鉱山廃水ソリューション: 処理方法、PAM の選択、水の再利用

同一の廃水を生成する鉱山現場は 2 つとありません。銅斑岩鉱床からの流出水の組成は、炭層や金の堆積浸出作業からの流出水とはまったく似ていませんが、どちらも未処理で放出されると受け入れ水路を破壊する可能性がある汚染物質を含んでいます。水の発生源を理解することは、適切な処理ソリューションを選択するための第一歩です。

4 つの主な水源は、鉱山の 1) ピット排水 (露天掘りや地下工事で蓄積する水)、2) 尾滓池のデカント (鉱物抽出後に破砕鉱石から分離されたプロセス水)、3) 鉱物処理プラントの流出水 (浮遊選鉱、浸出、および重力回路からの洗浄水)、および 4) 廃岩または鉱石の備蓄に接触する雨水流出です。それぞれの発生源には、鉱石の鉱物学、抽出化学、および地域の水文学によって形作られた、異なる汚染物質の指紋が付着しています。あるストリーム向けに設計された処理システムが、別のストリームでは完全に間違っている可能性があります。これがまさに、一般的な画一的なアプローチが鉱業分野で常にパフォーマンスを下回る理由です。

▶ 対処する必要がある 3 つの汚染物質グループ

すべての種類の鉱山にわたって、汚染物質のプロファイルは 3 つの大きなグループに分類される傾向があり、それぞれに異なる処理対応が必要です。

• 重金属 — 鉱石の種類に応じて、ヒ素、鉛、亜鉛、カドミウム、銅、水銀が一般的です。これらは水中で移動しやすく、低濃度では有毒であり、事実上すべての管轄区域で厳しい排出制限の対象となります。制御された pH での沈殿が主な除去メカニズムであり、凝集剤が結果として生じる金属水酸化物の凝集の沈降を促進します。
• 酸性鉱山排水 (AMD) — 硫化鉱物の酸化により硫酸が放出され、pH が金属をさらに溶解し、水生生態系を破壊するレベルまで低下します。多くの場合、AMD は石炭、銅、および多金属硫化物鉱山における処理上の決定的な課題となります。
• 浮遊物質と硫酸塩が多い — 粉砕やブラストによる微細な鉱物粒子はプロセス水中に浮遊したままですが、AMD の影響を受けた水流では硫酸塩濃度が数千 mg/L に達する可能性があります。両方のパラメータにより、下流の処理段階での汚泥の量と膜の汚れが決まります。

▶ 鉱山廃水中核処理列車

効果的な鉱山廃水管理では、複数のユニット操作を連続して行うため、前の段階だけでは処理できないものを各段階で浄化します。以下の表は、標準的な処理トレインと各段階の対象となる汚染物質クラスをまとめたものです。

固液分離がこのトレインの中心にあります。一次段階での効率的な脱水により、下流のすべてのユニットに到達するものの量と毒性が直接減少し、化学薬品の消費量、膜の汚れ率、そして最終的には汚泥の処理コストが削減されます。この分離ステップがなぜそれほど重要なのかの詳細については、この分析を参照してください。 廃棄物管理において固液分離が重要な理由 .

▶ 酸性鉱山の排水: 解決が最も困難な問題

AMD は、鉱業における最も永続的な水の課題としての評判を獲得しています。黄鉄鉱などの硫化鉱物が空気や水と接触すると酸化すると、硫酸が生成されます。このプロセスは、採掘活動が停止した後も数十年間続きます。によると 放棄された鉱山の排水に関する米国 EPA のガイダンス 、米国東部だけでも数千キロメートルの河川がこの形態の汚染の影響を受けています。

積極的な AMD 治療は通常、消石灰 (Ca(OH)₂) または石灰石を使用した pH 中和から始まり、pH を 8 ～ 10 の範囲に上げ、溶解した鉄、アルミニウム、およびほとんどの重金属が水酸化物として沈殿します。沈殿物は微細で低密度のスラッジを形成しますが、それ自体では沈降しにくいため、ポリアクリルアミド凝集剤が不可欠になります。石灰添加後にアニオン性 PAM を添加すると、小さな金属水酸化物粒子が高密度で沈降の早いフロックに架橋され、清澄剤の滞留時間が大幅に短縮され、オーバーフローの品質が向上します。このプロセスの背後にある化学について詳しくは、次のガイドを参照してください。 廃水からの重金属除去とPAMの役割 .

