Poluentes em águas residuais de mineração e tratamento

Com o desenvolvimento contínuo de tecnologia de mineração e processamento de minerais, o tratamento e a reciclagem de águas residuais tornaram-se cada vez mais importantes no campo do processamento de mineração. O tratamento de águas residuais pode não apenas reduzir a poluição do meio ambiente, mas também realizar a reciclagem de recursos e melhorar os benefícios econômicos do beneficiamento de minério. Este artigo apresentará os poluentes contidos nas águas residuais no beneficiamento de minério e as tecnologias e métodos relevantes de tratamento de águas residuais.

 

Principais poluentes em águas residuais de mineração

A composição das águas residuais da mineração é complexa. Os principais poluentes variam dependendo da tipo de mina, composição do minério e processo de mineração. Em termos gerais, pode ser resumido nas seguintes categorias:

1. Íons de metais pesados

• Poluentes típicos: chumbo (Pb), cádmio (Cd), cobre (Cu), zinco (Zn), cromo (Cr), mercúrio (Hg), níquel (Ni), arsênio (As), etc.
• Fonte: Esses íons de metais pesados vêm principalmente dos componentes metálicos do minério, bem como dos reagentes usados no processo de beneficiamento e fundição.
• Perigos: Enriquecido através da cadeia alimentar, causa danos ao sistema nervoso humano, às funções hepática e renal, podendo até causar câncer; danos aos ecossistemas aquáticos.

2. Matéria em suspensão e material particulado

• Poluentes típicos: pó de minério, silte, pó de carvão, etc.
• Fontes: partículas sólidas geradas pela mineração, britagem, lavagem de minério, e outros processos, bem como matéria em suspensão transportada pela água de transbordamento da lagoa de rejeitos.
• Perigos: bloqueando rios, reduzindo a transparência da água e destruindo habitats aquáticos.

3. Substâncias ácidas

• Poluentes típicos: ácido sulfúrico (H₂SO₄), ácido nítrico e águas residuais ácidas (o pH pode ser tão baixo quanto 2,5-3,5).
• Fonte: Oxidação de minérios de sulfeto e descarga de águas residuais ácidas. Minérios de sulfeto (como pirita) oxidam para produzir sulfato ferroso e ácido sulfúrico, formando drenagem ácida de mina (AMD). Por exemplo, FeS₂ reage com oxigênio e água para produzir ácido sulfúrico e sais de ferro.
• Perigos: Corrosão de equipamentos, acidificação do solo e da água, promoção da dissolução de metais pesados, inibição da atividade microbiana.

4. Poluentes orgânicos

• Poluentes típicos: fenóis, cianeto, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs), solventes orgânicos, substâncias petrolíferas, etc.
• Fonte: Substâncias orgânicas em agentes de processamento de minerais, processo de lavagem de carvão e esgoto doméstico em áreas de mineração. Por exemplo, o processo de extração de ouro com cianeto produzirá águas residuais contendo cianeto, e a coqueria descarregará águas residuais contendo fenol.
• Perigos: O cianeto é altamente tóxico, 0,1 g pode ser letal; os fenóis destroem a capacidade de autopurificação dos corpos d'água e afetam os organismos aquáticos.

5. Materiais radioativos

• Poluentes típicos: elementos radioativos como urânio (U), tório (Th) e rádio (Ra).
• Fontes: Lixiviação de líquido de minério e rejeitos durante a mineração de minerais radioativos (como minas de urânio).
• Perigos: A exposição prolongada à radiação pode levar a problemas de saúde, como câncer e mutações genéticas.

6. Outros poluentes

• Sulfato (SO₄²⁻): O sulfato produzido pela oxidação de minerais sulfetados agrava a acidificação e a salinização da água.
• Nutrientes: Fosfatos, nitratos, etc., que vêm da decomposição de matéria orgânica em agentes de processamento de minerais ou lagoas de rejeitos, são propensos a causar eutrofização de corpos d'água.
• Poluentes de óleo: incluindo óleo residual, óleo emulsificado, etc., vêm principalmente de processos de manutenção e transporte de equipamentos em áreas de mineração. As máquinas de mineração lubrificam vazamentos de graxa, formando uma película de óleo que dificulta a troca de oxigênio e afeta a qualidade do solo e da água.

