ES2259932B1 - Procedimiento de tratamiento de lodos. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de tratamiento de lodos generados por el lavado de materiales minerales granulares y uso de este procedimiento como sistema de optimización del tratamiento y gestión de lodos. Dicho procedimiento se lleva a cabo adicionando un floculante líquido sobre un lodo primario y decantación en un depósito decantador, obteniéndose un lodo secundario, adicionando el floculante líquido sobre el lodo secundario, floculando el lodo secundario, decantando y obteniendo un lodo terciario y separando el lodo terciario y el agua.
Description
Procedimiento de tratamiento de lodos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de tratamiento de lodos generados por el lavado de
materiales minerales granulares y al uso de este procedimiento como
sistema de optimización del tratamiento y gestión de lodos.
En la actualidad el proceso de lavado de la
materia prima para la producción de áridos y de metales lleva
asociado la generación de lodos, de composición mayoritariamente
arcillosa, que se almacenan en balsas construidas sobre el terreno
hasta que pierden el agua por evaporación, en la mayoría de los
casos, y por otros medios mecánicos, adquiriendo la consistencia
necesaria para permitir recuperar el uso original del terreno.
El tiempo de secado es muy largo, pudiendo
llegar a ser de diez años desde el momento en que los lodos fueron
depositados ["Paste and thickened tailings - A Guide".
Australian Centre for Geomechanics, The University of Western
Australia, 2002].
Los problemas que presentan las balsas de
almacenamiento son múltiples ya, que afectan a grandes superficies
de terreno, su proceso de recuperación-restauración
es muy prolongado en el tiempo, pueden presentar problemas de
estabilidad y suponen un elevado riesgo para personas, animales y,
en determinados casos, cauces fluviales o zonas con especial
importancia desde el punto de vista medioambiental, haciendo que la
Autoridad competente sea muy exigente a la hora del cumplimiento de
la Legislación específica, garantizando dicho cumplimiento con la
imposición de avales y la contratación de seguros con fuertes
primas.
La presente invención pretende solucionar todas
las desventajas mencionadas en líneas anteriores y permite
optimizar los sistemas de tratamiento de lodos [ESP0525314:
"Método de depuración de lodos de aserrado de piedras".
US6726845: "Dextran starch and flocculant combination for
improving red mud clarification". JP2004008903: "Inorganic mud
transmutation, flocculation and purification treating agent".
IE823086L: "Flocculating red mud from alumina manufacture"]
ya que reivindica un procedimiento que pretende ser una alternativa
muy útil a la gestión de balsas y lodos en la minería a diferencia
de las patentes que reivindican sistemas de depuración de aguas
residuales o de contaminantes de origen orgánico, ya que el objeto
del procedimiento de depuración es diferente [ES 2 166 565 T3:
"Tratamiento de lodos de aguas residuales o lodos similares".
EP 0 283 153 B1: "Method of treating wastewater
sludge"].
El documento ES 220365 describe un procedimiento
para el espesamiento de suspensiones acuosas minerales cuyas
características principales son que utiliza como floculante una
mezcla consistente en una parte en peso de floculante polimérico
catiónico y de 2 a 99 partes en peso de floculante polimérico
aniónico más agua, siendo la concentración total del polímero del
5%. La suspensión acuosa ha de tener un contenido en sólidos de
5-125 gr/l. Este procedimiento es continuo, los
sólidos del subflujo y del sobreflujo son retirados continuamente
del espesador, así como se añade continuamente suspensión acuosa
fresca. Además, la mezcla se somete a cizallamiento mediante
mecanismo estándar de palas inclinadas.
El documento US 3680698 describe un
procedimiento para el tratamiento de lodos y residuos sólidos. Como
floculante utiliza un líquido más un coagulante polielectrolito
soluble, y consiste en añadir mediante agitación la masa coagulante
líquida, sedimentar los líquidos floculados con agitación lenta y
separar el líquido decantado de los sólidos parcialmente
compactados. El líquido reactivo se añade a la suspensión con
agitación rápida y enérgica. Los sólidos pasan por un medio
filtrante poroso (filtro de arena) con el que luego compactan por
contacto y agitación lenta. El depósito tiene fondo de arena y
placas de drenaje. Además los sólidos se centrifugan para una mayor
compactación.
En el documento US 4251363 trata de mezclas de
agentes floculantes poliméricos aniónicos para la sedimentación de
lodos de fosfato, utilizando como agente floculante, en primer
lugar, un copolímero de ácido acrílico y acrilamida con peso
molecular 200000 y un porcentaje en peso de grupos ácidos o sales
solubles del 70%, y en segundo lugar, un copolímero de ácido
acrílico y acrilamida con peso molecular 4000000 y un porcentaje en
peso de grupos ácidos o sales solubles del 35%. La cantidad total
de floculante del primer y segundo copolímero oscila entre
6-10 partes por millón de los lodos. La relación
entre copolímero es 1.67:1. Se mezclan mediante agitadores de
paletas.
