Traitement des eaux de mine : comment traiter le drainage minier acide, les métaux, les sulfates et les eaux de résidus

Présentation

Les projets miniers gèrent l'eau des puits, des travaux souterrains, des stériles, des installations de traitement des résidus miniers, des précipitations, des infiltrations et des services publics. Ces eaux ne partagent pas une seule chimie. Certains drainages miniers sont très acides et porteurs de métaux. Certains sont presque neutres mais contiennent encore du fer, du manganèse, du sulfate ou d'autres constituants dissous. Les surnageants peuvent transporter des solides minéraux fins et des réactifs résiduels. Le recyclage des eaux de transformation peut progressivement accumuler des sels qui affectent la flottation, l'équipement et la récupération des produits.

La Commission géologique des États-Unis définit généralement le drainage minier comme des eaux de surface ou des eaux souterraines drainant une exploitation active ou abandonnée. Il peut aller de l'eau semblable aux conditions naturelles de fond à l'eau acide chargée de métal. Cette distinction est importante : la spécification d'une usine de drainage minier acide avant de confirmer l'acidité nette, le débit et la chimie minérale peut conduire au mauvais réactif, système de boues ou limite de processus.

Les projets relatifs à l'eau des mines sont également façonnés par la géographie. Un site éloigné peut avoir une puissance limitée, des produits chimiques, des opérateurs et un accès routier. Une opération à forte chute de pluie peut connaître des pics saisonniers. Un site froid peut nécessiter une protection contre le gel. L'eau de fermeture et de post-fermeture peut continuer longtemps après l'enlèvement du matériel de production.

Ce guide offre aux propriétaires de mines, aux équipes de la CPE, aux gestionnaires de l'environnement et aux spécialistes de l'approvisionnement un cadre pour comparer le contrôle des sources, le traitement actif et passif, les précipitations de métaux, le contrôle des sulfates, les membranes, les résidus et la livraison modulaire. Il soutient laMines, métaux et acier solution de traitement de l'eauet connexeséquipements industriels de traitement des eaux usées.

Utiliser l'eau d'influence minière,

L'EPA des États-Unis utilise l'eau sous influence minière comme terme générique qui comprend le drainage des roches acides, l'eau neutre et alcaline, l'eau de traitement des minéraux et l'eau résiduelle. La première tâche du projet est donc un inventaire des sources.

Carte des principales sources d'eau

Ne combinez pas les cours d'eau simplement parce qu'ils se trouvent à l'intérieur de la mine. Une infiltration à faible débit, à acidité élevée et un grand cours d'eau pluvial peuvent nécessiter différentes stratégies de collecte et de traitement. Le fait de garder l'eau propre loin des zones contaminées réduit souvent la capacité de traitement plus efficacement que l'agrandissement d'une usine.

Définir le bilan d'eau du site entier

L'équipement de traitement ne peut compenser un bilan hydrique non défini. Quantifier les entrées, le stockage, l'évaporation, la demande de procédés, le recyclage, le rejet et les événements saisonniers.

La base de conception devrait distinguer:

• débit moyen sec par temps sec;
• débit normal de fonctionnement;
• débit en saison humide ou en fonte des neiges;
• taux de pompage maximal;
• les rejets par lots de résidus ou de procédés;
• la fermeture et le débit après fermeture, le cas échéant;
• stockage d'urgence et philosophie de contournement.

La qualité de l'eau devrait être liée au débit. La concentration seule peut induire en erreur; la charge massique est le produit de la concentration et du débit. Une petite infiltration acide à haute teneur en métaux et un important drainage quasi neutre à faible concentration peuvent nécessiter des priorités différentes.

L'échantillonnage doit comprendre des mesures sur le terrain parce que le pH, l'oxygène dissous, l'état d'oxydation et la spéciation métallique peuvent changer après la collecte. Enregistrer la source, le temps, la météo, l'état de production, l'état de pompage, la conservation et les résultats d'analyse filtrés par rapport aux résultats non filtrés. Un programme représentatif peut exiger des données de saison sèche et humide plutôt qu'un rapport de laboratoire.

Drainage minier acide, neutre et alcalin

Le drainage minier acide se forme lorsque les minéraux sulfurés sont exposés à l'air et à l'eau. USGS note que cette eau peut contenir du sulfate, du fer, de l'aluminium et d'autres métaux. Cependant, l'eau impactée par les mines peut aussi être circumneutre ou alcaline tout en transportant des constituants dissous.

