Управление на отпадъчни води от рудодобива

През последните няколко години рудодобивните компании са изправени пред редица предизвикателства – изискванията за опазване на околната среда и ефективно управление на ценни ресурси като водата, както и строгите законодателни норми в тези направления.

Въпреки че по-голямата част от генерираните от мините отпадъци са в твърдо състояние, основните замърсители от добивните и преработвателните дейности се отделят с отпадъчните води. Установено е, че над 70% от замърсителите от минната индустрия се емитират във водите, което обуславя необходимостта от прилагането на различни технологии за пречистването на тези потоци преди изпускането им в околната среда.

От критично значение е да не се допусне отделянето на токсични компоненти от рудодобива в околната среда, тъй като това впоследствие би довело и до постъпването им в хранителната верига. Поради това изискванията, на които трябва да отговарят изпусканите водни потоци, стават все по-строги, а несъответствието със зададените норми се наказва с нарастващи по размер глоби.

С отпадъчните води могат да се емитират реагенти от преработката на минералите като цианиди, киселини и основи, твърди или разтворени метални съединения, разтворени соли, радиоактивни компоненти, хлориди и суспендирани частици.

Разтворени метали

Адсорбционната способност на фино смлени минни отпадъци може да се използва за пречистването на отпадъчни води от рудодобива, съдържащи разтворени метали. Адсорбираните върху минералната повърхност метали запазват това си състояние, докато стойността на pH е благоприятна (например, >7 за цинк, >5 за мед).

Смесването на потока отпадъци и водите, съдържащи разтворени метали, е приложимо в случаите, когато: отпадъците са с алкално pH и се състоят от наскоро смлени минерали (например от процес на флотация); буферният капацитет на отпадъчния поток е значително по-висок от киселинния капацитет на добавяните води; съдържащите метали води могат да бъдат добавени по такъв начин, че да се осигури достатъчно време за контакт и смесване с отпадъците.

Предимствата на този метод включват висока ефективност, елиминиране на разходите за изграждане и поддръжка на пречиствателна станция, липса на необходимост от третиране на утайки, които биха се генерирали при прилагане на конвенционално пречистване. Методът също така е приложим за потоци отпадъчни води с различен дебит и е ефективен в широк температурен диапазон, което е важно, тъй като процесните води от рудодобива обикновено са с повишена температура.

Суспендирани частици и разтворени компоненти

Пречистването на отпадъчните води от рудодобива от тези замърсители може да се осъществи в открити езера или в специално изградени съоръжения. Прилаганите процеси включват утаяване на разтворените компоненти, предимно метали, и сепариране на утайката и частиците. За утаяването обикновено се използват сулфиди, вар или комбинация от тях. Разделянето на утайката и твърдите частици може да стане посредством гравитачно или принудително утаяване.

При натрупване на флотационни или други отпадъци от минната дейност емисиите във водите могат да бъдат под формата на твърди частици или елуати. Емисиите на твърди частици вследствие на силни валежи могат да бъдат предотвратени успешно чрез разполагане на утаителни езера преди приемното водно тяло. Конструкцията им зависи от максималните количества валежи, особеностите и наклона на терена, размера на частиците и др.

Третиране на киселинни води

Методите за третиране на водите от рудодобива с цел елиминиране и намаляване на киселинността и утаяване на тежките метали могат да бъдат разделени на активни и пасивни. Активното третиране включва неутрализация на киселинните води с алкални химикали. Тези реагенти обаче в повечето случаи са скъпи, а разходите за изграждане и експлоатация на пречиствателна инсталация от този тип са високи.

Пасивното пречистване включва изграждането на система, използваща естествено протичащи химични и биологични реакции, подпомагащи третирането нa киселите дренажни води, и изискваща ниско ниво на поддръжка. Сред мерките за пасивен контрол са изграждането на анокси и варовикови канали, отклоняването на дренажа през изкуствени влажни зони и др. Възможно е и комбинирането на техниките за активно и пасивно пречистване.

Отстраняване на арсен и цианиди

Металите в микроконцентрации се отстраняват ефективно от рудничните отпадъчни води чрез добавянето на железни соли. При този процес арсенът обикновено се утаява като калциев или железен арсенат. Могат да бъдат утаени и арсенити, но те са по-разтворими и по-нестабилни от арсенатите. Поради това съдържащите арсенити отпадъчни водни потоци се окисляват предварително, за да се гарантира, че арсенатите преобладават.

Технологичните води от преработката на арсенсъдържащи руди могат да включват различни количества арсен, арсенити и арсенати. Наличието на метални йони като мед, олово, никел и цинк ограничава разтворимостта на арсена поради формирането на разтворими метални арсенати.

Стабилността и разтворимостта на тези арсенати зависят от съотношението желязо-арсен. Колкото по-голямо е то, толкова по-неразтворима и стабилна е утайката. По този начин, докато железният арсенат е относително разтворим, основните арсенати със съотношение желязо-арсен от 8 са в пъти по-малко разтворими в диапазона на pH от 2 до 8. Чрез прилагането на този метод могат да бъдат постигнати концентрации на разтворен арсен от 0,5 mg/l и по-малко.

