Кислотный Шахтный Дренаж

Дренаж кислотных шахт – одна из самых серьезных угроз для воды в горнодобывающей промышленности. Шахта, сливающая кислоту, может опустошать реки, ручьи и водную жизнь на сотни, а при “правильных” условиях-на тысячи лет.

На металлических рудниках целевая руда (например, золото, серебро, медь и т. Д.) часто богата сульфидными минералами. Когда процесс добычи подвергает сульфиды воздействию воды и воздуха, они вместе реагируют с образованием серной кислоты. Эта кислота может растворять другие вредные металлы и металлоиды (например, мышьяк) из окружающей породы. Кислотный дренаж шахты может быть выпущен в любом месте шахты, где сульфиды подвергаются воздействию воздуха и воды, включая отвалы отработанных пород, хвосты, открытые карьеры, подземные туннели и выщелачивающие площадки. Кислотный дренаж часто отмечается оранжево-желтым веществом (видимым на фотографии на этой странице), которое возникает, когда рН кислой шахтной воды поднимается выше рН 3 (приближаясь к более нейтральным условиям), так что ранее растворенное железо выпадает в осадок.

Дренаж кислотных шахт может оказывать серьезное воздействие на рыб, животных и растения. Многие подвергшиеся воздействию потоки имеют рН 4 или ниже — подобно аккумуляторной кислоте. Например, сток кислот и металлов с рудника Зортмана Ландаски в Монтане нанес вред биологической жизни в дюжине ручьев в Малых Скалистых горах. Кислотный дренаж шахты особенно вреден, потому что он может происходить бесконечно долго после окончания добычи. Обзор литературы по дренажу кислотных шахт пришел к выводу, что “сегодня не существует наземных шахт с твердыми породами, которые могли бы продемонстрировать, что дренаж кислотных шахт может быть остановлен, как только он происходит в больших масштабах”. Многие шахты с твердыми породами по всему миру могут нуждаться в очистке воды в течение сотен или тысяч лет или “в вечности” в результате кислотного дренажа шахт или выщелачивания металлов. Например, более 40 рудников твердых пород в Америке будут генерировать, по оценкам, 17-27 миллиардов галлонов загрязненной воды каждый год, постоянно и требуют дорогостоящей очистки воды.

Кислотный шахтный дренаж в Финляндии

Рудник (Cu, Pb, Zn) в Ориярви (1757-1956) был первым горным предприятием в Финляндии, где для обогащения руды использовались флотационные методы (1911-1955). Было произведено большое количество хвостов. Воздействие прошлых горных работ на водную экосистему близлежащего озера Ориярви изучалось с использованием комбинации палеолимнологических методов (анализ осадочных фрустраций диатомовых водорослей, цист хризофитов, концентраций металлов и радиометрических датировок). Воздействие металла, полученного из кислотного шахтного дренажа (АМД), на озеро оказалось самым сильным из всех зарегистрированных до сих пор в Финляндии. Концентрации Cu, Pb и Zn в донных отложениях на два-три порядка превышают фоновые значения. Во время самой тяжелой фазы нагрузки в озере практически не было водорослей. Achnanthes minutissima был самым выносливым видом, способным переносить повышенное содержание металла. Металлическая нагрузка изменила свойства отложений таким образом, что хризофитные цисты было невозможно идентифицировать из-за покрытия и коррозии. В озерной воде все еще наблюдается повышенная концентрация тяжелых металлов, что указывает на то, что воздействие хвостохранилища продолжает оказывать воздействие на озеро. Он имеет низкую производительность, и сообщества диатомовых planktic до сих пор не разработана (Салонен 2006,).