La conception doit utiliser les données d'acidité et d'alcalinité, et non le pH seul. Deux échantillons ayant le même pH peuvent nécessiter des doses de neutralisation différentes parce que le tamponnage et les métaux dissous diffèrent. Les essais de titration ou de traitement en laboratoire peuvent établir la demande de réactif de façon plus fiable qu'une correction théorique du pH.

Questions pour la base de réaction

1. Quels métaux doivent être enlevés et dans quels états d'oxydation?
2. Quelle plage de pH favorise la précipitation de chaque constituant contrôlant?
3. L'oxydation est-elle nécessaire pour le traitement du fer ou du manganèse?
4. L'arsenic, le sélénium ou un autre métalloïde pourraient-ils nécessiter un mécanisme distinct?
5. Quel réactif neutralisant est disponible et pratique sur le site?
6. Quelle quantité de boue va se former, et comment va-t-elle se déposer et s'assécher?
7. Le recyclage des flux augmentera-t-il la consommation de sels dissous ou de réactifs?

Les réponses déterminent la séquence de réaction. La neutralisation en un seul stade peut ne pas suffire lorsque différents métaux précipitent dans différentes conditions ou lorsque la coprécipitation et l'oxydation sont importantes.

Neutralisation active et précipitation des métaux

Le traitement actif utilise l'addition de réactif contrôlée, le mélange, la réaction, l'oxydation ou la réduction, la clarification et la manipulation des boues. Les sources d'alcalinité communes peuvent inclure la chaux, le calcaire, la caustique ou d'autres réactifs approuvés sur place. La sélection dépend de la chimie de l'eau, de l'approvisionnement local, de la sécurité, du stockage, de la préparation et des caractéristiques des boues.

Le processus peut comprendre:

1. l'équilibrage des flux et la gestion des solides grossiers;
2. ajout contrôlé d'alcalinité;
3. oxydation ou réduction au besoin;
4. les précipitations métalliques échelonnées;
5. la coagulation et la floculation;
6. la clarification ou la séparation des solides à haut taux;
7. filtration ou polissage;
8. épaississement et déshydratation des boues.

Le pH de réaction ne doit pas être copié à partir d'un graphique générique sans tester l'eau réelle. La complexation, le sulfate, la température, les ions concurrents et le comportement des particules peuvent changer l'élimination et le dépôt. Le pH du traitement final peut aussi nécessiter un ajustement avant la décharge ou les membranes en aval.

La sélection du clarificateur doit refléter la charge des solides, le dépôt des particules, les pics hydrauliques et l'entretien. Les boues à haute densité ou les configurations de recyclage des boues peuvent améliorer les caractéristiques des solides dans certaines applications, mais il faut définir le taux de recyclage, l'inventaire des semences et la logique de contrôle.

Traitement passif et hybride

Les systèmes passifs peuvent utiliser des drains calcaires, des bassins de décantation, des milieux humides, des systèmes successifs de production d'alcalinité, des réacteurs biochimiques ou d'autres procédés à basse énergie. Leurs avantages peuvent inclure des besoins réduits en réactif continu et en puissance. Leurs limites peuvent inclure une grande superficie terrestre, un long temps de rétention, une sensibilité au climat, l'engorgement, le remplacement du substrat et une flexibilité moindre pendant les changements de charges.

Le traitement passif n'est pas simplement un entretien. L'acheteur doit évaluer le temps de résidence hydraulique, l'état d'oxygène, la production d'alcalinité, la charge métallique, l'accumulation de matières solides, le court-circuit, l'état de végétation ou de substrat, l'accès et la surveillance à long terme.

Les systèmes passifs peuvent s'adapter à un drainage stable, à charge moindre, avec suffisamment de terres et une chimie prévisible. Les systèmes actifs peuvent être plus appropriés lorsque le débit ou la chimie varie grandement, que l'empreinte est limitée ou qu'un contrôle serré est nécessaire. Les systèmes hybrides peuvent combiner le prétraitement actif avec le polissage passif ou utiliser la génération d'alcalinité passive avant la séparation contrôlée des solides.