En comparación con los documentos ES 220365, US
3680698, US 4251363 la presente invención no es un proceso
continuo, como ES 220365, pues se adiciona el mismo floculante en
dos fases (en US 4251363 se adiciona el mismo floculante pero de
distinto peso molecular en cada una de las fases), y se produce
decantación a un deposito decantador (que no ocurre en los
documentos citados) obteniendo un lodo secundario sobre el que se
vuelve a adicionar floculante, que en este caso es preferentemente
de tipo poliacrilamida o polióxido de etileno. Además, no se somete
la mezcla a cizallamiento (ES 220365), ni se utilizan filtro de
arena ni placas de drenaje (US 3680698), ni agitadores complejos de
paletas (US 4251363), sino que se utilizan sencillos agitadores,
mezcladores o dosificadores.
En los tres documentos anteriores, se añade el
floculante para que por medio de agitación se produzca la
decantación, con un solo floculante a adicionar, excepto para US
4251363, donde se añaden dos floculantes de distinto peso molecular
en dos etapas, pero a diferencia de la presente invención, no se
decanta a un depósito decantador antes de la segunda adición.
La gran ventaja y deferencia con respecto a
estos documentos es la eliminación de la humedad del lodo primario
entre el 80 y 95% respecto al agua total, que puede ser empleada en
el proceso de lavado, con el consiguiente ahorro en el consumo de
este recurso.
La presente invención proporciona un
procedimiento para el tratamiento de los lodos generados por el
lavado de materiales minerales granulares que, en comparación con
los procedimientos actuales de la técnica anterior, resulta más
eficaz, reduce el trabajo de los operarios y el espacio necesarios,
y es más controlable.
El procedimiento que se reivindica en la
presente invención consiste en un novedoso proceso de tratamiento
de lodos mediante el cual se consigue la separación de las fases
líquido-sólido sin emplear complicados y costosos
medios mecánicos como son los filtros prensa, [ES2089859: Filtro
prensa con medios para hacer el vacío y variar la temperatura en la
cámara de filtración, para secar la torta (p. ej. en el secado de
lodos). ES 2080694: Método para el tratamiento de purificación de
aguas residuales. ES 2013153: Proceso para extracción de agua de
lodos procedentes de fabricación de terrazos y productos afines con
filtro de prensa y depósito decantador.] filtros banda [ES
2019419: Procedimiento para desaguar tortas filtrantes y dispositivo
para realizar este procedimiento] o los espesadores [ES
2027428: Procedimiento e instalación para la purificación de aguas
residuales. ES 219 541: Equipo
espesador-deshidratador de fangos procedentes de
depuradoras de aguas residuales].
El procedimiento de tratamiento para obtener
lodos secos que se reivindica en la presente invención está basado
en el uso de floculantes y de medios mecánicos sencillos como son
agitadores, mezcladores y dosificadores que permiten la agregación
de las partículas de arcilla creando flóculos densos
(2,8-3,0 gr/cm^{3}) que se depositan por gravedad
y permiten una separación instantánea de las fases
líquido-sólido, debido a la diferencia de
densidades de la fase líquida, 1 gr/cm^{3} y la fase sólida 2,6
gr/cm^{3}.
Las ventajas que presenta este procedimiento son
muy importantes y están relacionadas principalmente con el medio
ambiente, la economía de recursos (agua, electricidad, suelo, etc)
y la seguridad para personas, animales y el medio natural.
Una de las principales ventajas es que al
obtener "lodos secos", es decir lodos floculados de
alta densidad la recuperación del agua es instantánea, llegando a
alcanzarse volúmenes máximos de hasta el 80-95% del
agua utilizada, que es incorporada al ciclo de lavado, con lo que
el consumo de este recurso es muy bajo. De 1000 cm^{3} de lodo se
recuperan 800 cm^{3} de agua y se obtienen 200 cm^{3} de
arcillas con una concentración de 600 gr/l.
Esta importante recuperación de agua hace que el
lodo obtenido o "lodo seco", es decir, lodos floculados
de alta densidad, con un grado de humedad entorno al
30-35%, se pueda gestionar con maquinaria
convencional de carga y transporte, haciendo innecesarias las
balsas de almacenamiento, sin afección alguna sobre el terreno,
eliminando los riesgos a personas, animales y cauces, y sin
necesidad de la imposición de avales y contratación de seguros, con
el consiguiente ahorro de primas.