 

A descarga direta de águas residuais de mineração tem efeitos prejudiciais multidimensionais e profundos no meio ambiente e na saúde humana, como causar acidificação da água, enriquecimento de metais pesados no solo, toxicidade biológica e ameaçar a saúde humana por meio da cadeia alimentar. Portanto, é particularmente importante promover ativamente o tratamento e a reciclagem de águas residuais de mineração.

 

Tecnologia de tratamento de águas residuais de mineração

Estágio de pré-tratamento

Interceptação física: Remova grandes sólidos suspensos e películas de óleo por meio de telas, câmaras de areia, filtragem, etc. para evitar entupimentos de equipamentos (como objetos flutuantes que precisam ser removidos antes de tratar 60.000 toneladas de águas residuais por dia no caso de minas de estanho).

Neutralização e ajuste: Para águas residuais ácidas ou alcalinas, a cal (Ca(OH)₂) é frequentemente usada para neutralizar águas residuais ácidas. Ácidos minerais não devem ser usados para tratar águas residuais alcalinas para reduzir a geração de sulfato/cloreto de sódio. Por exemplo, a cal ajusta o pH para neutro em um caso de mina de ouro.

 

Tecnologia de remoção de metais pesados

1. Método de precipitação química

Princípio técnico

O método de precipitação química consiste em adicionar agentes químicos (como hidróxidos, sulfetos, carbonatos, etc.) às águas residuais para reagir com os poluentes solúveis nas águas residuais e formar precipitados sólidos insolúveis em água, e então remover os poluentes das águas residuais por meio da tecnologia de separação sólido-líquido. Métodos específicos incluem:

• Precipitação de hidróxido: Adicione cal para ajustar o pH para 8-10, para que metais pesados formem precipitados de hidróxido.
• Precipitação de sulfeto: Adicione Na₂S para gerar sulfetos metálicos, que são adequados para águas residuais de metais pesados de baixa concentração.
• Tratamento com cianeto: FeSO₄ e CN⁻ geram precipitados complexos de ferrocianeto, e a concentração de CN⁻ pode ser reduzida de 3,258 mg/L para 0,459 mg/L.
• Método de precipitação de carbonato: Use reagentes alcalinos, como carbonato de sódio, para gerar precipitados de carbonato.
• Método de precipitação de sal de bário: Use sais de bário (como cloreto de bário) para reagir com íons de metais pesados e gerar precipitados de sais de bário insolúveis.

Vantagens e limitações

Vantagens: baixo custo (0,25-0,43 yuan/tonelada), fácil operação, adequado para águas residuais de íons de metais pesados de alta concentração.

Desvantagens: uma grande quantidade de lodo é gerada e necessita de tratamento secundário, sendo facilmente interferido por íons coexistentes.

 

2. Adsorção e troca iônica

Agentes de tratamento de metais pesados (como agentes formadores de cristais) ou resinas especiais adsorvem seletivamente metais pesados, adequados para águas residuais de baixa concentração e recuperação de recursos (como reciclagem cobre e níquel na indústria de semicondutores).

 

3. Tecnologia de separação por membrana

Osmose reversa, ultrafiltração, etc. são usadas para remover profundamente sais solúveis e vestígios de metais pesados, mas deve-se prestar atenção aos problemas de poluição da membrana.

 

Método de tratamento biológico

Zona húmida artificial: Utiliza plantas e microrganismos para degradar sinergicamente a matéria orgânica, adequado para tratamento de fim de tubo e restauração ecológica, mas a eficiência é baixa e a área ocupada é grande.