▶ 鉱山における凝集剤: アニオン性 PAM と非イオン性 PAM

ポリアクリルアミド凝集剤は鉱物加工水処理における主力化学物質ですが、製品の選択はほとんどの作業者が思っている以上に重要です。間違った充填タイプを選択すると、弱いせん断に敏感なフロックが生成され、ポンプや洗濯機でバラバラになり、細かい固形物がオーバーフローに戻され、分離回路全体が損なわれます。

• アニオン性PAM 中性からアルカリ性条件 (pH 6.5 ～ 10) で最高のパフォーマンスを発揮し、石灰処理された AMD ストリームおよび酸化鉱石処理回路のほとんどをカバーします。この pH 範囲の鉱物粒子は通常、正味の負の表面電荷を帯びています。アニオン性ポリマーは、電荷の引力ではなく物理的な鎖の絡み合いによってそれらを架橋し、増粘剤や傾斜板清澄剤に適した大きくて丈夫なフロックを生成します。アニオングレードは、典型的な用量率で再安定化することなく、尾滓池の再生水で一般的な高濁度の流れにも対応します。
• 非イオン性 PAM アニオン電荷密度が抑制され、電荷ベースの架橋が無効になる酸性プロセス水 (pH 5 未満) には、これが推奨されます。また、二価カチオンがアニオン性凝集剤の性能を妨げる可能性がある、カルシウムまたはマグネシウムイオン濃度が高いスラリーにも選択されます。このため、石炭精製プラントおよび特定の卑金属浮遊選鉱回路では、非イオン性グレードが必要になることがよくあります。

実際のマイニング アプリケーションにおける両方のチャージ タイプの詳細な比較については、ガイドを参照してください。 鉱業用のアニオン性ポリアクリルアミド凝集剤と非イオン性ポリアクリルアミド凝集剤の比較 。サイト固有の選択の場合、実際のプロセス水を使用したジャーまたはシリンダーの沈降テストが、引き続き最も信頼性の高い試運転前ツールとなります。の全範囲を閲覧する 鉱山用途向けの鉱物処理凝集剤製品 分子量と電荷密度を回路要件に合わせます。

▶ 鉱物処理用凝集剤による増粘剤の性能の最適化

濃縮装置は、ほとんどの鉱物処理プラントで主要な固液分離装置であり、その性能によって水回収回路全体の上限が決まります。濃縮剤の性能が低下していると、希釈されたアンダーフローを生成したり、微細な固形物をオーバーフロー洗浄機に運び込んだりするため、下流の濾過装置にさらなる負荷がかかり、真水の消費量が増加し、尾鉱の処理コストが上昇します。

適切に選択および投与された PAM 凝集剤は、重力下でより効率的に圧縮するより大きく高密度のフロック構造を促進することにより、アンダーフロー密度を増加させます。それらは泥のラインを鋭くし、固体と液体が混ざり合う移行ゾーンの深さを減らします。また、オーバーフローをより早く浄化し、排水の品質を犠牲にすることなく、より高い供給速度を可能にします。これらの利益を達成するための実践的なテクニックについては、次の記事で詳しく説明されています。 鉱物処理用凝集剤による増粘剤の性能の向上 。主要な操作変数 (希釈率、添加点、フィードウェル前のせん断履歴) はすべて凝集剤の効率に影響を与えるため、個別に最適化するのではなく、一緒に最適化する必要があります。

▶ 水の再利用と規制遵守

鉱山廃水処理のビジネスケースは変化しました。 10年前、コンプライアンスが主な推進力でした。現在、水不足と淡水調達コストの上昇により、再利用が経済的に不可欠となっています。 PAM による濃縮とそれに続く膜研磨を組み込んだ高度な処理システムは、プロセス水の 90% 以上を回収して、浮遊選鉱、粉塵抑制、または装置の冷却に再利用でき、淡水の取水量と排水量の両方を大幅に削減できます。

ゼロ液体排出 (ZLD) 構成は、最終ブラインを濃縮して結晶化した塩を回収することで回収をさらに推進し、管理すべき液体廃棄物を残しません。これらのシステムは、水不足の地域、または受け入れ水路が法的に排出を受け入れることができない地域の鉱山向けに指定されることが増えています。規制要件は国や鉱石の種類によって大きく異なります。たとえば、米国の炭鉱は 40 CFR Part 434 に基づく数値排出制限を満たす必要がありますが、金属鉱山はサイト固有の NPDES 許可条件に直面しています。いずれの場合も、十分に文書化された PAM ベースの処理プログラムを通じて効果的な懸濁物質と重金属の除去を実証することは、許可の遵守とコミュニティの操業許可の両方をサポートします。完全に探索してください 完全な鉱山水処理製品群 鉱石の種類、プロセス化学、および排出目標に適合する凝集剤ソリューションを見つけることができます。