁尾矿样品准备好,量纲分析。600年的RIGAKU Miniflex设备用于x射线衍射(X-RD)分析。在这种方法中,每个晶体的原则是基于折射x射线在特征序列取决于原子序列的阶段。对于每个水晶阶段,这些晶体衍射概要文件的一个显著特征。x射线衍射分析方法不破坏样品分析过程中,允许甚至少量的分析(液体、粉末、水晶和薄膜)。与x射线衍射装置,定性和定量调查的岩石、晶体材料、薄膜和聚合物。
在细粒度(粘性)环境中,土壤的软硬一致性限制规定。一致性限制的变化范围从非常刚性流体一致性作为土壤样本的水量增加。因此,巨大的差异发生在工程性质如强度、应变和压缩。一些界限含水量值定义为实验确定一致性的变化一致性的细粒度的土壤含水量。实验由瑞典科学家阿太堡被称为一致性限制,这些液限(LL),塑性极限(PL),塑性指数(PI)值(42]。
2.3。实验设置和电渗透实验
对于电渗透测试,尺寸的玻璃箱36厘米×20 cm×6厘米(总4320厘米3卷)制造。玻璃总成放在钢表删除从底部放水(图3)。多孔阴极铜(−)杆作为一个排水安装在中间实验的内阁与硅胶垫圈。球阀也附加到结束的阴极铜管以确保排水。穿孔钢板作为阳极(+)杆允许通过水和气体。在实验中,一个干净的砾石区创建领域的6毫米直径在阴极(−)穿孔铜管外,将被用作一个排水,为了使水流更好,作为一个过滤器。
(一)
(b)
在开始透过电渗透实验之前,尾矿材料将被放置在实验内阁和阀门被打开,尾矿中的水被允许通过重力排水。这个过程是弹力尼龙覆盖,防止蒸发,直到水流完全完成,等待24小时。水流完全完成后,土壤的初始属性确定和记录样本以确定参数的初始含水量和密度等材料。然后,透过电渗透实验开始,起初,它是调整0.5 V /厘米的电场可调电源系统。已经观察到的水在地上慢慢地走向的铜管electro-osmotic事件。在实验期间,累计水量等参数下的烧杯阀、水流速,测量环境温度保持时间和一个计时器。实验的持续时间不同在165和225分钟取决于应用的电压范围。electro-osmotic水流停止后,实验结束后和土壤的性质是决定样本和书面考试形式。在相同的过程,从一个可调直流电力系统提供电源来创建一个电场1 V /厘米,1.5 V /厘米,2 V /厘米,2.5 V /厘米,3 V /厘米,水排放系统和其他参数的测量和记录。
3所示。结果
在透过电渗透脱水,说的细粒尾矿,比率和类型的粘土和其他矿物和元素是有效的。为此,这些属性的铁矿石尾矿材料测定之前电渗试验。的扫描电镜图像尾矿材料、EDS、XRD分析、尺寸分析、密度、含水量和一致性限制,并透过电渗透测试结果总结在下面的段落。SEM和EDS分析形象图来确定铁矿石尾矿的内容和组织数据所示4和5。一般理解,尾矿材料由磁铁矿、石英、沸石(粘土)矿物质,铁络合物谷物。沸石的筛组织的存在表明,水浪费也可以吸附在这些细胞。SEM照片表明,尾矿材料包含广泛的空洞。根据EDS分析,确定铁尾矿包含峰值组件Ca、K、C、O、铁、镁、Al和Si(图5)。
五维analysis-master筛选器结果和分布图表铁矿石尾矿样品如图6。这是观察到,10%是大于9.81µ米,低于146年的90%µm。根据这一分析结果,尾矿材料由非常细的颗粒。
XRD分析结果进行确定铁矿石尾矿组件图7。磁铁矿(铁3O4)、石英(SiO2氧化铝Silicata)和沸石(Na)矿物测定尾矿,和XRD分析被发现与化学分析和EDS分析兼容。
从XRD图可以看到,它是确定有两个或两个以上不同的矿物中重叠峰。它可以认为以外的剩余阶段的主要阶段图来自于身体或从其他来源的解决方案。
我们可以看到在图6Al和Si峰的,分析是由于沸石和尾矿中的其他粘土矿物材料。膨润土、橄榄石和石灰作为绑定在造粒过程中铁矿石球团和浓度的设施。有可能排出的尾矿设施中使用的膨润土渣球团矿厂。
尾矿材料中含有粘土矿物导致一致性限制的决心。重要的是要确定的强度特性的一致性限制尾矿材料。阿太堡实验的结果,液限的铁矿石尾矿被确定为25%,塑性极限为18.75%,塑性指数为6.25。根据土的可塑性分类IAEG [43),这是看到铁矿石尾矿样本“毫升”类和“低可塑性”的塑性指数类。铁矿石尾矿的特点,详细的在上面的段落中,总结在表1。
30个人测试进行了15 V, V, 45 V, 60 V, 75 V, 90 V electro-osmotic脱水的铁矿石尾矿的特性确定。在透过电渗透实验中,参数如铁矿石尾矿的平均温度,电流,电阻,导电性,消耗功率,单位重量,孔隙比和含水量,排水,和放电率测量和计算电压范围。测试结果给出了表2。