La scène est importante. Une mine en exploitation active avec du personnel et des services publics a différentes options qu'une décharge abandonnée à distance qui peut nécessiter des décennies de traitement à faible attention.

Recyclage de l'eau et du traitement des minéraux

Les résidus d'eau ne sont pas toujours un drainage minier acide. Ses principaux problèmes peuvent être les solides fins en suspension, la turbidité, les métaux dissous, la salinité et les réactifs résiduels de flottation, de lessivage ou de désintoxication.

La clarification, la coagulation, la floculation et la filtration peuvent améliorer le contrôle des solides en suspension. Les résidus réactifs peuvent nécessiter des mesures chimiques, biologiques ou d'adsorption ciblées. Si le cyanure ou un autre produit chimique de procédé est présent, utiliser une base de destruction ou de récupération propre à un procédé, élaborée par des spécialistes qualifiés; ne présumez pas que la neutralisation ordinaire assure le contrôle.

Le recyclage de l'eau peut réduire la demande en eau douce, mais les constituants dissous s'accumulent lorsqu'ils n'ont pas de sortie. L'augmentation du sulfate, du chlorure, du calcium, du magnésium, du sodium ou des réactifs résiduels peut affecter l'échelle, la corrosion, la sélectivité de flottation, le lessivage ou la qualité du produit en aval. L'objectif de réutilisation devrait donc être défini en fonction de la compatibilité du processus, et non seulement des limites de rejet.

Construisez un bilan massique de l'eau circulante qui identifie les ions et les réactifs qui entrent dans le produit ou les résidus, qui en sortent, qui précipitent ou qui s'accumulent. Une petite hémorragie contrôlée et la voie de traitement peuvent être plus stables que la tentative de recyclage illimité.

Traitement du sulfate et de la salinité

La neutralisation et les précipitations de métaux peuvent laisser du sulfate et d'autres sels dissous en solution. La question de savoir si un nouvel enlèvement est nécessaire dépend du permis, de l'environnement récepteur, du processus de réutilisation et de l'équilibre hydrique.

Les méthodes possibles de contrôle des sulfates comprennent la précipitation sous une chimie spécifique, la réduction biologique des sulfates, l'échange d'ions ou la séparation des membranes. Chacun crée des résidus et a des besoins en alimentation. La réduction biologique du sulfate nécessite un donneur d'électrons approprié, la température, le temps de séjour et le contrôle des solides de sulfures et de sulfures métalliques. Les membranes nécessitent un prétraitement et produisent du concentré. Les précipitations peuvent nécessiter un apport chimique élevé et générer des boues minérales.

Ne spécifiez pas l'élimination du sulfate d'un numéro de concentration. Inclure le calcium, l'alcalinité, les métaux, la salinité, la température et la cible parce qu'ils influencent l'échelle, la demande de réactif et les performances réalisables.

Membranes pour la réutilisation des mines et de l'eau

L'ultrafiltration peut fournir un contrôle des particules avant une phase de traitement des solides dissous. La nanofiltration ou l'osmose inverse peut soutenir la réduction, le dessalement ou la réutilisation du sulfate, selon l'alimentation et la cible.

La faisabilité de la membrane dépend :

• solides en suspension et colloïdaux;
• le fer, le manganèse et l'aluminium;
• calcium, magnésium, sulfate, carbonate et silice;
• réactifs organiques ou de flottation;
• température et pH;
• pression osmotique et récupération de la cible;
• stratégie de nettoyage et compatibilité chimique;
• volume concentré et sortie.

Le prétraitement peut nécessiter l'oxydation, la précipitation des métaux, la clarification, la filtration des milieux, l'adoucissement ou la filtration des cartouches. La récupération des RO devrait provenir de l'analyse de l'échelle et du bilan massique, et non d'un pourcentage standard de commercialisation.

Si l'eau traitée revient au broyage, à la flottation, à la suppression des poussières, au lavage, au refroidissement ou à un autre procédé, définir la qualité requise par cette utilisation. Revoirguide de faisabilité pour la réutilisation industrielle de l'eauavant de choisir une configuration de membrane.

Concentrés, boues et résidus à long terme

Le traitement de l'eau de mine transfère les contaminants dans les solides ou les concentrés. Ces résidus font partie du projet, et non d'une réflexion.

