Naslov (srp)

Ispitivanje mehanizma neutralizacije kiselih rudničkih voda korišćenjem flotacijske jalovine i letećeg pepela : doktorska disertacija

Autor

Petronijević, Nela,

Doprinosi

Onjia, Antonije, 1966-
Kamberović, Željko, 1968-
Sokić, Miroslav, 1966-
Stanković, Srđan B.
Radovanović, Dragana, 1975-
Manojlović, Vaso, 1985-

Opis (srp)

U doktorskoj disertaciji su predstavljeni rezultati istraživanja primene otpadnihsirovina, flotacijske jalovine i letećeg pepela, za neutralizaciju kisele rudničke vode sa jasnimdefinisanjem mehanizma odvijanja samog postupka. Kao alternativni agensi za neutralizacijukisele rudničke vode jezera „Robule“ (pH 2,47) korišćeni su flotacijska jalovina iz rudnikabakra Majdanpek (FJM) i pepeo sa dve lokacije: termoelektrana „Nikola Tesla”-Obrenovac(EF) i termoelektrana „Kostolac” (KOST).U okviru fizičko-hemijske karakterizacije polaznih uzoraka flotacijske jalovine FJM ipepela EF i KOST određen je hemijski i mineraloški sastav uz ispitivanje stepena lužljivosti istabilnosti otpadnih materijala testovima definisanim zakonom za ove postupke, TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure), EN 12457-4 i testa za utvrđivanje kapacitetaneutralizacije kiselosti ANC testa. Utvrđeno je da se radi o baznim materijalima koji posedujuznačajan kapacitet neutralizacije kiseline i zato predstavljaju veoma efikasno alternativnosredstvo za neutralizaciju kiselih rudničkih voda i uklanjanje prisutnih metala. Za simulacijuvodenog tretmana agensima za neutralizaciju FJM, EF i KOST korišćen je programPHREEQC i dobijeni rezultati su predstavljeni u obliku indeksa zasićenja (SI) odgovarajućihmineralnih faza, koji su promenili vrednost pri specifičnim vrednostima pH.Rezultati su pokazali da je postupkom neutralizacije sa FJM istaloženo više od 99%Al, Fe i Cu, 98% Pb i 92% Zn. Koncentracije Cd i Mn su povećane u rastvoru usled ispiranjaovih metala iz flotacijske jalovine. Da bi se koncentracija Mn smanjila ispod dozvoljenihgranica ispuštanja, urađen je dodatni tretman primenom hidratisanog kreča kako bi se pHpovećao do 10 i tako obezbedili uslovi za njegovo uklanjanje. Rezultati su pokazali da se FJMmože primeniti u aktivnom tretmanu kiselih rudničkih voda u kombinaciji sa hidratisanimkrečom. Čvrsti ostatak flotacijske jalovine FJM7d, nakon neutralizacije AMD, ima visokukoncentraciju S i povećan sadržaj teških metala koji su se istaložili u obliku hidroksida tokompostupka neutralizacije. Nakon neutralizacije kiselih rudničkih voda (AMD-Acid MineDrainage) primenom FJM, čvrsti ostatak ima za oko 4 % više čestica čije su dimenzije manjeod 63 μm, dok se sadržaj čestica krupnoće iznad 250 μm smanjuje. Ovome idu u prilog iizmerene vrednosti zapreminske gustine pre, 1,21 g/cm3 i posle, 1,17 g/cm3 AMD tretmana.Ovi podaci su ukazali da je postupak luženja praćen usitnjavanjem