Finalmente los "lodos secos" pueden
ser usados en la agricultura y fertilización de suelos, y
dependiendo de su composición mineralógica, es decir tipo de arcilla
mayoritaria, pueden tener usos industriales como fabricación de
cerámica, papel, pinturas, etc.
El procedimiento reivindicado en la presente
invención básicamente consiste en la separación de fases
líquido-sólido, obteniendo un líquido sin sólidos y
un líquido compuesto fundamentalmente por sólidos de forma
concentrada es decir, de los lodos generados por el lavado de
materiales minerales granulares, como pueden ser sílice (gravas y
arenas), carbón, carbonatos, etc.
El procedimiento reivindicado en la presente
invención comprende las siguientes etapas:
- a)
- Actuación sobre el lodo generado por el lavado de los materiales (que denominamos "Lodo primario") con la adición de floculante líquido, produciéndose la decantación en un depósito específico denominado decantador. En esta primera decantación se consigue la separación de fases líquido-sólido, obteniéndose agua limpia y lodos con alto contenido en humedad que actualmente se almacenan en balsas sobre el terreno.
- b)
- Actuación sobre este lodo con alto contenido en humedad (denominado "lodo secundario") mediante otro tratamiento mecánico-químico y adición de floculante líquido consiguiéndose una agregación de las partículas de arcilla que da lugar a flóculos de gran densidad que decantan con mucha rapidez y se produce una separación de fases prácticamente instantánea.
Estas características textuales y de contenido
de humedad permiten que el "lodo seco" pueda ser
manejado con maquinaria convencional de carga y transporte con lo
que se eliminan las balsas de almacenamiento y se produce una
importante recuperación de agua.
Los experimentos que a continuación se
presentan, se describen como soporte de aspectos particulares de la
presente invención y en ningún caso para limitar el alcance de la
misma.
En el presente ejemplo se ilustra el
procedimiento, de la siguiente forma:
En primer lugar se parte de lodo con una
concentración inicial de 50 gr/l que es bombeado desde la
instalación de lavado del mineral.
En segundo lugar se prepara una solución inicial
de floculante con una concentración aproximada entre 0,1 y 0,8 gr/l
que se homogeneiza mediante agitadores de fondo y de superficie y
se adiciona al lodo inicial en una proporción de 30 l de mezcla por
m^{3} de lodo, alcanzándose lodo con una concentración de 300
gr/l, que es depositado en un clarificador.
En tercer y último lugar se prepara otra
solución de floculante con una concentración 1-6
gr/l que se homogeneiza mediante agitadores de fondo y de superficie
y se adiciona al lodo concentrado en una proporción de 25 l de
mezcla por m^{3} de lodo, alcanzándose lodo seco con una
concentración de 600 gr/l.
Actualmente los métodos de separación de fases
líquido-sólido para conseguir "lodos
secos" suelen ser todos mecánicos como filtros prensa,
espesadores o mediante centrifugación, estando caracterizados por
su complejidad y elevado coste. El procedimiento de obtención de
"lodos secos" que presentamos en la presente invención
reduce sustancialmente el coste, así como la complejidad de la
maquinaria de los sistemas mencionados anteriormente.
Los lodos generados en el lavado de áridos
tienen fundamentalmente composición arcillosa mientras que los
lodos generados en procesos de flotación de minerales están
constituidos por partículas rocosas finamente molidas. Si los lodos
generados en el proceso del lavado de áridos y los lodos generados
en procesos de flotación (previamente separadas las partículas con
tamaño superior a la arcilla de estos últimos) son convenientemente
tratados con el uso de floculantes de tipo poliacrilamida o
polióxido de etileno se consigue que las arcillas se agreguen
formando flóculos densos que se depositan por gravedad y permiten
una rápida separación de las fases sólido-
líquido.
líquido.
Este proceso de tratamiento de lodos supone un
gran avance en la solución del mayor problema que se presenta
actualmente en la minería.
El procedimiento presentado en la presente
invención consiste en un proceso de tratamiento de los lodos
mediante floculación que permite conseguir lodos de alta densidad y
con bajo contenido en humedad con lo que el periodo de tiempo para
su manipulación se reduce a las 24 horas siguientes de haber sido
generados.
Los resultados obtenidos tras la aplicación del
procedimiento anteriormente mencionado son los siguientes:
- Una fase sólida (lodos secos) constituida por
arcilla con muy bajo contenido en humedad, que permite su fácil
manipulación en un periodo de 24
horas.
horas.
- Una fase líquida (agua), que debido a la
rapidez del proceso de decantación permite que haya una
recuperación instantánea hasta el 90% del agua utilizada con lo que
es incorporada inmediatamente al ciclo de lavado u otros usos, no
sobre-explotando los acuíferos. Con lo que de un
consumo del 100% se pasa a un consumo del 10%.