Les boues de neutralisation peuvent contenir des hydroxydes métalliques, du gypse, du réactif non réagi et de l'eau entraînée. Son volume et son comportement de déshydratation dépendent de la chimie et des conditions du procédé. Mise à l'essai et filtration lorsque la manipulation des boues affecte la taille ou le transport de l'équipement.

Le concentré de membrane peut contenir la charge dissoute la plus élevée du système. Son itinéraire pourrait comprendre un retour contrôlé, un stockage doublé, un traitement ultérieur, une évaporation ou une autre option approuvée. Le concentré de retour en amont sans bilan massique peut créer une boucle fermée de sels.

La caractérisation, l'entreposage et l'élimination résiduelles doivent respecter le plan minier applicable et les exigences locales. Les fournisseurs d'équipement devraient indiquer les flux résiduels attendus et les hypothèses de conception, mais ne devraient pas inventer une classification ou une approbation d'élimination des déchets.

Matériaux, Abrasion et conception à distance

L'eau de mine peut combiner un pH bas, des chlorures, du sulfate, des solides minéraux en suspension et des conditions de graduation. Sélectionnez le composant des matériaux mouillés par composant. Les réservoirs, les tuyauteries, les pompes, les vannes, les instruments et les équipements de filtration peuvent nécessiter différents matériaux.

Les solides abrasifs affectent le type de pompe, la vitesse, les virages, les vannes et les intervalles d'entretien. Les systèmes réactifs nécessitent un contrôle des poussières, un déchargement sûr et une préparation fiable. Les installations extérieures peuvent nécessiter une protection contre les intempéries, le traçage de la chaleur, l'isolation, l'ombre, la ventilation ou le gel.

Les sites éloignés bénéficient de limites modulaires claires, mais un conteneur n'est pas automatiquement la meilleure solution. Vérifier les limites de la route, la capacité de la grue, les dimensions de transport, les charges de fondation, les livraisons chimiques, les pièces de rechange et les compétences de l'opérateur. Lesguide système monté sur patins versus conteneuriséfournit une comparaison utile de la livraison.

Essais, inspection en usine et mise en service

Les essais sur banc peuvent évaluer le réactif neutralisant, la dose, la séquence de réaction, l'oxydation, la floculation, le dépôt et la production de boues. Les tests de membrane peuvent étudier le prétraitement, le flux et le rejet. Les essais pilotes peuvent être justifiés lorsque l'eau varie, que l'encrassement à long terme est incertain, que la cinétique du traitement passif contrôle l'empreinte ou qu'un nouveau procédé est proposé.

Les essais en usine devraient vérifier la portée de l'équipement : dimensions, matériaux, pompes, mélangeurs, systèmes de dosage, instruments, logique de contrôle, alarmes, verrouillages et documents. Les essais fonctionnels sur l'eau propre ne peuvent pas prouver la performance en chimie de l'eau des mines, et le rapport FAT devrait le dire.

L'inspection de l'expédition doit confirmer les accessoires de transport, les instruments protégés, les raccords plafonnés, les articles de rechange et les articles en vrac, les points de levage et l'emballage convenant à l'itinéraire. La préparation de l'installation devrait porter sur les fondations, le drainage, l'accès, le stockage chimique, la zone de boues, l'eau pour la mise en service, le soutien en laboratoire, la qualité de l'énergie et les communications.

L'acceptation de la mise en service devrait indiquer l'enveloppe, le débit, l'état saisonnier, la méthode d'échantillonnage, les responsabilités de l'exploitant et le temps disponible pour la stabilisation du processus. Un court essai en temps sec favorable ne doit pas être considéré comme une preuve d'une charge non testée en saison humide.

Liste de contrôle RFQ pour le traitement de l'eau des mines

Fournir:

1. Type de mine, minerai et itinéraire de traitement.
2. Carte des sources d'eau et système de collecte actuel.
3. Moyenne saisonnière, débits maximum et débit minimal.
4. Analyses sur le terrain et en laboratoire pour chaque source importante.
5. Acidité, alcalinité et spéciation métallique le cas échéant.
6. Métaux totaux et dissous, sulfate, chlorure, TDS, TSS et silice.
7. Réactifs de procédé qui peuvent pénétrer dans les résidus ou recycler l'eau.
8. Limites de décharge, destination de réutilisation et point d'échantillonnage.
9. Équilibre de l'eau dans tout le site et recyclage des cours d'eau.
10. Climat, élévation, accès au site et terrains disponibles.
11. Disponibilité en énergie, eau, air et réactif.
12. étangs, clarificateurs, pipelines et installations de boues existants.
13. Voie résiduelle de stockage, d'assèchement et d'élimination.
14. Automatisation, télésurveillance et couverture de l'opérateur.
15. Essai, expédition, installation, mise en service et attentes post-fermeture.