karbonata tokomtretmana. Zbog koncentracije Sb od 24 mg/kg, prema EN 12457-4 testu, FJM pre tretmana seklasifikuje kao opasan otpad, jer je maksimalna dozvoljena koncentracija 5 mg/kg Sb.Međutim, FJM7d, kao čvrsti ostatak nakon tretmana je u kategoriji neopasnog otpada, jersadrži 0,7 mg/kg Sb. Za antimon u zakonskoj regulativi Republike Srbije ne postojedefinisane granične vrednosti za efluent. Na osnovu sva tri testa luženja TCLP testa, EN12457-4 testa i testa dugotrajnog luženja snegom rezultati FJM7d pokazuju koncentracijeopasnih elemenata znatno ispod propisanih granica.Laboratorijska ispitivanja su potvrdila da se pepeo EF i KOST mogu primeniti upostupku neutralizacije kisele rudničke vode jezera „Robule“. Rezultati su pokazali da jepostupkom neutralizacije sa letećim pepelom EF i KOST istaloženo više od 99% Al, Fe i Cui Zn i 89% Pb. Iako pripadaju istoj klasi pepela, prikupljeni uzorci su pokazali značajnerazlike u mineralnom sastavu koji vode različtim mogućnostima za neutralizaciju kiselihrudničkih voda. Mehanizam neutralizacije kod letećeg pepela se svodi na uklanjanje Fe3+ iAl3+ jona i formiranje nerastvorljivih (oksi)hidroksidnih jedinjenja, koje se dešava u prvih 5minuta neutralizacije, pri pH 4,38 za EF uzorak i 5,15 za uzorak KOST i stvara povoljneuslove za koprecipitaciju ostalih metala u tragovima (Cu, Zn, Ni, Pb i Cd) iz AMD-a, što jedodatno poboljšano adsorpcijom katjona na česticama letećeg pepela. Takođe je sprovedena iuporedna analiza neutralizacije kiselih rudničkih voda alternativnim i konvencionalnimsredstvom za neutralizaciju. Faktori koji utiču na pH i prirodu konačno dobijenog rastvoraAMD su količina pepela ili jalovine u odnosu na AMD, količina hidrolizujućih sastojakadostupnih u AMD i vreme trajanja reakcije. Na osnovu rezultata EN 12457-4 testa pepeo EF iKOST koji su korišćeni za neutralizaciju kisele rudničke vode jezera „Robule“, se svrstavajuu kategoriju opasnog otpada zbog povećanog sadržaja Sb. Koncentracije ostalih elemenata urastvoru za luženje su znatno ispod propisanog nivoa TCLP i EN12457-4 testova. Kako bi seispitala stabilnost metala i njihova mobilnost pri padavinama na samom mestu deponovanja,primenjen je dugotrajni test luženja otopljenim snegom. Cilj primene ovog testa jestesimulacija uslova na samom terenu izlaganjem pepela dugotajnom uticaju padavina (otopljenisneg) u laboratoriji. Rezultati dugotrajnog testa su pokazali smanjenje Sb u uzorku pepela imogućnost mobilnosti antimona u životnu sredinu izlaganjem padavinama, pa je pepeo iposle tretmana otopljenim snegom zadržao kategoriju opasnog otpada.Kao krajnji rezultat neutralizacije kisele rudničke vode jezera „Robule“ primenomalternativnih agenasa flotacijske jalovine i letećeg pepela dobijena je prečišćena voda koja jebezbedna za ispuštanje u životnu sredinu, što je i bio cilj.

