Rozwiązania w zakresie ścieków kopalnianych: metody oczyszczania, wybór PAM i ponowne wykorzystanie wody

Żadne dwie kopalnie nie wytwarzają identycznych ścieków. Skład strumienia odprowadzanego ze złóż porfiru miedzi w niczym nie przypomina ścieków z pokładów węgla ani operacji ługowania złota – mimo to oba niosą zanieczyszczenia, które w przypadku nieoczyszczonego uwolnienia mogą zniszczyć odbiorniki cieków wodnych. Zrozumienie, skąd pochodzi woda, jest pierwszym krokiem w kierunku wyboru odpowiedniego rozwiązania uzdatniającego.

Cztery główne źródła to: 1) drenaż kopalni (woda gromadząca się w odkrywkach lub wyrobiskach podziemnych), 2) dekantacja stawu osadowego (woda procesowa oddzielona od rozdrobnionej rudy po wydobyciu minerałów), 3) ścieki z zakładów przetwórstwa minerałów (woda płucząca z flotacji, ługowania i obwodów grawitacyjnych) oraz 4) spływ wód burzowych, które stykają się ze skałami płonnymi lub składowiskami rudy. Każde źródło niesie ze sobą inny ślad zanieczyszczeń, ukształtowany przez mineralogię rudy, chemię wydobycia i lokalną hydrologię. System oczyszczania zaprojektowany dla jednego strumienia może być całkowicie błędny w przypadku innego — i właśnie dlatego ogólne, jednowymiarowe podejścia stale nie sprawdzają się w sektorze wydobywczym.

▶ Trzy grupy zanieczyszczeń, którymi należy się zająć

We wszystkich typach kopalń profil zanieczyszczeń można podzielić na trzy szerokie grupy, z których każda wymaga innej reakcji na oczyszczanie.

• Metale ciężkie — arsen, ołów, cynk, kadm, miedź i rtęć są powszechne w zależności od rodzaju rudy. Są mobilne w wodzie, toksyczne w niskich stężeniach i podlegają rygorystycznym limitom emisji w praktycznie każdej jurysdykcji. Głównym mechanizmem usuwania jest wytrącanie przy kontrolowanym pH, przy czym flokulanty przyspieszają osadzanie powstałych kłaczków wodorotlenku metalu;
• Drenaż kopalni kwasu (AMD) — utlenianie minerałów siarczkowych uwalnia kwas siarkowy, obniżając pH do poziomu, który dodatkowo rozpuszcza metale i niszczy ekosystemy wodne. AMD często stanowi główne wyzwanie w leczeniu w kopalniach węgla, miedzi i siarczków polimetali;
• Wysoko zawieszone ciała stałe i siarczany — drobne cząstki mineralne powstałe w wyniku mielenia i piaskowania pozostają zawieszone w wodzie procesowej, podczas gdy stężenie siarczanów w strumieniach dotkniętych AMD może osiągnąć kilka tysięcy mg/l. Obydwa parametry wpływają na objętość osadu i zanieczyszczenie membran na dalszych etapach oczyszczania.

▶ Pociąg do oczyszczania rdzeniowego ścieków kopalnianych

Efektywne zarządzanie ściekami kopalnianymi obejmuje wiele operacji jednostkowych, więc każdy etap oczyszcza to, z czym poprzedni nie jest w stanie poradzić sobie sam. Poniższa tabela podsumowuje standardowy cykl oczyszczania i klasę zanieczyszczeń, docelową dla każdego etapu.

Sercem tego pociągu jest separacja substancji stałych i płynnych. Skuteczne odwadnianie na etapie pierwotnym bezpośrednio zmniejsza objętość i toksyczność tego, co dociera do każdej dalszej jednostki, zmniejszając zużycie środków chemicznych, stopień zanieczyszczania membran, a ostatecznie koszty usuwania osadu. Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat tego, dlaczego ten etap separacji jest tak istotny, zobacz tę analizę dlaczego separacja substancji stałych i płynnych ma znaczenie w gospodarce odpadami .