Кислотный шахтный дренаж в России

В нашем комплексном исследовании геохимии, геофизики и гидробиологии исследовано распределение химических элементов (Zn, Cu, Fe, Pb, Cd, As, Sb, Be) в воде и донных отложениях Беловского болота-отстойника. Это болото собирает дренаж, выходящий из клинкерных куч, образованных отходами пирометаллургической плавки сфалеритового концентрата. Вода в болоте имеет высокий ТДС с чрезвычайно высоким содержанием токсичных элементов. Донные отложения в болоте представляют собой смесь гидрогенных вторичных минералов Cu, Zn, Fe и других элементов. Высокие концентрации металлов приводят к резким изменениям в биоте: фитопланктоне, зоопланктоне и сообществах бактерий. Видовое богатство и состав планктона отражают химический состав воды болота-отстойника и позволяют рассматривать его как экстремальную среду обитания. Около 90 % особей зоопланктона имеют генетическую мутацию, выражающуюся в морфологических деформациях. Инфильтрация болотных вод высокого ТДС в грунтовые воды была обнаружена методом вертикального электрического зондирования (Бортникова, 2010).

Обработка дренажа кислотных шахт ферратом(VI)

В обзоре литературы сообщается о методике предотвращения образования кислотного дренажа путем нанесения феррата (VI) на кислотообразующие материалы перед захоронением в накопителях или сваях. Твердый феррат калия(VI) успешно использовался для окисления сульфидных хвостов шахт. Окисление пиритного материала в отходах горнодобывающей промышленности может снизить потенциал образования кислоты и связанные с этим экологические риски и долгосрочные затраты на местах захоронения. Предварительные результаты показывают, что окисление пирита ферратом имеет период полураспада около шести часов. Стабильность Fe(VI) в водных растворах не оказывает существенного влияния на скорость реакции (Fernandes, 2008).

Преимущество окисления богатых сульфидами хвостов ферратом(VI) по сравнению с другими схемами рекультивации заключается в том, что его можно рассматривать как постоянный раствор, то есть при окислении пиритного материала до соответствующих уровней не будет происходить длительного кислотообразования и выщелачивания металлов из этих материалов. Этот подход дает большие преимущества по сравнению с другими методами лечения, которые предполагают длительное обслуживание, поскольку они не служат окончательным решением. Цель настоящего проекта состоит в том, чтобы исследовать потенциал методологии предотвращения образования кислотного дренажа путем применения феррата (VI) к кислотообразующим хвостам до их захоронения в накопителях или сваях. Окисление пиритных хвостов и уменьшение потенциала образования кислот уменьшат долгосрочные проблемы, связанные с утилизацией этого материала, и снизят экологические риски на местах захоронения. Применение феррата будет происходить в шламовом трубопроводе во время последующей обработки хвостов перед их удалением в отвалы или плотины.

Предварительная оценка феррата(VI) для обработки кислотного шахтного дренажа, ориентированная на осаждение металлов (т. е. железа [Fe] и марганца [Mn]) и последующее удаление. Для моделирования двух коммерчески жизнеспособных форм производства Fe(VI) были изучены два подхода дозирования: только Fe(VI) и Fe(VI) с гидроксидом натрия (NaOH). Последующее видообразование металлов оценивали с помощью фильтрационного фракционирования. При добавлении только Fe(VI) рН оставался <3,6, а осаждение Mn и Fe составляло <30 и <70% соответственно при самой высокой, стехиометрически избыточной дозе Fe(VI). Когда NaOH и Fe(VI) добавлялись одновременно, осаждение Mn было гораздо более полным, в дозах, близких к прогнозируемому стехиометрическому требованию окисления. Оптимальная доза Fe(VI) для обработки Mn составляла 25 мм. Образование Mn(VII) было отмечено при дозах Fe(VI) выше стехиометрических требований, что было бы проблематично в полномасштабных системах очистки кислотных шахтных дренажей. Осаждение Fe составляло >99% при добавлении только NaOH, что указывает на то, что окисление Fe(VI) не играло существенной роли при добавлении. Частицы Fe(III) и Al(III) были относительно большими, что говорит о вероятном успехе последующего удаления путем осаждения. Полученные частицы оксида Mn были относительно малы, что указывает на то, что для достижения целей очистки сточных вод Mn может потребоваться дополнительная дестабилизация частиц. Феррат кажется жизнеспособным для обработки кислотных шахтных дренажей, особенно когда он поступает через локальную генерацию из-за сосуществования NaOH в потоке продукта (Goodwill, 2019).

Проект CBC OneDrop в настоящее время работает над применением установки с производством феррата натрия для очистки кислотных шахтных дренажей в Финляндии и России.