Решения для сточных вод шахт: методы очистки, выбор PAM и повторное использование воды

Никакие две шахты не производят одинаковые сточные воды. Состав стоков из медно-порфирового месторождения совсем не похож на стоки из угольного пласта или с предприятия по кучному выщелачиванию золота, однако оба они содержат загрязняющие вещества, которые могут опустошить принимающие водотоки, если их высвободить без очистки. Понимание того, откуда берется вода, является первым шагом на пути к выбору правильного решения для очистки.

Четырьмя основными источниками являются шахтный 1) дренаж карьера (вода, которая накапливается в открытых или подземных выработках), 2) отстойник хвостохранилища (технологическая вода, отделенная от измельченной руды после добычи полезных ископаемых), 3) сточные воды обогатительных фабрик (промывные воды из контуров флотации, выщелачивания и гравитации) и 4) ливневые стоки, которые контактируют с пустой породой или отвалами руды. Каждый источник несет в себе различные отпечатки загрязняющих веществ, определяемые минералогией руд, химией добычи и местной гидрологией. Система очистки, разработанная для одного потока, может быть совершенно неподходящей для другого – именно поэтому общие, унифицированные подходы постоянно неэффективны в горнодобывающем секторе.

▶ Три группы загрязнителей, с которыми вам нужно бороться

Во всех типах шахт профиль загрязняющих веществ имеет тенденцию делиться на три широкие группы, каждая из которых требует различного подхода к очистке.

• Тяжелые металлы — в зависимости от типа руды распространены мышьяк, свинец, цинк, кадмий, медь и ртуть. Они подвижны в воде, токсичны при низких концентрациях и практически во всех юрисдикциях подлежат строгим ограничениям на выбросы. Осаждение при контролируемом pH является основным механизмом удаления, при этом флокулянты ускоряют осаждение образующихся хлопьев гидроксида металлов;
• Кислотный дренаж шахт (AMD) — окисление сульфидных минералов выделяет серную кислоту, снижая pH до уровня, который еще больше растворяет металлы и разрушает водные экосистемы. ВМД часто является определяющей проблемой очистки на угольных, медных и полиметаллических сульфидных шахтах;
• Высокое содержание взвешенных веществ и сульфатов — мелкие минеральные частицы от фрезерования и взрывных работ остаются во взвешенном состоянии в технической воде, а концентрация сульфатов в потоках, подверженных воздействию АМД, может достигать нескольких тысяч мг/л. Оба параметра влияют на объемы осадка и загрязнение мембран на последующих стадиях очистки.

▶ Линия очистки активной зоны шахтных сточных вод

Эффективное управление сточными водами шахты предполагает последовательное выполнение нескольких операций, поэтому каждый этап очищает то, с чем предыдущий не может справиться в одиночку. В таблице ниже приведены стандартные схемы очистки и целевые классы загрязнений на каждой стадии.

Разделение твердой и жидкой фаз лежит в основе этого процесса. Эффективное обезвоживание на первичном этапе напрямую снижает объем и токсичность того, что достигает каждой последующей установки, — сокращая расход химикатов, скорость загрязнения мембран и, в конечном итоге, затраты на утилизацию осадка. Подробное описание того, почему этот шаг разделения настолько важен, см. в этом анализе почему разделение твердой и жидкой фаз имеет значение в управлении отходами .

▶ Кислотный дренаж шахт: самая сложная проблема, которую нужно решить

AMD заслужила репутацию самой постоянной проблемы водоснабжения в горнодобывающей отрасли. Когда сульфидные минералы, такие как пирит, окисляются при контакте с воздухом и водой, они образуют серную кислоту — процесс, который продолжается в течение десятилетий после прекращения горнодобывающей деятельности. Согласно Рекомендации Агентства по охране окружающей среды США по дренажу заброшенных шахт Только на востоке Соединенных Штатов от этой формы загрязнения страдают тысячи километров рек.

Активное лечение ВМД обычно начинается с нейтрализации pH с использованием гашеной извести (Ca(OH)₂) или известняка, повышая pH до диапазона 8–10, при котором растворенные железо, алюминий и большинство тяжелых металлов выпадают в осадок в виде гидроксидов. Осадок образует мелкий осадок низкой плотности, который плохо оседает сам по себе, поэтому полиакриламидные флокулянты становятся незаменимыми. Добавление анионного ПАМ после дозы извести связывает мельчайшие частицы гидроксида металлов в плотные, быстро оседающие хлопья, что значительно сокращает время удерживания осветлителя и улучшает качество перелива. Для более глубокого изучения химии этого процесса см. руководство по Удаление тяжелых металлов из сточных вод и роль PAM .

▶ Флокулянты в горнодобывающей промышленности: анионные и неионогенные ПАМ

Полиакриламидные флокулянты являются «рабочими лошадками» при очистке минеральной воды, но выбор продукта имеет большее значение, чем думает большинство операторов. Выбор неправильного типа загрузки приводит к образованию слабых, чувствительных к сдвигу хлопьев, которые распадаются в насосах и желобах, отправляя мелкие твердые частицы обратно в слив и разрушая весь контур сепарации.

