Polluants dans les eaux usées minières et leur traitement

Avec le développement continu de technologie d'extraction et de traitement des mineraisLe traitement et le recyclage des eaux usées ont pris une importance croissante dans le secteur minier. Le traitement des eaux usées permet non seulement de réduire la pollution environnementale, mais aussi de recycler les ressources et d'améliorer les retombées économiques du traitement du minerai. Cet article présente les polluants contenus dans les eaux usées lors du traitement du minerai, ainsi que les technologies et méthodes de traitement des eaux usées.

 

Principaux polluants dans les eaux usées minières

La composition des eaux usées minières est complexe. Les principaux polluants varient selon la type de mine, composition du minerai et procédé d'extraction. D'une manière générale, on peut le résumer dans les catégories suivantes :

1. Ions de métaux lourds

• Polluants typiques : plomb (Pb), cadmium (Cd), cuivre (Cu), le zinc (Zn), chrome (Cr), mercure (Hg), nickel (Ni), arsenic (As), etc.
• Source : Ces ions de métaux lourds proviennent principalement des composants métalliques du minerai, ainsi que des réactifs utilisés dans le processus d’enrichissement et de fusion.
• Dangers : Enrichi par la chaîne alimentaire, il endommage le système nerveux humain, les fonctions hépatiques et rénales, et peut même provoquer le cancer ; il endommage les écosystèmes aquatiques.

2. Matières en suspension et particules

• Polluants typiques : poudre de minerai, limon, poudre de charbon, etc.
• Sources : particules solides générées par l'exploitation minière, le concassage, lavage du minerai, et d’autres processus, ainsi que les matières en suspension transportées par les eaux de débordement des bassins de résidus.
• Dangers : bloquant les rivières, réduisant la transparence de l’eau et détruisant les habitats aquatiques.

3. Substances acides

• Polluants typiques : acide sulfurique (H₂SO₄), acide nitrique et eaux usées acides (le pH peut être aussi bas que 2,5-3,5).
• Source : Oxydation des minerais sulfurés et rejet d'eaux usées acides. Les minerais sulfurés (comme la pyrite) s'oxydent pour produire du sulfate ferreux et de l'acide sulfurique, formant ainsi du drainage minier acide (DMA). Par exemple, le FeS₂ réagit avec l'oxygène et l'eau pour produire de l'acide sulfurique et des sels de fer.
• Dangers : Corrosion des équipements, acidification des sols et des eaux, promotion de la dissolution des métaux lourds, inhibition de l'activité microbienne.

4. Polluants organiques

• Polluants typiques : phénols, cyanures, hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), solvants organiques, substances pétrolières, etc.
• Source : Substances organiques présentes dans les agents de traitement des minéraux, le lavage du charbon et les eaux usées domestiques des zones minières. Par exemple, le procédé d'extraction de l'or au cyanure produira des eaux usées contenant du cyanure, tandis que la cokerie rejettera des eaux usées contenant du phénol.
• Dangers : Le cyanure est hautement toxique, 0,1 g peut être mortel ; les phénols détruisent la capacité d’auto-épuration des masses d’eau et affectent les organismes aquatiques.

5. Matières radioactives

• Polluants typiques : éléments radioactifs tels que l'uranium (U), le thorium (Th) et le radium (Ra).
• Sources : Lessivage du liquide du minerai et des résidus lors de l'extraction de minéraux radioactifs (comme les mines d'uranium).
• Dangers : Une exposition prolongée aux radiations peut entraîner des problèmes de santé tels que le cancer et des mutations génétiques.

6. Autres polluants

• Sulfate (SO₄²⁻) : Le sulfate produit par l’oxydation des minéraux sulfurés aggrave l’acidification et la salinisation de l’eau.
• Nutriments: Phosphates, nitrates, etc., qui proviennent de la décomposition de la matière organique dans les agents de traitement des minéraux ou les bassins de résidus, et sont susceptibles de provoquer l'eutrophisation des plans d'eau.
• Polluants pétroliers : Les huiles usagées, les huiles émulsionnées, etc., proviennent principalement de la maintenance des équipements et des processus de transport dans les zones minières. Les machines minières lubrifient les fuites de graisse, formant un film d'huile qui entrave les échanges d'oxygène et affecte la qualité des sols et de l'eau.

