Rensning af gruve- og drænvand fra Løkken 7 MAJ 2013 RENSNING AF GRUVEVAND

Transkript

1 Rensning af gruve- og drænvand fra Løkken 1

2 Kobber i Raubekken Kobber Gjennomsnitt Hydraulisk år Utløp Bjørnlivatn 4,8 tonn 2,7 tonn Raubekken ved kraftverket 18,1 tonn 9,1 tonn Diffuse tilførsler 13,3 tonn 6,4 tonn Vannføring i Raubekken 38 mill. m 3 31,5 mill. m 3 Konsentrasjon i Raubekken* 0,35 mg/l 0,20 mg/l * teoretisk utregnet konsentrasjon, på basis av diffus tilførsel av kobber Bidraget fra de diffuse kildene utgjør ca % av Raubekkens totale kobberbelastning. For å kunne overholde KLIFs krav er det derfor nødvendig å samle opp og rense vesentlig mer forurenset vann. 2

3 Nøytralisering Tabell 5: Antatt vannmengde middel sammensetning til bruk for arbeidet i denne rapport. m 3 /år mg/l tonn/år SO Ca Mg Al Fe Cu 40,0 25 Zn 40,0 25 Cd 0,15 0,09 Pb 0,07 0,04 Mn 5,00 3,10 Ni 0,30 0,19 Co 1,70 1,05 Si 35,0 22 3

4 Valg af kjemikalier De mest relevante kemikalier til nøytralisering af gruvevand er: NaOH, Ca(OH) 2 og MgO, der både nøytraliserer syre og udfælder metalhydroxider H 2 SO 4 + Ca(OH) 2 CaSO 4 + 2H 2 O H 2 SO 4 + Mg(OH) 2 MgSO 4 + 2H 2 O Zn NaOH Zn(OH) 2 + 2Na + Cu +2 + Mg(OH) 2 Cu(OH) 2 + Mg +2 Cu +2 + Ca(OH) 2 Cu(OH) 2 + Ca +2 4

5 Fellning af metalhydroxid ved nøytralisering Urenset spillvann Nøytralisert spillvann Spillvann etter sedimentasjon 5

6 Kjemikaliepriser Tabell 6: Sammenligning av de mest alminnelige baser til nøytralisering av AMD Base g/eq Eq-forholdstall Kr/kg Kr pr. keq MgO 20,15 1,00 4,00 80,6 CaO 28,05 1,39 1,74 48,8 Ca(OH) 2 37,05 1,84 2,09 77,4 NaOH 40,0 1,99 7,86 314,4 Det fremgår, at CaO er det billigste kjemikalie. Ca(OH) 2 koster 59% mer, MgO koster 65% mer og natronlut koster 544% for samme basemengde. 6

7 Slammængder ved neutralisering i Løkken 7

8 Ionbytning Man vil typisk anvende selektiv ionbytning til AMD. Selektiv ionbytning har været anvendt i over 30 år på flere hundrede anlæg. Allerede i 1995 undersøgte man forskellige ionbytterharpikser. De bedste produkter til selektiv fjernelse af kobber indeholdt iminodiacetic acid eller picolylamin som reaktive grupper. Figur 15: Prinsipp for selektiv ionebytte av kobber med TP207 (iminodiacetic acid) I Serbien blev der etableret et fuldskala forsøgsanlæg med TP207 (iminodiacetic acid) kobbergenvinding (300 tonn/år) i I Falun blev der i 2008 etableret et anlæg med flere ionbytningsanlæg med TP207 til genvinding af kobber, jern, zink og aluminium. Lanxess har yderligere leveret TP207 til adskillige miner, men kunderne ønsker ikke at give os tekniske oplysninger om disse anlæg. 8

