Soluții pentru apele uzate miniere: metode de tratare, selecție PAM și reutilizare a apei

Nu există două miniere care produc ape uzate identice. Compoziția unui flux de descărcare dintr-un zăcământ de porfir de cupru nu seamănă deloc cu efluentul dintr-un strat de cărbune sau dintr-o operațiune de leșiere în grămada de aur - totuși ambele poartă contaminanți care pot devasta cursurile de apă receptoare dacă sunt eliberate netratate. Înțelegerea de unde provine apa este primul pas către alegerea soluției de tratare potrivite.

Cele patru surse principale sunt: ​​1) drenajul gropii (apa care se acumulează în tăieturi deschise sau în lucrări subterane), 2) decantarea iazului de decantare (apa de proces separată de minereu zdrobit după extracția mineralelor), 3) efluentul uzinelor de prelucrare a mineralelor (apa de spălare din circuitele de flotație, leșiere și gravitație) și 4) scurgerea apelor pluviale sau a stocurilor de roci care contactează depozitele de minereu. Fiecare sursă poartă o amprentă de poluantă diferită, modelată de mineralogia minereului, chimia de extracție și hidrologia locală. Un sistem de tratare conceput pentru un flux poate fi complet greșit pentru altul - tocmai de aceea abordările generice, de dimensiune unică, au în mod constant performanțe scăzute în sectorul minier.

▶ Cele trei grupuri de contaminanți pe care trebuie să le abordați

În toate tipurile de mine, profilul poluanților tinde să se încadreze în trei grupuri mari, fiecare necesitând un răspuns diferit la tratament.

• Metale grele — arsenicul, plumbul, zincul, cadmiul, cuprul și mercurul sunt comune în funcție de tipul de minereu. Sunt mobile în apă, toxice la concentrații scăzute și sunt supuse unor limite stricte de descărcare în aproape fiecare jurisdicție. Precipitația la pH controlat este mecanismul principal de îndepărtare, floculantii accelerând decantarea flocurilor de hidroxid de metal rezultate;
• Drenajul acid minelor (AMD) — oxidarea mineralelor sulfurate eliberează acid sulfuric, scăzând pH-ul la niveluri care dizolvă și mai mult metalele și distrug ecosistemele acvatice. AMD este adesea provocarea definitorie a tratamentului la minele de cărbune, cupru și sulfuri polimetalice;
• Conținut ridicat de solide în suspensie și sulfați — particulele minerale fine de la măcinare și sablare rămân suspendate în apa de proces, în timp ce concentrațiile de sulfat pot atinge câteva mii de mg/L în fluxurile afectate de AMD. Ambii parametri determină volumele de nămol și murdărirea membranei în etapele de tratare din aval.

▶ Tren de tratare centrală pentru apele uzate miniere

Gestionarea eficientă a apelor uzate miniere secvențează operațiunile cu mai multe unități, astfel încât fiecare etapă curăță ceea ce cea anterioară nu poate gestiona singură. Tabelul de mai jos rezumă trenul standard de tratare și clasa de contaminanți vizate de fiecare etapă.

Separarea solid-lichid se află în centrul acestui tren. Deshidratarea eficientă în stadiul primar reduce în mod direct volumul și toxicitatea a ceea ce ajunge la fiecare unitate din aval - reducând consumul de substanțe chimice, ratele de murdărire a membranei și, în cele din urmă, costurile de eliminare a nămolului. Pentru o privire detaliată asupra motivului pentru care acest pas de separare este atât de important, consultați această analiză a de ce este importantă separarea solid-lichid în gestionarea deșeurilor .

▶ Drenajul acid al minelor: cea mai greu problemă de rezolvat

AMD își câștigă reputația de cea mai persistentă provocare a apei din industria minieră. Când mineralele sulfurate, cum ar fi pirita, se oxidează la contactul cu aerul și apa, ele generează acid sulfuric - un proces care continuă decenii după încetarea activității miniere. Potrivit Orientări EPA din SUA privind drenajul minelor abandonate , doar mii de kilometri de pâraie din estul Statelor Unite sunt afectate de această formă de poluare.

Tratamentul AMD activ începe de obicei cu neutralizarea pH-ului folosind var hidratat (Ca(OH)₂) sau calcar, ridicând pH-ul la intervalul 8-10, unde fierul dizolvat, aluminiul și majoritatea metalelor grele precipită sub formă de hidroxizi. Precipitatul formează un nămol fin, de densitate scăzută, care se depune prost de la sine - care este locul în care floculantii de poliacrilamidă devin esențiali. Adăugarea unui PAM anionic după doza de var unește particulele minuscule de hidroxid de metal în flocuri dense, cu sedimentare rapidă, scurtând dramatic timpul de reținere a clarificatorului și îmbunătățind calitatea preaplinului. Pentru o privire mai profundă asupra chimiei din spatele acestui proces, consultați ghidul îndepărtarea metalelor grele din apele uzate și rolul PAM .

▶ Floculanti în minerit: PAM anionici vs. nonionici

Floculanții de poliacrilamidă sunt substanțele chimice de bază în tratarea apei de prelucrare a mineralelor - dar selecția produselor contează mai mult decât își dau seama majoritatea operatorilor. Alegerea unui tip de încărcare greșit produce flocuri slabe, sensibile la forfecare, care se despart în pompe și spălări, trimițând solidele fine înapoi în preaplin și subminând întregul circuit de separare.