▶ Odwadnianie kopalń kwasu: najtrudniejszy problem do rozwiązania

AMD zyskuje reputację najbardziej uporczywego wyzwania związanego z wodą w branży wydobywczej. Kiedy minerały siarczkowe, takie jak piryt, utleniają się w kontakcie z powietrzem i wodą, wytwarzają kwas siarkowy – proces ten trwa przez dziesięciolecia po zakończeniu działalności wydobywczej. Według Wytyczne amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA) dotyczące odwadniania opuszczonych kopalń tylko tysiące kilometrów strumieni we wschodnich Stanach Zjednoczonych jest dotkniętych tą formą zanieczyszczenia.

Aktywne leczenie AMD zazwyczaj rozpoczyna się od zobojętnienia pH za pomocą wapna hydratyzowanego (Ca(OH)₂) lub wapienia, podnosząc pH do zakresu 8–10, gdzie rozpuszczone żelazo, glin i większość metali ciężkich wytrąca się w postaci wodorotlenków. Osad tworzy drobny osad o małej gęstości, który sam słabo osiada – w tym przypadku niezbędne stają się flokulanty poliakryloamidowe. Dodanie anionowego PAM po dawce wapna łączy drobne cząsteczki wodorotlenku metalu w gęste, szybko osadzające się kłaczki, radykalnie skracając czas retencji klarownika i poprawiając jakość przelewu. Aby uzyskać głębsze spojrzenie na chemię stojącą za tym procesem, zobacz przewodnik usuwanie metali ciężkich ze ścieków i rola PAM .

▶ Flokulanty w górnictwie: anionowe i niejonowe PAM

Flokulanty poliakryloamidowe to najważniejsze chemikalia w procesie uzdatniania wody mineralnej, ale wybór produktu ma większe znaczenie, niż zdaje sobie sprawę większość operatorów. Wybór niewłaściwego rodzaju wsadu powoduje powstawanie słabych, wrażliwych na ścinanie kłaczków, które rozpadają się w pompach i rynienkach spustowych, wysyłając drobne cząstki stałe z powrotem do przelewu i osłabiając cały obwód separacji.

• Anionowy PAM najlepiej sprawdza się w warunkach od neutralnego do zasadowego (pH 6,5–10), co obejmuje większość strumieni AMD traktowanych wapnem i obwodów przetwarzania rud tlenkowych. Cząstki mineralne w tym zakresie pH zazwyczaj mają ujemny ładunek powierzchniowy; polimer anionowy łączy je poprzez fizyczne splątanie łańcucha, a nie przyciąganie ładunku, tworząc duże, wytrzymałe kłaczki dobrze nadające się do zagęszczaczy i klarowników z pochyłymi płytami. Gatunki anionowe radzą sobie również ze strumieniami o dużym zmętnieniu – powszechnymi w zbiornikach poflotacyjnych odzyskujących wodę – bez ponownej stabilizacji przy typowych dawkach;
• Niejonowy PAM jest preferowanym wyborem w przypadku kwaśnej wody technologicznej (pH poniżej 5), gdzie gęstość ładunku anionowego jest tłumiona, a mostkowanie oparte na ładunku staje się nieskuteczne. Jest również wybierany do zawiesin o podwyższonym stężeniu jonów wapnia lub magnezu, gdzie dwuwartościowe kationy mogą zakłócać działanie anionowego flokulanta. Z tego powodu zakłady przeróbki węgla i niektóre obiegi flotacji metali nieszlachetnych często wymagają gatunków niejonowych.

Szczegółowe porównanie obu rodzajów ładunków w rzeczywistych zastosowaniach górniczych można znaleźć w przewodniku Anionowe i niejonowe flokulanty poliakryloamidowe dla górnictwa . W przypadku wyboru konkretnego miejsca, najbardziej niezawodnym narzędziem do odbioru wstępnego pozostają testy osiadania słoika lub cylindra przy użyciu rzeczywistej wody procesowej. Przeglądaj pełną ofertę Flokulanty do przetwarzania minerałów do zastosowań górniczych aby dopasować masę cząsteczkową i gęstość ładunku do wymagań obwodu.

