Contaminantes en aguas residuales mineras y su tratamiento

Con el desarrollo continuo de tecnología de extracción y procesamiento de mineralesEl tratamiento y el reciclaje de aguas residuales han adquirido una importancia creciente en el sector minero. El tratamiento de aguas residuales no solo reduce la contaminación ambiental, sino que también permite el reciclaje de recursos y mejora los beneficios económicos del procesamiento de minerales. Este artículo presentará los contaminantes presentes en las aguas residuales del procesamiento de minerales, así como las tecnologías y métodos relevantes para su tratamiento.

 

Principales contaminantes en las aguas residuales mineras

La composición de las aguas residuales mineras es compleja. Los principales contaminantes varían según la tipo de mina, composición del mineral y proceso de extracción. En términos generales se puede resumir en las siguientes categorías:

1. Iones de metales pesados

• Contaminantes típicos: plomo (Pb), cadmio (Cd), cobre (Cu), zinc (Zn), cromo (Cr), mercurio (Hg), níquel (Ni), arsénico (As), etc.
• Fuente: Estos iones de metales pesados provienen principalmente de los componentes metálicos del mineral, así como de los reactivos utilizados en el proceso de beneficio y fundición.
• Peligros: Enriquecido a través de la cadena alimentaria, daña el sistema nervioso humano, la función hepática y renal, e incluso causa cáncer; daños a los ecosistemas acuáticos.

2. Materia en suspensión y material particulado

• Contaminantes típicos: polvo de mineral, limo, polvo de carbón, etc.
• Fuentes: Partículas sólidas generadas por la minería, trituración, lavado de mineral, y otros procesos, así como la materia suspendida transportada por el agua de desbordamiento de los estanques de relaves.
• Peligros: bloqueando ríos, reduciendo la transparencia del agua y destruyendo hábitats acuáticos.

3. Sustancias ácidas

• Contaminantes típicos: ácido sulfúrico (H₂SO₄), ácido nítrico y aguas residuales ácidas (el pH puede ser tan bajo como 2,5-3,5).
• Fuente: Oxidación de minerales sulfurados y vertido de aguas residuales ácidas. Los minerales sulfurados (como la pirita) se oxidan para producir sulfato ferroso y ácido sulfúrico, formando drenaje ácido de mina (DAM). Por ejemplo, el FeS₂ reacciona con el oxígeno y el agua para producir ácido sulfúrico y sales de hierro.
• Peligros: Corrosión de equipos, acidificación del suelo y del agua, promoción de la disolución de metales pesados, inhibición de la actividad microbiana.

4. Contaminantes orgánicos

• Contaminantes típicos: fenoles, cianuro, hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), disolventes orgánicos, sustancias derivadas del petróleo, etc.
• Fuente: Sustancias orgánicas presentes en los agentes de procesamiento de minerales, el proceso de lavado de carbón y las aguas residuales domésticas en zonas mineras. Por ejemplo, el proceso de extracción de oro con cianuro generará aguas residuales con cianuro, y la planta de coquización descargará aguas residuales con fenol.
• Peligros: El cianuro es altamente tóxico, 0,1 g puede ser letal; los fenoles destruyen la capacidad de autodepuración de los cuerpos de agua y afectan a los organismos acuáticos.

5. Materiales radiactivos

• Contaminantes típicos: elementos radiactivos como el uranio (U), el torio (Th) y el radio (Ra).
• Fuentes: Lixiviación de líquido procedente de minerales y relaves durante la extracción de minerales radiactivos (como las minas de uranio).
• Peligros: La exposición prolongada a la radiación puede provocar problemas de salud como cáncer y mutaciones genéticas.

6. Otros contaminantes

• Sulfato (SO₄²⁻): El sulfato producido por la oxidación de minerales sulfurados, agrava la acidificación y salinización del agua.
• Nutrientes: Fosfatos, nitratos, etc., que provienen de la descomposición de materia orgánica en agentes de procesamiento de minerales o estanques de relaves, y son propensos a causar eutrofización de cuerpos de agua.
• Contaminantes del petróleo: Los residuos de aceite, como el aceite usado, el aceite emulsionado, etc., provienen principalmente del mantenimiento y el transporte de equipos en zonas mineras. La maquinaria minera lubrica las fugas de grasa, formando una película de aceite que dificulta el intercambio de oxígeno y afecta la calidad del suelo y el agua.