Estos resultados llevan asociadas grandes
mejoras en la gestión de balsas y lodos en la minería, como
son:
- Eliminación de balsas de almacenamiento con lo
que no hay afección sobre el terreno (se evitan los largos periodos
de secado) y se reduce considerablemente el impacto visual.
- Eliminación de riesgos a personas y animales,
no siendo necesarios los vallados perimetrales de balsas.
- Adecuada gestión de un recurso escaso en la
naturaleza como es el agua ya que el consumo de esta es mínimo
puesto que se recupera el 90% de la utilizada en el ciclo de
lavado.
- Las propiedades de consistencia y humedad
permiten que el lodo seco sea fácilmente incorporado a las labores
de restauración junto con la tierra vegetal en un intervalo que no
es mayor de un día, consiguiéndose además la fertilización del suelo
y al incorporación al ciclo agrícola en el siguiente año.
- Al no generarse balsas no es necesaria la
presentación de avales y seguros de acuerdo con la legislación
vigente, con el consiguiente ahorro de primas.
- Posible uso industrial dependiendo de la
composición del lodo y de la cantidad generada.
- Este innovador y único proceso de tratamiento
de lodos no tiene nada que ver con los que actualmente hay en el
mercado basados en instalaciones mecánicas caracterizadas por su
gran coste y minucioso mantenimiento.
El objeto de la presente invención es un
procedimiento de tratamiento de lodos generados por el lavado de
materiales minerales granulares caracterizado porque
comprende las siguientes etapas:
- a)
- Adición de floculante líquido sobre un lodo primario y decantación en un depósito decantador, obteniéndose un lodo secundario.
- b)
- Adición de floculante líquido sobre el lodo secundario.
- c)
- Floculación del lodo secundario.
- d)
- Decantación y obtención de un lodo terciario
- e)
- Separación del lodo terciario y de agua.
Según un aspecto importante los floculantes
utilizados en el procedimiento objeto de la presente invención son
preferentemente de tipo poliacrilamida o polióxido de etileno.
Según otro aspecto relevante el floculante
empleado en la etapa a) se adiciona en una concentración entre 0,1
y 0,8 gr/l y se adiciona preferentemente en una concentración de
0,5 gr/l.
Según un aspecto importante el floculante
empleado en la etapa b) se adiciona en una concentración entre 1 y
6 gr/l y se adiciona preferentemente en una concentración de
3,5-4 gr/l.
Según otro aspecto el procedimiento de
tratamiento de lodos generados por el lavado de materiales
minerales granulares permite eliminar un grado de humedad máximo
del lodo primario entre el 80% y el 95% respecto del agua total
empleado en el proceso de lavado.
Un último aspecto importante de la presente
invención es el uso del procedimiento objeto de la presente
invención como sistema de optimización del tratamiento y gestión de
lodos.
Claims (5)
1. Procedimiento de tratamiento de lodos
generados por el lavado de materiales minerales granulares, donde
los floculantes utilizados son preferentemente del tipo
poliacrilamida o polióxido de etileno, comprendiendo las siguientes
etapas:
- a.
- Adición de floculante líquido sobre un lodo primario y decantación en un depósito decantador, obteniéndose un lodo secundario
- b.
- Adición de floculante líquido sobre el lodo secundario
- c.
- Floculación del lodo secundario
- d.
- Decantación y obtención de un lodo terciario
- e.
- Separación del lodo terciario y de agua,
y caracterizado porque el agua utilizada
en el proceso de lavado proviene de la humedad eliminada del lodo
primario, que alcanza entre el 80% y el 95% respecto del agua total
empleada en dicho proceso, y que se recupera instantáneamente en la
fase e) del procedimiento.
2. Procedimiento de tratamiento de lodos
generados por el lavado de materiales granulares según
reivindicación 1, caracterizado porque el floculante
empleado en la etapa a) se adiciona en una concentración entre 0,1 y
0,8 gr/l.
3. Procedimiento de tratamiento de lodos
generados por el lavado de materiales minerales granulares según
reivindicación 2, caracterizado porque el floculante se
adiciona preferentemente en una concentración de 0,5 gr/l.
4. Procedimiento de tratamiento de lodos
generados por el lavado de materiales minerales granulares según la
reivindicación 1, caracterizado porque el floculante
empleado en la etapa b) se adiciona en una concentración entre 1 y
6 gr/l.
5. Procedimiento de tratamiento de lodos
generados por el lavado de materiales minerales granulares según la
reivindicación 4, caracterizado porque el floculante se
adiciona preferentemente en una concentración de 3,
5-4 gr/l.
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