9 Væske-væske ekstraktion Ved væskeekstraktion er det aktive kemikalie opløst i en organisk fase (F.eks. petroleum), der blandes med den vandige fase, hvorfra metaller eller andre ioner ekstraheres til den organiske fase. Ionerne i den organiske fase kan herefter overføres til en koncentreret vandig opløsning, hvor de kan adskilles og oparbejdes. I 70'erne undersøgte man muligheden for at rense AMD med nogle nyudviklede produkter af LIX-typen, som man var begyndt at anvende til udvinding af metaller. Det lykkedes aldrig at få udviklet en praktisk anvendelig proces til AMD. I 2008 udviklede man på Battelle Instituttet i USA en hel ny væskeekstraktionsproces, VEP-processen. Med VEP kan man ekstrahere både metaller og sulfat. Den er prøvet i pilot plant på AMD fra en kulmine, som hovedsagelig indeholdt jern, aluminium og svovlsyre, og her kunne man fjerne både jern og det meste sulfat fra vandet og oparbejde kaliumsulfat og jernsulfat. VEP-processen er også afprøvet på AMD fra Folldal med succes. Det lykkedes at ekstrahere alle metaller og det meste sulfat, og der er gode forslag til fuldstændig optimering af processen. Winner Global, der ejer processen, har dog ikke endnu kunnet give en opskrift på, hvordan man vil adskille og oparbejde metallerne. 9

10 Membranteknologi De aktuelle membranprocesser er: Omvendt osmose (RO), < 0,002 µm Nanofiltrering (NF), < 0,002 µm Ultrafiltrering (UF), 0,02-0,2 µm Mikrofiltrering (MF), 0,02-4 µm Med RO kan man i princippet fjerne alle stoffer i vand. Ved processen opstår både rent vand og forurenet koncentrat. Opkoncentreringsgraden afhænger af vandets saltindhold. Udfældning af gips er nok den største forhindring for at anvende RO til AMD. RO er en opkoncentreringsproces, og det kan næppe betale sig at anvende RO direkte på AMD, med mindre der er stort behov for rent drikkevand i området. Man kan måske med fordel anvende membranprocesser ved oparbejdning af halvkoncentrerede vandige opløsninger med metalsalte. 10

11 Oparbejdning af metaller Metoderne kan ikke anvendes efter en blandet kemisk fældning De aktuelle metoder er: Cementering af kobber på jernspåner (kan bruges til Cu + Fe) Udreduktion af kobber med natriumdithionit (kan bruges til Cu + Fe) Udkrystallisering af jernsulfat (kræver en ren jernsulfatopløsning) Udkrystallisering af kobbersulfat (kræver en ren kobberopløsning) Elektrolytisk udskillelse af kobber (kræver en ren kobberopløsning) Elektrolytisk udskillelse af zink (kræver en ren zinkopløsning) Oparbejdning af ZnS og CuS på et metalværk (forudsætter sulfidfældning) Fremstilling af metaloxider til pigmenter, ZnO, Cu 2 O og Fe 2 O 3 11

12 Bortskaffelse og deponering af restprodukter HDS-slam kan ifølge canadiske undersøgelser formentlig deponeres i gruven. Det er dog lidt usikkert, om slammet kan opløses, når det kommer i berøring med pyrit Metalhydroxidslam kan deponeres på kontrolleret losseplads og måske også i Fagerlivatn evt. med capping. Danske erfaringer hos Kommunekemi viser, at der kun er lille udvaskning af tungmetaller ved ph = 7-8. Metalhydroxidslam kan også afleveres til godkendt affaldsmodtager (Langøya). Prisen er dog relativ høj bl.a. på grund af transporten. Når deponeringsomkostningerne er store kan det måske betale sig at reducere slammængden, og det kan måske gøre det rentabelt at oparbejde og genvinde metaller og salte. 12

13 Valg af rensemetode Der er mange faktorer, der spiller ind ved valg af rensemetode for AMD: Udgifter (både investering og drift) ved neutralisering af AMD Udgifter for bortskaffelse af affald Muligheder for udvinding og oparbejdning af metaller og salte Kan det bedre betale sig at lave forebyggende foranstaltninger (capping mv) Hvad mener interessenterne Hvem skal betale for en løsning Hvordan laves den bedste miljøløsning Kan vi overhovedet opfylde udledningskrav for Raubekken til Kraftstationen Skal man vælge den sikre eller den "smarte" løsning 13