 

El vertido directo de aguas residuales mineras tiene efectos nocivos profundos y multidimensionales sobre el medio ambiente y la salud humana, como la acidificación del agua, la acumulación de metales pesados en el suelo, la biotoxicidad y la amenaza para la salud humana a través de la cadena alimentaria. Por lo tanto, es fundamental promover activamente el tratamiento y el reciclaje de las aguas residuales mineras.

 

Tecnología de tratamiento de aguas residuales mineras

Etapa de pretratamiento

Intercepción física: Eliminar grandes sólidos suspendidos y películas de aceite a través de mallas, desarenadores, filtración, etc. para evitar obstrucciones en los equipos (como los objetos flotantes que se deben retirar antes de tratar 60.000 toneladas de aguas residuales por día en el caso de las minas de estaño).

Neutralización y ajuste: Para aguas residuales ácidas o alcalinas, se suele utilizar cal (Ca(OH)₂) para neutralizarlas. No se deben utilizar ácidos minerales para tratar aguas residuales alcalinas con el fin de reducir la generación de sulfatos o cloruro de sodio. Por ejemplo, la cal neutraliza el pH en el caso de una mina de oro.

 

Tecnología de eliminación de metales pesados

1. Método de precipitación química

Principio técnico

El método de precipitación química consiste en agregar agentes químicos (como hidróxidos, sulfuros, carbonatos, etc.) a las aguas residuales para reaccionar con los contaminantes solubles en las aguas residuales para formar precipitados sólidos que son insolubles en agua y luego eliminar los contaminantes de las aguas residuales a través de la tecnología de separación sólido-líquido. Los métodos específicos incluyen:

• Precipitación de hidróxido: Añade cal para ajustar el pH a 8-10, de modo que los metales pesados formen precipitados de hidróxido.
• Precipitación de sulfuro: Agregue Na₂S para generar sulfuros metálicos, que son adecuados para aguas residuales con baja concentración de metales pesados.
• Tratamiento con cianuro: FeSO₄ y CN⁻ generan precipitados complejos de ferrocianuro y la concentración de CN⁻ se puede reducir de 3,258 mg/L a 0,459 mg/L.
• Método de precipitación de carbonato: Utilice reactivos alcalinos como carbonato de sodio para generar precipitados de carbonato.
• Método de precipitación de sal de bario: Utilice sales de bario (como cloruro de bario) para reaccionar con iones de metales pesados para generar precipitados de sales de bario insolubles.

Ventajas y limitaciones

Ventajas: Bajo costo (0,25-0,43 yuanes/tonelada), fácil operación, adecuado para aguas residuales con iones de metales pesados de alta concentración.

Desventajas: Se genera una gran cantidad de lodos que necesitan un tratamiento secundario, que se ve fácilmente alterado por los iones coexistentes.

 

2. Adsorción e intercambio iónico

Los agentes de tratamiento de metales pesados (como los agentes formadores de cristales) o resinas especiales adsorben selectivamente metales pesados, adecuados para aguas residuales de baja concentración y recuperación de recursos (como el reciclaje). cobre y níquel en la industria de semiconductores).

 

3. Tecnología de separación por membranas

La ósmosis inversa, la ultrafiltración, etc. se utilizan para eliminar en profundidad sales solubles y metales pesados, pero se debe prestar atención a los problemas de contaminación de la membrana.

 

Método de tratamiento biológico

Humedal artificial: Utilizar plantas y microorganismos para degradar sinérgicamente la materia orgánica, adecuado para el tratamiento de final de tubería y la restauración ecológica, pero la eficiencia es baja y el área ocupada es grande.

Método de lodos activados/biopelícula: Se utiliza para degradar contaminantes orgánicos, pero tiene poca tolerancia a los metales pesados y requiere pretratamiento. método de lodos activados Es un método biológico tradicional para degradar la DQO, que debe combinarse con oxidantes (como el peróxido de hidrógeno) para mejorar la eficiencia del tratamiento. Tecnología de biopelículas separa los contaminantes a través de membranas semipermeables, lo que es altamente eficiente y ahorra energía, pero el costo del equipo es relativamente alto (como la tecnología de disco rotatorio biológico).