 

Le rejet direct des eaux usées minières a des effets néfastes multiples et profonds sur l'environnement et la santé humaine, notamment l'acidification de l'eau, l'enrichissement des sols en métaux lourds, la toxicité biologique et la menace pour la santé humaine via la chaîne alimentaire. Il est donc particulièrement important de promouvoir activement le traitement et le recyclage des eaux usées minières.

 

Technologie de traitement des eaux usées minières

Étape de prétraitement

Interception physique : Éliminer les gros solides en suspension et le film d'huile à travers des tamis, des dessableurs, des filtres, etc. pour éviter le colmatage des équipements (comme les objets flottants qui doivent être retirés avant de traiter 60 000 tonnes d'eaux usées par jour dans le cas des mines d'étain).

Neutralisation et ajustement : Pour les eaux usées acides ou alcalines, la chaux (Ca(OH)₂) est souvent utilisée pour neutraliser les eaux usées acides. Les acides minéraux ne doivent pas être utilisés pour traiter les eaux usées alcalines afin de réduire la production de sulfates/chlorure de sodium. Par exemple, la chaux permet d'ajuster le pH à la neutralité dans une mine d'or.

 

Technologie d'élimination des métaux lourds

1. Méthode de précipitation chimique

Principe technique

La méthode de précipitation chimique consiste à ajouter des agents chimiques (tels que des hydroxydes, des sulfures, des carbonates, etc.) aux eaux usées pour réagir avec les polluants solubles dans les eaux usées afin de former des précipités solides insolubles dans l'eau, puis à éliminer les polluants des eaux usées grâce à la technologie de séparation solide-liquide. Les méthodes spécifiques comprennent :

• Précipitation des hydroxydes : Ajoutez de la chaux pour ajuster le pH à 8-10, afin que les métaux lourds forment des précipités d’hydroxyde.
• Précipitation des sulfures : Ajoutez du Na₂S pour générer des sulfures métalliques, qui conviennent aux eaux usées à faible concentration en métaux lourds.
• Traitement au cyanure : FeSO₄ et CN⁻ génèrent des précipités de complexes de ferrocyanure, et la concentration en CN⁻ peut être réduite de 3,258 mg/L à 0,459 mg/L.
• Méthode de précipitation des carbonates : Utilisez des réactifs alcalins tels que le carbonate de sodium pour générer des précipités de carbonate.
• Méthode de précipitation au sel de baryum : Utilisez des sels de baryum (tels que le chlorure de baryum) pour réagir avec des ions de métaux lourds afin de générer des précipités de sel de baryum insolubles.

Avantages et limites

Avantages : faible coût (0,25-0,43 yuan/tonne), fonctionnement facile, adapté aux eaux usées à forte concentration en ions de métaux lourds.

Inconvénients : une grande quantité de boues est générée et nécessite un traitement secondaire, qui est facilement perturbé par les ions coexistants.

 

2. Adsorption et échange d'ions

Les agents de traitement des métaux lourds (tels que les agents de formation de cristaux) ou les résines spéciales adsorbent sélectivement les métaux lourds, adaptés aux eaux usées à faible concentration et à la récupération des ressources (comme le recyclage). cuivre et le nickel dans l’industrie des semi-conducteurs).

 

3. Technologie de séparation membranaire

L'osmose inverse, l'ultrafiltration, etc. sont utilisées pour éliminer en profondeur les sels solubles et les traces de métaux lourds, mais il faut prêter attention aux problèmes de pollution des membranes.

 

Méthode de traitement biologique

Zone humide artificielle : Utiliser des plantes et des micro-organismes pour dégrader de manière synergique la matière organique, adaptée au traitement en fin de chaîne et à la restauration écologique, mais l'efficacité est faible et la surface occupée est grande.

Méthode des boues activées/biofilm : utilisé pour dégrader les polluants organiques, mais présente une faible tolérance aux métaux lourds et nécessite un prétraitement. méthode des boues activées est une méthode biologique traditionnelle de dégradation de la DCO, qui doit être combinée avec des oxydants (tels que le peroxyde d'hydrogène) pour améliorer l'efficacité du traitement. Technologie du biofilm sépare les polluants à travers des membranes semi-perméables, ce qui est très efficace et économe en énergie, mais le coût de l'équipement est relativement élevé (comme la technologie du disque rotatif biologique).