14 Metode 1: Nøytralisering med NaOH Neutralisering af kalk er fravalgt, da det giver store driftsproblemer NaOH er valgt i første omgang, da det er almindelig anvendt til neutralisering af industrispildevand MgO kan formentlig med fordel anvendes, da det giver en meget stor besparelse i forhold til NaOH Antagelse at Gammel Sjakt bruges som buffer ved høj vandbelastning, og det yderligere findes en mindre buffertank til udjævning af flowet. Der iltes i 2 trin med brintperoxid samtidig med NaOH-dosering Efter flokkulering separeres metalhydroxidslam fra i en lamelseparator Efter tykning af slammet, afvandes det i en filterpresses. I første omgang har vi kalkuleret priser på bortskaffelse af filterkager til Langøya. Renset vand fra lamelseparatoren filtreres i tryksandfilter Der er mulighed for efterrensning af filtreret vand i en selektiv ionbytter. Denne mulighed er dog ikke indkalkuleret i første omgang 14

15 Investering i metode 1: Tabell 21: Investeringsoverslag for nøytraliseringsanlegg med NaOH Post Pris i kr. Utstyr Montasje og material, 20% Saldo Prosjektering og tilsyn, 20% Utforutsette utgifter, 15% Investering, total Nøytraliseringsanlegget krever ca. 500 m² + 50 m² til driftspersonalet. Investeringen er anslået til ca. 8 mio. kr 15

16 Driftsudgifter for metode 1: Tabell 22: Estimerte driftsutgifter for et nøytraliseringsanlegg med NaOH Post Enheter/år Kr./enhet Kr. total Natronlut, 50%, tonn Hydrogenperoksid, 50%, tonn Polymer konsentrat, kg Elektrisitet, kwh , Vann, m Pasning, timer Vedlikeholdelse, 2,5% av utstyr Total Utgifter til bortskaffelse av filterkaker ikke er medtatt Hvis slammet skal kjøres til deponering på Langøya anslås omkostningene hertil å være på kr./tonn tilsvarende i alt 3,97 mio. kr. Driftsutgiftene på ca. 21,0 mio. kr./år kan reduseres med ca. 12,5 mio. kr./år, hvis man anvender MgO i stedet for NaOH til nøytralisering 16

17 Metode 2: Først oxideres med brintperoxid for at ilte Fe +2 til Fe +3 Dernæst fjernes jern og kobber ved selektiv ionbytning med TP207 Kobber oparbejdes til metallisk kobber fra eluatet ved cementering Jern oparbejdes fra eluatet som jernsulfat Det forrensede AMD neutraliseres nu efter metode 1 Ved oparbejdning af kobber og jern reduceres slammængden med ca. 72% i forhold til metode 1 17

18 Investering i metode 2: Tabell 28: Investeringsoverslag for ionebytte + nøytralisering. Post Pris i kr. Utstyr Montasje og material, 20% Saldo Rådgivning og tilsyn, 15% Utforutsette utgifter, 15% Investering, total Metode 2 har flere komponenter end metode 1 og kræver derfor mer plads. Derfor er pladsbehovet estimeret til ca. 750 m² +50 m² til driftspersonalet. Investeringen er anslået til 9 mio. kr 18

19 Driftsudgifter for metode 2: Tabell 29: Estimerte driftsutgifter for en ionebytte + nøytralisering Post Enheter/år kr./enhet kr. total Natronlut, 50%, tonn Hydrogenperoksid, 50%, tonn Svovelsyre, 96%, tonn Jernstøv, tonn? Polymer konsentrat, kg Elektrisitet, kwh , Vann, m Pasning, timer Vedlikeholdelse, 2,5% av utstyr Total Utgifter til bortskaffelse av filterkaker ikke er medtatt. Hvis slammet skal kjøres til deponering på Langøya anslås omkostningene hertil å være på kr./tonn tilsvarende i alt kr. Der vil sannsynligvis kunne spares 12,5 mio kr. pr. år ved anvendelse av MgO i stedet for NaOH, og det vil sannsynligvis kunne spares minst 1 mio. kr. pr. år til hydrogenperoksid ved å finne en billigere leverandør. Verdien av kobber er estimeret til 1 mio. kr, mens værdien af jernsulfat er estimeret til kr 19