Opis (srp)

Inženjerstvo zaštite životne sredine / Environmental Engineering Datum odbrane: 10.03.2023.

Opis (eng)

This doctoral dissertation presents the experimental findings of using waste rawmaterials, flotation tailings, and fly ash from coal combustion to neutralize acid mine water,as well as the mechanism of neutralization. Alternative resources for neutralizing acid minewater of Lake Robule included flotation tailing from the copper mine Majdanpek (FJM) andfly ash from two power plants: „Nikola Tesla“– Obrenovac (EF) and „Kostolac“ power plant(KOST) (pH 2.47).The chemical and mineralogical composition of the initial samples of flotation tailingFJM and fly ash EF and KOST was evaluated by assessing leaching and stability of samplesusing two standard leaching tests: TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure )andEN 12457-4, as well as the ANC (Acid Neutralization Capacity) test. These base materialswere shown to have a large capacity to neutralize acid, making them a highly effectivealternative material for neutralizing acid mine drainage and eliminating metals. The softwarePHREEQC was used to model the aqueous speciation of FJM, EF, and KOST neutralizingagents, and the results were presented as saturation index (SI) of the corresponding mineralphases, formed during the treatment of lake water with flotation tailings and fly ash based onpH and element concentrations in the solutions. The FJM neutralization experimentprecipitated more than 99 percent of Al, Fe, and Cu, 98 percent of Pb, and 92 percent of Zn,according to the findings. Leaching of these metals from flotation tailings raises Cd and Mnconcentrations. Additional treatment was undertaken using hydrated lime to boost the pH to10 and so offer circumstances for its removal, in order to reduce the concentration of Mnbelow the authorized limits by Serbian legislation. FJM can also be used safely in the activetreatment of acid mine waters when combined with hydrated lime, according to the findings.FJM7d, the solid residue of flotation tailings following AMD (Acid Mine Drainage)neutralization, has a high concentration of S and a higher quantity of heavy metals thatprecipitated in the form of their hydroxides during the neutralization process. The solidresidue has around 4% more particles with dimensions smaller than 63 m after AMDneutralization with FJM, but the concentration of particles larger than 250 m decreases. Themeasured bulk density values before and after AMD treatment, 1.21 g / cm3 and 1.17 g / cm3,support this. These findings suggested that during treatment, the leaching process wasfollowed by carbonate comminution. According to the EN 12457-4 test, FJM before treatmentis categorized as hazardous waste due to the Sb concentration of 24 mg/kg, because themaximum allowable value is 5 mg/kg Sb. FJM7d, on the other hand, is classified as non-hazardous waste as a solid residue after treatment because it contains 0.7 mg/kg Sb. There areno defined effluent limit values for antimony in the legislation of the Republic of Serbia.FJM7d results demonstrate hazardous element concentrations substantially below the allowedlimits in all three tests, TCLP leaching tests, EN 12457-4 test, and long-term melted snowleaching test. Long-term leaching with melting snow had the goal of simulatingenvironmental conditions in the lab for a year. The results of the normal leaching techniqueswere compared to the results of the obtained drainage water.Laboratory tests have demonstrated that fly ash EF and KOST can be used to neutralize acidmine water from Lake „Robule“. The EF and KOST neutralization experiment precipitatedmore than 99 percent of Al, Fe, and Cu, and Zn and 89 percent of Pb, according to thefindings.Both neutralization materials, flotation tailing and fly ash, due to their basic character, lead toincreasing of pH. Although both ashes belong to the so-called F class of fly ash, collectedsamples showed significant differences in mineral composition that lead to differentpossibilities for neutralization of acidic mine waters. The removal of Fe3+ and Al3+ ions andformation of insoluble (oxy)hydroxide compounds, that happens in first 5 minutes ofneutralization, at pH 4.38 for EF sample and 5.15 for the KOST sample creates favourableconditions for co-precipitation of other trace metals (Cu, Zn, Ni, Pb, and Cd) from AMD,which is further enhanced by cation adsorption on fly ash particles. The amount of ash addedto the neutralization process, the amount of hydrolyzing chemicals accessible in AMD, andthe duration of the neutralization process all influence the pH and chemical composition ofthe final purified AMD solution. Due to the increasing level of Sb, the ash EF and KOST usedfor neutralization of acid mine water in Lake Robule are classed as hazardous waste based onthe findings of the EN 12457-4 test. Other element concentrations in the leaching solution aremuch lower than the TCLP and EN12457-4 test requirements. Leaching with melting snowwas used to assess the leaching of Sb under outdoor circumstances and its mobility. Theamount of Sb in the ash was lowered, which suggests that Sb can be removed from theenvironment by leaching with precipitation, keeping the ash in the hazardous waste category.The purpose of this dissertation was to produce purified water that was safe for releaseinto the environment as a result of the neutralization of the acid mine water of Lake „Robule“utilizing alternative materials such as flotation tailings and two fly ash.

Jezik

srpski

Datum

2022

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Metalurgija obojenih metala

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Zagađenost voda

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Metalurgija obojenih metala

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Zagađenost voda

kisele rudničke vode, flotacijska jalovina, leteći pepeo, smanjenje otpada, tretman kiselih rudničkih voda, neutralizacija, alternativni materijali za neutralizaciju kiselih rudničkih voda

Acid Mine Drainage (AMD), flotation tailing, fly ash, wate minimization, Acid mine drainage treatment, neutralization, alternative materials for AMD neutralization