铁尾矿的固体含量,初为43.01%,实现了电渗透实验,不同在48.66%和87.63%之间,这取决于电压范围应用。87.63%的固体含量表明,达到了很好的价值越来越整合的尾矿材料。对于每一个电压范围,计算功率或能量在瓦茨乘以电压和电流根据焦耳定律和最后一行的表中给出2。干尾矿的能源消耗1吨的重量比例计算尾矿材料实验小屋和表所示2。在这里,尾矿用于实验装置的体积(34厘米×15 cm×6厘米)考虑为3060厘米3在计算。自然,随着外加电压的增加,每个吨湿尾矿脱水所消耗的能量增加。从表可以看出3,估计能耗变化之间的0.588和30.645千瓦时/干吨1吨的尾矿相对干湿度决定。
4所示。讨论
结果如初始的和最终的固体含量和能源消耗获得一些研究矿山尾矿脱水的表3。从表可以看出2,能量消耗的研究不同于对方。尾矿的矿物学等许多因素,粘土类型和内容,尾矿液的离子浓度,实验设置和边界条件,使用的电极和当前的梯度,准确和精确的测量是有效的。由于这个原因,有必要根据他们的共同背景下进行比较研究。
尽管如此,我们可以看到在桌子上3铁尾矿的固体含量在这项研究比其他研究者的结果。此外,据悉,能源消耗在铁尾矿脱水在这项研究是脱水的能耗最低的相对平均的基础上与其他研究的结果。
另一方面,除了矿山尾矿脱水的能耗,经济参数或另一个问题是电极的成本。不同电极材料一直在试图减少高腐蚀和电压损失在传统电极用于研究工作,特别是在阳极电极(52]。试验不能解决腐蚀问题。新开发电动土工合成电极(心电图)是用来代替传统的电极,和有一些研究在文献中再使用(6,14,40,53]。计划用于领域应用在我们未来的研究由于其积极的特性,比如心电图电极的寿命长以及环境的酸碱度不透过电渗透期间突然下降。
测量和计算参数之间的关系是根据从electro-osmotic实验获得的结果。实验中观察到,electro-osmotic时间增加外加电压和最高为90伏特electro-osmotic时间是225分钟。是观察electro-osmotic放电逐渐降低的电压随着时间的推移,累积流量逐渐增加,最高累积放电发生在90伏特的电力应用(图)8)。观察到,随着电压的增加,累积放电和放电率增加,放电率和放电数量最高在90伏特。换句话说,electro-osmotic脱水高达90伏特被发现是有效的。
由于电渗透测试,铁尾矿的孔隙度和水含量计算每个电压范围。根据获得的结果,随着应用电位梯度电压的增加,介质的孔隙度和含水量下降(数字9和10)。已经注意到,有一个高度线性负电势梯度电压之间的关系,孔隙度和含水率。填料粒子将进行重排,导致孔隙率的减少。因此,当水从尾矿中移除材料,整合。尾矿固结的材料数量将考虑和决定在我们的下一个研究。
有研究的应用原位electro-osmotic技术在改善土壤的岩土性质(54- - - - - -57]。然而,很少有试验的原位情节规模应用矿山尾矿electro-osmotic技术。这种技术主要研究了它的使用在补救我的废物58- - - - - -60]。
他在世界上对金属的需求增加,因此,很多细矿物生成浪费。细粒度的废物越来越难脱水。现场试验应用脱水技术应该开始动电的浪费。同时,应该开始在这个领域的研究为了使有价值的矿物恢复功能以及与这种技术把水从废物。
5。结论
铁矿石尾矿含磁铁矿、石英、沸石和铁复杂化合物可以脱水的某一点与传统方法。在大气环境中,而上层的尾矿干的形式地壳,含水量高的物质形式的泥浆在下部通常,摆出一个环境风险。为了克服这种情况,它已被观察到,透过电渗透方法可以有效地使用在实验室环境中脱水的铁矿石植物废物。这一研究获得的主要结果如下:(1)在透过电渗透实验中,已经观察到除了电压应用于水的排放,尾矿的矿物构成有显著的影响。(2)一样在其他研究中,实验中电压增加,从系统的水排放总量及其持续时间、尾矿的阻力,增加的温度环境。此外,增加电压范围、容重、孔隙度、和尾矿的含水量减少,因此,尾矿被合并。在我们的下一个研究中,沉降量等参数,土壤抗剪强度和内摩擦角将决定。(3)再次,透过电渗透实验,孔隙比从5.58%下降到0.23%。(4)最重要的参数之一,是水的内容,或者换句话说,固体含量。在这项研究中,最初的固体含量从43.01%提高到48.66% - -87.63%根据应用的电压梯度。(5)透过电渗透实验中观察到,随着外加电压的增加,更多的水从尾矿中移除和0.588之间的能耗变化和30645千瓦时/干吨。这个结果被发现更好的相比一些其他研究人员。
取得了显著和令人鼓舞的数据为金属矿山尾矿通过实验,并初步研究是很重要的。这是观察到电极上有相当大的穿在实验中使用。在我们未来的工作中,将由心电图电极实验的实验室和领域,和尾矿的岩土性质将调查。
数据可用性
使用的实验数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
本研究支持中部瑟瓦斯省Cumhuriyet大学科研项目(CUBAP)项目M770数量。作者感谢这笔资金。