Снижение потребления воды при добыче полезных ископаемых

Моделирование позволяет операторам сократить использование различных водохранилищ в непосредственной близости от шахт, таких как озера, реки, водоносные горизонты или море. В идеальном случае потребление воды может упасть ниже 1000 литров на тонну руды

Высокотехнологичные материалы, используемые в производстве смартфонов, современных автомобилей, фотоэлектрических устройств, климатической техники и во многих других отраслях промышленности, стали неотъемлемой частью повседневной жизни.

Хотя вторичная переработка материалов способна частично покрыть спрос на сырье, большую часть используемых полезных ископаемых необходимо добывать из недр земли. Связанное с этим процессом воздействие на окружающую среду хорошо известно и связано с землепользованием, созданием дополнительной транспортной инфраструктуры и индустриализацией отдаленных районов.

Горнодобывающая промышленность требует много воды, которая в дальнейшем преобразуется в большие объемы сточных вод. Как пример, можно рассмотреть издержки, связанные с потреблением водных ресурсов в процессе извлечения и переработки минерального флюорита.

Флюорит - также известный в минералогии как плавиковый шпат или, если использовать его химическое название, то как фторид кальция (C₂F₄) _n - является важнейшим сырьем для промышленности. Он используется, например, при выплавке чугуна, добыче алюминия, а в химической промышленности - в качестве сырья для производства фтора и плавиковой кислоты.

Вероятно, наиболее известным продуктом, связанным с химической переработкой фтора, является политетрафторэтилен (PTFE, ПТФЭ), фторполимер, который известен своей мембранной формой под торговыми названиями «Тефлон» (Teflon) и «Гортекс» (Gore-Tex).

Обогащение руды связано с поглощением больших объемов воды

«Добыча флюорита потребляет много воды». «Объем потребления варьируется в зависимости от местного климата и в еще большей степени от технологических процессов, применяемых на обогатительных предприятиях, и доходит до 4000 литров на тонну руды».

Очевидно, что ничего нельзя сделать с климатом, но, безусловно, можно оптимизировать саму обработку минерального сырья. На этапе отделения пустой породы от добытой руды содержание в ней флюорита поднимается с уровня менее 50 процентов до 98 процентов. Для этого инженеры используют процесс флотации.

Это работает следующим образом: руда измельчается и смешивается с большим количеством воды; затем к смеси добавляют различные химикаты, чтобы сделать поверхность флюорита водоотталкивающей (гидрофобной). Далее в смесь закачивается воздух, создавая маленькие пузырьки, которые выносят гидрофобные частицы на поверхность. В результате этого флюорит накапливается в получаемой пене, в то время как пустая порода отбрасывается.

Прежде чем использованную породу можно будет выгрузить на отработанную насыпь или вернуть под землю в качестве наполнителя, она должна пройти этап обезвоживания. Для достижения желаемой концентрации флюорита флотацию повторяют несколько раз, что требует еще большого количества воды.

«Горнодобывающие компании пытаются сократить потребление воды, используя ее многократно». «Однако такая вода содержит вещества, влияющие на производительность процесса, а этого следует избегать». Примерами таких веществ могут быть ионы кальция и магния, препятствующие гидрофобизации поверхности флюорита.

Исследователи из HZDR предлагают метод учета влияния химического состава воды на флотацию. В результате обширных лабораторных экспериментов с флюоритовой рудой они получили данные, отражающие сложное взаимодействие растворенных в воде веществ, и обобщив всю информацию, создали программное обеспечение для моделирования технологического процесса с необходимыми параметрами.

Цифровой мониторинг потребления воды и энергии

«Благодаря разработанным функциям, программное обеспечение учитывает состав технической воды». «Это дает возможность ее рециркуляции без ущерба для эффективности процесса». Моделирование позволяет операторам сократить использование различных водохранилищ в непосредственной близости от шахт, таких как озера, реки, водоносные горизонты или море. В идеальном случае потребление воды падает ниже 1000 литров на тонну руды.

Связанная статья журнала Journal of Environmental Management:

https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.11.139

Источник: HZDR