▶ Optymalizacja wydajności zagęszczacza przy użyciu flokulantów do przetwarzania minerałów

Zagęszczacz jest głównym urządzeniem do oddzielania substancji stałych od cieczy w większości zakładów przetwórstwa minerałów, a jego wydajność wyznacza pułap dla całego obiegu odzyskiwania wody. Słabo działający zagęszczacz — taki, który wytwarza rozcieńczony dolny wyciek lub przenosi drobne cząstki stałe do rynny przelewowej — zmusza urządzenia filtrujące do cięższej pracy, zwiększa zużycie świeżej wody i podnosi koszty usuwania odpadów poflotacyjnych.

Odpowiednio dobrany i dozowany flokulant PAM zwiększa gęstość dolnego strumienia poprzez promowanie większych, gęstszych struktur kłaczków, które wydajniej zagęszczają się pod wpływem grawitacji. Wyostrzają linię błota, zmniejszając głębokość strefy przejściowej, w której mieszają się ciała stałe i ciecz. Szybciej oczyszczają nadmiar, umożliwiając wyższe prędkości podawania bez utraty jakości ścieków. Praktyczne techniki osiągania tych korzyści zostały szczegółowo omówione w artykule nt poprawa wydajności zagęszczacza za pomocą flokulantów do przetwarzania minerałów . Kluczowe zmienne operacyjne — współczynnik rozcieńczenia, punkt dodania i historia ścinania przed studnią zasilającą — wszystkie wpływają na wydajność flokulanta i powinny być optymalizowane łącznie, a nie osobno.

▶ Ponowne wykorzystanie wody i zgodność z przepisami

Zmieniło się uzasadnienie biznesowe dotyczące oczyszczania ścieków kopalnianych. Dziesięć lat temu głównym czynnikiem decydującym była zgodność; Obecnie niedobór wody i rosnące koszty zaopatrzenia w słodką wodę sprawiają, że ponowne jej wykorzystanie jest koniecznością finansową. Zaawansowane systemy oczyszczania obejmujące zagęszczanie wspomagane PAM, a następnie polerowanie membranowe, mogą odzyskać ponad 90% wody technologicznej do ponownego wykorzystania we flotacji, ograniczaniu zapylenia lub chłodzeniu sprzętu, radykalnie zmniejszając zarówno pobór, jak i objętość odprowadzanej wody słodkiej.

Konfiguracje z zerowym zrzutem cieczy (ZLD) jeszcze bardziej popychają odzysk poprzez zatężanie końcowej solanki i odzyskiwanie skrystalizowanych soli, nie pozostawiając żadnych odpadów płynnych do zagospodarowania. Systemy te są coraz częściej stosowane w kopalniach znajdujących się w regionach dotkniętych niedoborami wody lub tam, gdzie odbiorniki wodne nie mogą zgodnie z prawem przyjmować żadnych zrzutów. Wymogi regulacyjne różnią się znacznie w zależności od kraju i rodzaju rudy — na przykład kopalnie węgla w Stanach Zjednoczonych muszą spełniać liczbowe limity zrzutu zgodnie z 40 CFR część 434, podczas gdy kopalnie metali podlegają warunkom zezwolenia NPDES dla danego miejsca. We wszystkich przypadkach wykazanie skutecznego usuwania zawiesin stałych i metali ciężkich za pomocą dobrze udokumentowanego programu oczyszczania opartego na PAM wspiera zarówno zgodność z pozwoleniami, jak i wspólnotową licencję na prowadzenie działalności. Poznaj pełnię kompletna oferta produktów do uzdatniania wody kopalnianej aby znaleźć rozwiązania flokulantów dopasowane do rodzaju rudy, składu chemicznego procesu i celów zrzutu.