Evaluation of water treatment methods and identification of the best available technology for Kristineberg mine area
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2018-03-19
Department
Major/Subject
Water and Environmental Engineering
Mcode
ENG29
Degree programme
Master’s Programme in Water and Environmental Engineering (WAT)
Language
en
Pages
75+19
Series
Abstract
Mining of pyrite-rich ore deposits produces large volumes of acid mine drainage, which has low pH and high concentrations of heavy metals and sulfates. Upcoming Swedish environmental regulations aim to decrease maximum allowed concentrations of metals in water discharged to natural water bodies. Conventional processes are not able to achieve the upcoming requirements, which leads to demand for new solutions. This thesis identifies water treatment methods that could potentially be used to treat mine drainage from Kristineberg mine in northern Sweden to comply with the proposed requirements. This work evaluates chemical methods of acid mine drainage treatment with particular focus on precipitation of metals as hydroxides and sulfides. Co-precipitation and adsorption of metals by ferric hydroxide and manganese dioxide as polishing step after neutralization were also investigated. The work was done by modelling and laboratory experiments with mine drainage obtained from Kristineberg mine area. It was found that neutralization of mine drainage and hydroxide precipitation of metals could not reach the proposed requirements for arsenic and copper. Applying Fenton reagent and manganese oxidation as a polishing step improved removal of all metals, but residual As and Cu concentrations were still slightly higher than required. Sulfide precipitation of metals after removal of iron and aluminium as hydroxides showed better removal of copper, but removal of nickel was not achieved. Removal of uranium was also worse than that achieved by neutralization. However, because sulfide precipitation produces less sludge and makes metals recovery possible, the study concluded that it is a more attractive option for Kristineberg mine drainage treatment. But additional studies are required to find optimum conditions for nickel removal. Conducting bench-scale experiments with hydrogen sulfide gas as a sulfide source is recommended. The study found that both neutralization with polishing and sulfide precipitation would reach lower effluent metal concentrations than those reached by the existing Kristineberg water treatment plant. But it was concluded that the proposed discharge requirements are unrealistically low, especially for As, and it is likely that a full-scale water treatment plant would not be able to consistently reach these limits for all the specified metals.Utvinning av pyrit-rika malm producerar stora mängder av surt gruvvatten, som har lågt pH och höga koncentrationer av tungmetaller och sulfat. Nya svenska miljöföreskrifter strävar efter att minska maximalta tillåtna metallkoncentrationer i vatten som släpps ut i naturliga vattendrag. Konventionella processer kan inte möta de kommande kraven, vilket leder till en efterfrågan på nya processlösningar. Det här examensarbetet identifierar vattenbehandlingsmetoder som potentiellt kan användas för att behandla gruvvatten från Kristinebergsgruvan i norra Sverige för att kunna följa de föreslagna kraven. Det här arbetet utvärderar kemiska metoder för behandling av surt gruvvatten med särskild inriktning på utfällning av metaller som hydroxider och sulfider. Samutfällning och adsorption av metaller med järnhydroxid och mangandioxid som poleringssteg efter kalkning undersöktes också. Arbetet gjordes genom modellering och laboratorieexperiment med gruvvatten från Kristinebergsgruvan. Det konstaterades att kalkning av gruvvatten och hydroxidutfällning av metaller inte kunde möta de nya kraven för arsenik och koppar. Men med hjälp av Fenton-reagens eller manganoxidation som ett poleringssteg förbättrades avlägsnandet av metaller. Användning av sulfidutfällning av metaller efter borttagning av järn och aluminium som hydroxider visade bättre utfällning av koppar, men nickel-kravet uppnåddes inte. Avslängande av uran var också sämre an med kalkning av gruvvatten. Men eftersom sulfidutfällning producerar mindre mängder av slam och gör det möjligt att återvinna metaller, konstaterades att det är ett mer attraktivt alternativ för behandling av det sura vattnet från Kristinebergsgruvan. Men ytterligare studier krävs för att hitta optimala förhållanden för att ta bort nickel. Genomförande av experiment i bänkskala med vätesulfidgas som sulfidreagens rekommenderas. Studien visade att både neutralisering med poleringssteg och sulfidutfällning skulle nå lägre metallkoncentrationer än de som nås i det befintliga vattenreningsverket i Kristineberg. Sammanfattningsvis konstaterades att de föreslagna utsläppskraven är orealistiskt låga, särskilt för As. Mest troligt kommer det blir svårt i en fullskalig anläggning att ständigt möta utsläppskraven för alla specifika metaller.Description
Supervisor
Vahala, RikuThesis advisor
Aromaa, JariNovikova, Ksenia
Keywords
acid mine drainage, water treatment, metals solubility, hydroxide precipitation, sulfide precipitation, modelling