Утаяването на неразтворими железни арсенати обикновено е съпроводено с утаяването на други компоненти, например селен. Това включва взаимодействие между различните метали и утайката от железен хидроксид. Процесът протича с добавянето на разтворима желязна сол към технологичните води, последвано от добавяне на достатъчно количество основа за получаването на неразтворим железен хидроксид. В много случаи процесните води съдържат достатъчно желязо, поради което за утаяването на железен хидроксид е необходимо да се добави само основа.

В световен мащаб естественото разграждане е все още най-разпространеният метод за третиране на цианиди във водни потоци от добива на злато. Въпреки че понастоящем третирането на цианиди е с фокус предимно върху елиминирането им, съществува възможност и за тяхното възстановяване и повторна употреба, свързани със свеждане на използваните количества цианиди до минимум и намаляване на експлоатационните разходи.

Биохимични реактори

В тези съоръжения замърсителите от рудничните води се отстраняват от микроорганизми. Биореакторите могат да бъдат с различна конструкция, включително открити или подземни езера, резервоари или изкопи между минните отпадъци и повърхностно водно тяло. Те са подходящи за широк диапазон от дебити, киселинност и степен на замърсяване с метали.

Биореакторите могат да функционират пасивно или активно. Повечето биореактори, използвани в рудодобивната индустрия, работят в анаеробен режим и включват бактерии, редуциращи концентрацията на сулфати. С намаляването на количеството сулфати в тези системи металните сулфиди се утаяват и отстраняват.
Биореакторите ефективно повишават pH и отстраняват сулфати и метали като цинк, олово, мед, кадмий, кобалт и никел от рудничните води. Метали и металоиди (например арсен, хром, селен, талий и уран) също могат да бъдат отстранени.

Дизайнът на биореакторите зависи от специфичните характеристики на третираните води, предимно pH, дебит, температура, вида и концентрацията на металите, както и от наличното пространство за пречиствателната система. По принцип биореакторите се изграждат с дълбочина поне 90-120 cm, като при по-студен климат може да са необходими и по-големи дълбочини.

Пропускливи реактивни бариери

Това са пропускливи пречистващи зони, в които е поставен реактивен материал, през който преминават замърсените води. В повечето случаи реактивният материал е в директен контакт със заобикалящия го водоносен слой. Реактивните материали могат да бъдат варовик, компост, зеолити, активен въглен и апатит.
Когато са правилно изградени и внедрени, пропускливите реактивни бариери могат да отстранят много различни замърсители и да спомогнат за достигането на регулаторно зададените концентрации.

Данни показват, че след инсталирането си тези системи се нуждаят от много малко дейности по поддръжка в продължение на поне 5 до 10 години. По време на експлоатация единствените разходи са свързани с извършването на проверки за съответствие и мониторинг на ефективността.
С тази технология успешно се отстраняват различни замърсители, включително радионуклиди, метали в микроконцентрации и аниони. Сред металите в микроконцентрации, които могат да бъдат елиминирани чрез пропускливи реактивни бариери, са хексавалентен хром, никел, олово, уран, желязо, магнезий, селен, мед, кобалт, кадмий и цинк. Анионите, които могат да бъдат третирани по метода, включват сулфати, нитрати, фосфати и арсен.

Реактори с флуидизиран слой

В тези реактори замърсените руднични води преминават през гранулирана твърда среда, например пясък или активен въглен, с достатъчен дебит, за да се стигне до флуидизиране на слоя, в който се развиват микроорганизми. Реакторите с флуидизиран слой могат да бъдат конструирани като аеробни или анаеробни системи. След биологичното третиране на водите в тези съоръжения е необходимо те да бъдат подложени на процес за отстраняване на твърдите частици. В реактори от този тип отпадъчните води от рудодобива могат да бъдат третирани за отстраняване на селен, хром, нитрати и перхлорати.

Обратна осмоза

Както е известно, това е процес на пречистване, протичащ под действието на налягането с помощта на полупропусклива мембрана, която пропуска водата, но задържа замърсителите. Разтворените йони се задържат в концентриран солен разтвор, който изисква допълнително третиране или обезвреждане. Обратната осмоза е доказан метод за деминерализация на киселинни руднични дренажни води. Недостатък на технологията са значителните разходи за изграждане и експлоатация на инсталацията.

Методът може да се използва за отстраняване на метали, разтворени твърди частици и сулфати.
За ефективността на системите за обратна осмоза са необходими регулярни мониторинг на мембраните и поддръжка. При предварително третиране на отпадъчните водни потоци и извършването на рутинна поддръжка мембраните могат да имат експлоатационен живот от 2 до 5 години. Когато мембраните се замърсят или достигнат края на ефективния си живот, е необходимо те да бъдат обезвредени по подходящ начин.

Основният недостатък на технологията са нуждата от високо работно налягане и свързаните с това енергия и разходи. Прилагането на обратна осмоза не е практично при концентрация на разтворени твърди частици над 10 000 mg/l.