 

Tecnología de separación por membranas

• Ósmosis inversa (OI): La tasa de desalinización de una sola etapa puede alcanzar 99%, y la de desalinización de dos etapas supera los 98%. Puede eliminar metales pesados, bacterias, virus y materia orgánica con un peso molecular >100 Da. La tasa de retención de iones divalentes (como Ca²⁺ y Mg²⁺) supera los 99%, y la de iones monovalentes (Na⁺ y Cl⁻) es de aproximadamente 98%.
• DTRO (ósmosis inversa de tubo de disco): Adecuado para aguas residuales altamente contaminadas, con una tasa de recuperación de más de 75%.
• Nanofiltración (NF): Intercepta selectivamente metales pesados y el permeado puede reutilizarse.

La inversión inicial en tecnología de separación por membrana es alto, pero el costo operativo a largo plazo es menor que el de los procesos tradicionales (por ejemplo, las tarifas de tratamiento de membrana son entre 30 y 50% más bajas que las de los procesos tradicionales). métodos químicos).

 

Tecnología de tratamiento de compuestos

Para aguas residuales complejas, a menudo se utiliza la combinación de “química + biología + física”:

• Coagulación-precipitación-filtración por membrana: En el tratamiento de aguas residuales de tierras raras no ferrosas de Guangsheng, se combinan la nanofiltración y la electrodiálisis para lograr una tasa de recuperación de cloruro de amonio de 90%.
• Oxidación-biodegradación: En el tratamiento de aguas residuales que contienen cianuro, primero se utiliza la oxidación química para descomponer el cianuro y luego se utilizan métodos biológicos para degradar la materia orgánica residual.

 

Comparación y selección de tecnologías de tratamiento de aguas residuales mineras

Los contaminantes presentes en las aguas residuales mineras son complejos, altamente tóxicos y difíciles de degradar. Su tratamiento requiere una combinación de procesos para diferentes componentes (como precipitación por neutralización, adsorción y separación por membranas). Por ejemplo, el método de sulfuración puede eliminar eficazmente metales pesados; el método biológico es adecuado para aguas residuales orgánicas de baja concentración; la tecnología de membranas se prefiere en zonas áridas para garantizar su reutilización; el método biológico SRB, combinado con neutralización química, se utiliza en minas con alta acidez; y la precipitación química se utiliza principalmente en zonas con restricciones económicas. Consulte la tabla a continuación para seleccionar los métodos de tratamiento de aguas residuales mineras.

Tecnología Ttipo	Inversión Cost (yuan)	Operación Cost (yuanes/tonelada)	Aplicable Sescenarios	Limitaciones
Método de precipitación química	Bajo (150.000-200.000 yuanes)	0.25-0.42	Aguas residuales con alta concentración de metales pesados	Dificultad en la eliminación de lodos
Método de tratamiento biológico	Medio	0.5-1.2	Aguas residuales orgánicas de baja toxicidad	Mala adaptabilidad ambiental
Tecnología de separación por membranas	Alto (más de 1 millón de yuanes)	2.7-4.0	Aguas residuales con alto contenido de sal y alta contaminación	Alta contaminación de las membranas y costos de reemplazo
Tecnología de tratamiento combinado	Alto	1.5-3.0	Aguas residuales de componentes complejos	Dificultad en la integración de procesos

 

Resumen

aguas residuales del procesamiento de minerales La contaminación del agua residual es uno de los principales factores que contaminan el medio ambiente. Es necesario fortalecer el tratamiento de las aguas residuales del procesamiento de minerales. En este trabajo específico, se requiere analizar exhaustivamente sus características básicas y determinar el mejor método de tratamiento según la situación real. Al mismo tiempo, se optimiza la tecnología de tratamiento de aguas residuales del procesamiento de minerales, se amplía el ámbito de aplicación de la tecnología de reciclaje de aguas residuales del procesamiento de minerales y se maximiza su eficacia.