 

Technologie de séparation membranaire

• Osmose inverse (OI) : Le taux de dessalement en une seule étape peut atteindre 99%, tandis que celui du système en deux étapes dépasse 98%. Il permet d'éliminer les métaux lourds, les bactéries, les virus et les matières organiques dont le poids moléculaire est supérieur à 100 Da. Le taux de rétention des ions divalents (tels que Ca²⁺, Mg²⁺) dépasse 99%, et celui des ions monovalents (Na⁺, Cl⁻) est d'environ 98%.
• DTRO (osmose inverse à tube à disque) : adapté aux eaux usées fortement polluées, avec un taux de récupération supérieur à 75%.
• Nanofiltration (NF) : Intercepte sélectivement les métaux lourds et le perméat peut être réutilisé.

L'investissement initial dans technologie de séparation membranaire est élevé, mais le coût d'exploitation à long terme est inférieur à celui des procédés traditionnels (tels que les frais de traitement par membrane sont 30-50% inférieurs à méthodes chimiques).

 

Technologie de traitement composite

Pour les eaux usées complexes, la combinaison « chimie + biologie + physique » est souvent utilisée :

• Coagulation-précipitation-filtration membranaire : Dans le traitement des eaux usées de terres rares non ferreuses de Guangsheng, la nanofiltration et l'électrodialyse sont combinées pour atteindre un taux de récupération de chlorure d'ammonium de 90%.
• Oxydation-biodégradation : Lors du traitement des eaux usées contenant du cyanure, l’oxydation chimique est d’abord utilisée pour décomposer le cyanure, puis des méthodes biologiques sont utilisées pour dégrader la matière organique résiduelle.

 

Comparaison et sélection des technologies de traitement des eaux usées minières

Les polluants présents dans les eaux usées minières sont complexes, hautement toxiques et difficiles à dégrader. Leur traitement nécessite une combinaison de procédés pour différents composants (tels que la précipitation par neutralisation, l'adsorption et la séparation membranaire). Par exemple, la méthode de sulfuration permet d'éliminer efficacement les métaux lourds ; la méthode biologique est adaptée aux eaux usées organiques à faible concentration ; la technologie membranaire est privilégiée dans les zones arides pour garantir leur réutilisation ; la méthode biologique SRB combinée à la neutralisation chimique est utilisée dans les mines à forte acidité ; la précipitation chimique est principalement utilisée dans les zones à économie restreinte. Veuillez consulter le tableau ci-dessous pour sélectionner les méthodes de traitement des eaux usées minières.

Technologie Touais	Investissement Cost (yuan)	Fonctionnement Cost (yuan/tonne)	Applicable Sscénarios	Limites
Méthode de précipitation chimique	Faible (150 000 à 200 000 yuans)	0.25-0.42	Eaux usées à forte concentration en métaux lourds	Difficulté d'élimination des boues
Méthode de traitement biologique	Moyen	0.5-1.2	Eaux usées organiques à faible toxicité	Faible adaptabilité environnementale
Technologie de séparation membranaire	Élevé (plus d'un million de yuans)	2.7-4.0	Eaux usées à forte teneur en sel et à forte pollution	Pollution élevée des membranes et coûts de remplacement
Technologie de traitement combinée	Haut	1.5-3.0	Eaux usées à composants complexes	Difficulté d'intégration des processus

 

Résumé

Eaux usées de traitement des minéraux L'érosion est l'un des principaux facteurs de pollution de l'environnement. Il est donc nécessaire de renforcer le traitement des eaux usées issues du traitement des minéraux. Concrètement, il est nécessaire d'analyser en profondeur leurs caractéristiques fondamentales et de déterminer la méthode de traitement la plus adaptée à la situation. Parallèlement, la technologie de traitement des eaux usées est optimisée, le champ d'application de la technologie de recyclage des eaux usées est élargi et son efficacité valorisée est maximisée.