FAQ

Tout le drainage minier est acide ?

C'est pas vrai. Le drainage minier peut être acide, neutre ou alcalin. L'eau presque neutre peut encore contenir du sulfate, du fer, du manganèse ou d'autres constituants. Mesurer l'acidité, l'alcalinité et la chimie complète au lieu de choisir le traitement à partir du pH seul.

Quelle est la première étape du traitement du drainage des mines acides?

Tout d'abord caractériser la source, le débit, l'acidité nette, les métaux dissous et totaux, le sulfate, la variation saisonnière et la cible de sortie. Le traitement comprend souvent l'addition d'alcalinité et les précipitations de métaux, mais la séquence de réactif et de réaction nécessite des essais.

Un système passif peut-il remplacer une usine minière active?

Il peut être utilisé dans des conditions appropriées, surtout lorsque le débit et la charge sont stables, que le terrain est disponible et que de longs temps de séjour sont acceptables. Les systèmes passifs doivent encore être conçus, surveillés et entretenus. Les projets variables à forte charge ou étroitement contrôlés peuvent nécessiter un traitement actif ou hybride.

L'osmose inverse peut-elle traiter l'eau de mine?

RO peut réduire les constituants dissous et soutenir la réutilisation après un prétraitement adéquat. Les métaux, les solides en suspension et les ions d'échelle doivent être contrôlés et la voie de concentration doit être définie. La récupération dépend de la chimie réelle.

Comment évaluer la réutilisation des eaux résiduaires?

Examiner les solides en suspension, les sels dissous, les métaux, les résidus de réactif et leurs effets sur le circuit de traitement des minéraux. Utiliser un bilan de masse circulant pour identifier l'accumulation et définir une voie de saignement contrôlée ou de traitement.

Qu'est-ce qui entraîne habituellement le coût d'exploitation du traitement de l'eau de mine?

Les facteurs importants comprennent le débit et les pics saisonniers, la demande de réactif, la production de boues, l'énergie, le nettoyage des membranes, l'élimination des concentrés ou des résidus, la couverture par l'opérateur et la logistique vers un site éloigné. Comparez les limites du cycle de vie, et non le prix de l'équipement.

Conclusion

Le traitement de l'eau des mines commence par le contrôle des sources, un bilan hydrique saisonnier et la chimie liée à la charge massique. Drainage à l'acide distinctif, eau de mine neutre, surnageant des résidus, recyclage des procédés et eaux pluviales. Attribuer ensuite des rôles clairs à la neutralisation, aux précipitations de métaux, à la clarification, au traitement passif, au contrôle des sulfates et aux membranes.

Les spécifications d'approvisionnement les plus strictes rendent visibles les résidus, les conditions de sites éloignés et les opérations à long terme. Il sépare également ce que les essais en laboratoire et les essais pilotes peuvent établir de ce qui doit être démontré pendant la mise en service. Cela évite de choisir un paquet générique qui fonctionne sur un échantillon mais ne peut pas gérer la réalité saisonnière ou opérationnelle de la mine.

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Partager la description de la mine et du procédé, la carte des sources d'eau, le débit saisonnier, les analyses disponibles, la cible de rejet ou de réutilisation, les conditions du site, la disponibilité du réactif et le plan de gestion des résidus. Baihuipu peut identifier les intrants manquants nécessaires avant que l'on discute de l'itinéraire et de la portée de l'équipement propres au projet.

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Notes de référence techniques

• US Geological Survey: Drainage des mines
• U.S. EPA: Guide de référence sur les techniques de traitement de l'eau sous influence minière
• EPA des États-Unis : drainage minier abandonné
• Commission européenne CCR: Document de référence sur les meilleures techniques disponibles pour la gestion des déchets des industries extractives