• PAM anionic funcționează cel mai bine în condiții neutre până la alcaline (pH 6,5–10), care acoperă majoritatea fluxurilor de AMD tratate cu var și circuitele de procesare a minereului de oxid. Particulele minerale din acest interval de pH poartă de obicei o sarcină de suprafață negativă netă; polimerul anionic le unește prin încurcarea lanțului fizic, mai degrabă decât prin atracția sarcinii, producând flocuri mari și robuste, potrivite pentru agenți de îngroșare și clarificatori cu plăci înclinate. Gradele anionice gestionează, de asemenea, fluxurile cu turbiditate ridicată - frecvente în apa de recuperare a iazurilor de decantare - fără a se restabili la doze tipice;
• PAM neionic este alegerea preferată pentru apa de proces acidă (pH sub 5) unde densitatea sarcinii anionice este suprimată și puntea bazată pe sarcină devine ineficientă. De asemenea, este selectat pentru suspensii cu concentrații ridicate de ioni de calciu sau magneziu, unde cationii divalenți pot interfera cu performanța floculantului anionic. Din acest motiv, instalațiile de preparare a cărbunelui și anumite circuite de flotare a metalelor de bază necesită frecvent clase neionice.

O comparație detaliată a ambelor tipuri de taxe în aplicațiile miniere reale este disponibilă în ghidul pentru floculanti anionici versus poliacrilamida neionici pentru minerit . Pentru selecția specifică locului, testele de decantare a borcanelor sau cilindrului folosind apa de proces reală rămân cel mai fiabil instrument de pre-punere în funcțiune. Răsfoiți gama completă de Produse floculante pentru prelucrarea mineralelor pentru aplicații miniere pentru a potrivi greutatea moleculară și densitatea de încărcare la cerințele circuitului dumneavoastră.

▶ Optimizarea performanței agentului de îngroșare cu floculanti de prelucrare a mineralelor

Agentul de îngroșare este principalul dispozitiv de separare solid-lichid în majoritatea instalațiilor de prelucrare a mineralelor, iar performanța sa stabilește plafonul întregului circuit de recuperare a apei. Un agent de îngroșare cu performanțe slabe - unul care produce o curgere diluată sau care transportă solide fine în spălarea cu preaplin - forțează echipamentul de filtrare din aval să lucreze mai mult, crește consumul de apă proaspătă și crește costurile de eliminare a sterilului.

Selectat și dozat în mod corespunzător, floculantul PAM crește densitatea de subflux prin promovarea unor structuri de floc mai mari și mai dense, care se compactează mai eficient sub gravitație. Aceștia ascuțesc linia noroiului, reducând adâncimea zonei de tranziție în care se amestecă solidele și lichidele. Și clarifică preaplinul mai rapid, permițând viteze de avans mai mari fără a sacrifica calitatea efluentului. Tehnicile practice pentru atingerea acestor câștiguri sunt tratate în detaliu în articolul despre îmbunătățirea performanței agentului de îngroșare cu floculanti de prelucrare a mineralelor . Variabilele cheie de operare - raportul de diluție, punctul de adăugare și istoricul de forfecare înainte de puțul de alimentare - toate influențează eficiența floculantului și ar trebui optimizate împreună, mai degrabă decât izolat.

▶ Reutilizarea apei și conformitatea cu reglementările

Cazul de afaceri pentru tratarea apelor uzate miniere s-a schimbat. Cu un deceniu în urmă, conformitatea era principalul factor; astăzi, deficitul de apă și creșterea costurilor de achiziție de apă dulce fac din reutilizare un imperativ financiar. Sistemele avansate de tratare care încorporează îngroșarea asistată de PAM, urmată de lustruirea membranei, pot recupera mai mult de 90% din apa de proces pentru reutilizare în flotație, suprimarea prafului sau răcirea echipamentelor - reducând dramatic atât volumul de apă dulce de admisie, cât și volumul de evacuare.

Configurațiile cu descărcare zero lichide (ZLD) împing recuperarea și mai mult prin concentrarea saramurului final și recuperarea sărurilor cristalizate, fără a lăsa deșeuri lichide de gestionat. Aceste sisteme sunt din ce în ce mai specificate pentru minele din regiunile cu stres hidric sau unde cursurile de apă receptoare nu pot accepta în mod legal nicio descărcare. Cerințele de reglementare variază semnificativ în funcție de țară și de tipul de minereu - minele de cărbune din Statele Unite, de exemplu, trebuie să îndeplinească limitele numerice de descărcare în conformitate cu 40 CFR Part 434, în timp ce minele de metal se confruntă cu condițiile de autorizare NPDES specifice locului. În toate cazurile, demonstrarea îndepărtării eficiente a solidelor în suspensie și a metalelor grele printr-un program de tratament bine documentat bazat pe PAM susține atât respectarea permiselor, cât și licența comunitară de funcționare. Explorează integral gamă completă de produse pentru tratarea apei miniere pentru a găsi soluții de floculant potrivite tipului dvs. de minereu, chimiei procesului și obiectivelor de evacuare.