Método de lodo ativado/biofilme: usado para degradar poluentes orgânicos, mas tem baixa tolerância a metais pesados e requer pré-tratamento. método de lodo ativado é um método biológico tradicional para degradação de DQO, que precisa ser combinado com oxidantes (como peróxido de hidrogênio) para melhorar a eficiência do tratamento. Tecnologia de biofilme separa poluentes por meio de membranas semipermeáveis, o que é altamente eficiente e economiza energia, mas o custo do equipamento é relativamente alto (como a tecnologia de disco rotativo biológico).

 

Tecnologia de Separação por Membrana

• Osmose reversa (RO): A taxa de dessalinização de estágio único pode atingir 99%, e a taxa de dessalinização do sistema de estágio duplo excede 98%. Pode remover metais pesados, bactérias, vírus e matéria orgânica com peso molecular >100 Da. A taxa de retenção de íons divalentes (como Ca²⁺, Mg²⁺) excede 99%, e a taxa de retenção de íons monovalentes (Na⁺, Cl⁻) é de cerca de 98%.
• DTRO (osmose reversa de tubo de disco): adequado para águas residuais altamente poluídas, com uma taxa de recuperação de mais de 75%.
• Nanofiltração (NF): Intercepta seletivamente metais pesados, e o permeado pode ser reutilizado.

O investimento inicial em tecnologia de separação por membrana é alto, mas o custo operacional de longo prazo é menor do que o dos processos tradicionais (como as taxas de tratamento de membrana são 30-50% mais baixas do que métodos químicos).

 

Tecnologia de tratamento composto

Para águas residuais complexas, a combinação de “química + biologia + física” é frequentemente usada:

• Coagulação-precipitação-filtração por membrana: No tratamento de águas residuais de terras raras não ferrosas de Guangsheng, a nanofiltração e a eletrodiálise são combinadas para atingir uma taxa de recuperação de cloreto de amônio de 90%.
• Oxidação-biodegradação: No tratamento de águas residuais contendo cianeto, a oxidação química é usada primeiro para decompor o cianeto e, depois, métodos biológicos são usados para degradar a matéria orgânica residual.

 

Comparação e seleção de tecnologias de tratamento de águas residuais de mineração

Poluentes em águas residuais de mineração são complexos, altamente tóxicos e difíceis de degradar. Seu tratamento requer uma combinação de processos para diferentes componentes (como precipitação de neutralização + adsorção + separação por membrana). Por exemplo, o método de sulfetação pode remover metais pesados de forma eficiente; o método biológico é adequado para águas residuais orgânicas de baixa concentração; a tecnologia de membrana é preferida em áreas áridas para garantir a reutilização; o método biológico SRB combinado com neutralização química é usado em minas de alta acidez; a precipitação química é usada principalmente em áreas economicamente restritas. Consulte a tabela abaixo para selecionar métodos de tratamento de águas residuais de mineração.

Tecnologia Ttipo	Investimento Cost (yuan)	Funcionamento Cost (yuan/tonelada)	Aplicável Scenários	Limitações
Método de precipitação química	Baixo (150.000-200.000 yuans)	0.25-0.42	Águas residuais de metais pesados de alta concentração	Dificuldade na disposição de lodo
Método de tratamento biológico	Médio	0.5-1.2	Águas residuais orgânicas de baixa toxicidade	Pouca adaptabilidade ambiental
Tecnologia de separação por membrana	Alto (mais de 1 milhão de yuans)	2.7-4.0	Águas residuais com alto teor de sal/alta poluição	Altos custos de poluição e substituição de membranas
Tecnologia de tratamento combinado	Alto	1.5-3.0	Águas residuais de componentes complexos	Dificuldade na integração de processos

 

Resumo

Águas residuais de processamento de minerais é um dos principais fatores que poluem o ambiente ecológico. É necessário fortalecer o tratamento de águas residuais de processamento de minerais. No trabalho específico, é necessário analisar de forma abrangente as características básicas das águas residuais de processamento de minerais e determinar o melhor método de tratamento com base na situação real. Ao mesmo tempo, a tecnologia de tratamento de águas residuais de processamento de minerais é otimizada, o escopo de aplicação da tecnologia de reciclagem de águas residuais de processamento de minerais é expandido e seu efeito de utilização é maximizado.