• Анионный ПАМ лучше всего работает в нейтральных и щелочных условиях (pH 6,5–10), что применимо к большинству обработанных известью потоков AMD и цепей переработки оксидной руды. Минеральные частицы в этом диапазоне pH обычно несут суммарный отрицательный поверхностный заряд; анионный полимер соединяет их за счет физического перепутывания цепей, а не притяжения заряда, образуя большие, прочные хлопья, хорошо подходящие для сгустителей и осветлителей с наклонными пластинами. Анионные сорта также справляются с потоками с высокой мутностью, что часто встречается в оборотной воде хвостохранилища, без повторной стабилизации при типичных нормах дозировки;
• Неионогенный ПАМ является предпочтительным выбором для кислой технической воды (pH ниже 5), где плотность анионных зарядов подавляется и мостиковое соединение на основе заряда становится неэффективным. Его также выбирают для суспензий с повышенной концентрацией ионов кальция или магния, где двухвалентные катионы могут мешать работе анионного флокулянта. По этой причине предприятиям по обогащению угля и некоторым схемам флотации цветных металлов часто требуются неионогенные марки.

Подробное сравнение обоих типов зарядов в реальных приложениях для майнинга доступно в руководстве по Анионные и неионогенные полиакриламидные флокулянты для горнодобывающей промышленности . Для конкретного объекта испытания на осаждение в ясе или цилиндре с использованием реальной технологической воды остаются наиболее надежным инструментом пуско-наладочных работ. Просмотрите полный ассортимент флокулянты для переработки полезных ископаемых для горнодобывающей промышленности для соответствия молекулярной массы и плотности заряда требованиям вашей схемы.

▶ Оптимизация производительности загустителя с помощью флокулянтов для переработки минерального сырья

Сгуститель является основным устройством разделения твердой и жидкой фаз на большинстве заводов по переработке полезных ископаемых, и его производительность определяет потолок для всего контура восстановления воды. Неэффективный сгуститель — тот, который производит разбавленный нижний поток или переносит мелкие твердые частицы в сливной желоб — вынуждает последующее фильтрующее оборудование работать интенсивнее, увеличивает потребление пресной воды и увеличивает затраты на утилизацию хвостов.

Правильно выбранный и дозированный флокулянт PAM увеличивает плотность нижнего потока, создавая более крупные и плотные структуры хлопьев, которые более эффективно уплотняются под действием силы тяжести. Они обостряют линию грязи, уменьшая глубину переходной зоны, где смешиваются твердые вещества и жидкость. Кроме того, они быстрее очищают перелив, обеспечивая более высокие скорости подачи без ущерба для качества сточных вод. Практические методы достижения этих результатов подробно описаны в статье улучшение производительности загустителя при использовании флокулянтов для переработки полезных ископаемых . Ключевые рабочие переменные — коэффициент разбавления, точка добавления и история сдвига перед питательной камерой — все влияют на эффективность флокулянта, и их следует оптимизировать вместе, а не по отдельности.

▶ Повторное использование воды и соблюдение нормативных требований

Экономическое обоснование очистки шахтных сточных вод изменилось. Десять лет назад соблюдение требований было основным фактором; сегодня нехватка воды и рост затрат на закупку пресной воды делают повторное использование финансовой необходимостью. Усовершенствованные системы очистки, включающие сгущение с помощью ПАМ с последующей мембранной полировкой, могут восстанавливать более 90% технологической воды для повторного использования при флотации, пылеподавлении или охлаждении оборудования, что значительно сокращает объемы забора и сброса пресной воды.

Конфигурации с нулевым сбросом жидкости (ZLD) еще больше ускоряют процесс восстановления за счет концентрирования конечного рассола и извлечения кристаллизованных солей, не оставляя жидких отходов, которые нужно было бы утилизировать. Эти системы все чаще используются в шахтах в регионах, испытывающих дефицит воды, или там, где принимающие водотоки не могут по закону принимать какие-либо сбросы. Нормативные требования значительно различаются в зависимости от страны и типа руды: например, угольные шахты в Соединенных Штатах должны соответствовать количественным ограничениям выбросов в соответствии с частью 434 40 CFR, в то время как металлические рудники сталкиваются с условиями разрешений NPDES для конкретных участков. Во всех случаях демонстрация эффективного удаления взвешенных твердых частиц и тяжелых металлов с помощью хорошо документированной программы очистки на основе PAM поддерживает как соблюдение разрешений, так и общественную лицензию на эксплуатацию. Изучите полную информацию Полный ассортимент продукции для очистки шахтной воды чтобы найти решения для флокулянтов, соответствующие вашему типу руды, химическому составу процесса и целям сброса.