WO2006108899A1 - Procedimiento de tratamiento de lodos - Google Patents

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Gil Luis Serrano
Pierre Fox
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Lodos Secos S.L.
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    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/08—Multistage treatments, e.g. repetition of the same process step under different conditions

Definitions

  • the present invention relates to a sludge treatment process generated by the washing of granular mineral materials and to the use of this procedure as a sludge treatment and management optimization system.
  • sludge of mostly clayey composition, which is stored in rafts built on the ground until they lose water by evaporation, in the most cases, and by other mechanical means, acquiring the necessary consistency to recover the original land use.
  • the problems presented by the storage rafts are multiple since, they affect large areas of land, their recovery-restoration process is very prolonged over time, they can present stability problems and pose a high risk for people, animals and, in certain cases, riverbeds or areas with special importance from the environmental point of view, making the competent Authority very demanding at the time of compliance with the specific Legislation, guaranteeing said compliance with the imposition of guarantees and the contracting of insurance with strong cousins.
  • the present invention aims to solve all the disadvantages mentioned in previous lines and allows to optimize the sludge treatment systems [ESP0525314: Method of purification of stone sawing sludge ". US6726S45:” Dextrun starch and floccidant combination for improving red mud clarification ".
  • JP2004008903 "Inorganic mud transmutation, flocculation and puri ⁇ cation treating agent”.
  • IE823086L “Fhcculating red mud / rom alumina manufacture” J as it claims a procedure that claims to be a very useful alternative to the management of rafts and sludge in mining unlike of the patents claiming sewage treatment systems or contaminants of organic origin, since the purpose of the purification procedure is different
  • E 2 166 565 T3 Treatment of sewage sludge or similar sludge.
  • EP 0 283 153 Bl “Method of treating wastewater sludge”].
  • the present invention provides a method for the treatment of sludge generated by the washing of granular mineral materials which, in comparison with the current prior art procedures, is more efficient, reduces the work of the necessary operators and space, and is more controllable
  • the process claimed in the present invention consists of a novel sludge treatment process by means of which the separation of the liquid-solid phases is achieved without using complicated and expensive mechanical means such as the press filters, [ES2089859: Press filter with means for vacuuming and varying the temperature in the filtration chamber, for drying the cake (eg in sludge drying).
  • ES 2080694 Method for the treatment of wastewater purification.
  • ES 2013153 Process for sludge water extraction from terrazzo and related products with press filter and decanter tank.] Band filters [ES 2019419: Procedure for draining filter cakes and device to perform this procedure] or thickeners [EN 2027428: Procedure and installation for the purification of wastewater.
  • EN 219 541 Thickener-sludge dewatering equipment from sewage treatment plants].
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
  • the treatment procedure for obtaining dried sludge claimed in the present invention is based on the use of flocculants and simple mechanical means such as stirrers, mixers and dosers that allow the aggregation of clay particles creating dense flocs (2,8 -3.0 gr / cm 3 ) that are deposited by gravity and allow instant separation of the liquid-solid phases, due to the difference in densities of the liquid phase, 1 gr / cm 3 and the solid phase 2.6 gr / cm 3 .
  • This important water recovery means that the obtained sludge or "dry sludge”, that is to say, high density flocculated sludge, with a humidity level around 30-35%, can be managed with conventional loading and transport machinery, making unnecessary storage rafts, without any impact on the ground, eliminating risks to people, animals and channels, and without the need for the imposition of guarantees and contracting of insurance, with the consequent saving of premiums.
  • dry sludge that is to say, high density flocculated sludge, with a humidity level around 30-35%
  • dry sludge can be used in agriculture and soil fertilization, and depending on its mineralogical composition, that is, type of majority clay, they can have industrial uses such as making ceramics, paper, paints, etc.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
  • the process claimed in the present invention basically consists of the separation of liquid-solid phases, obtaining a liquid without solids and a liquid composed mainly of solids in a concentrated form that is, of the sludges generated by the washing of granular mineral materials, as they can be silica (gravel and sand), coal, carbonates, etc.
  • the process claimed in the present invention comprises the following steps:
  • second sludge by means of another mechanical-chemical treatment and the addition of liquid flocculant, achieving an aggregation of clay particles that gives rise to high density flocs that decant very rapidly and practically instantaneous phase separation occurs.
  • an initial flocculant solution is prepared with an approximate concentration between 0.1 and 0.8 gr / 1 that is homogenized by bottom and surface stirrers and added to the initial sludge in a proportion of 30 1 of mixture per m 3 of mud, reaching mud with a concentration of 300gr / l, which is deposited in a clarifier.
  • flocculant solution is prepared with a concentration of 1-6 gr / 1 that is homogenized by bottom and surface stirrers and added to the concentrated sludge in a proportion of 25 1 of mixture per m 3 of sludge, reaching dry mud with a concentration of 600gr / l.
  • the sludges generated in the washing of aggregates have fundamentally clay composition while the sludges generated in mineral flotation processes are constituted by finely ground rock particles. If the sludge generated in the aggregate washing process and the sludge generated in flotation processes (previously separated particles larger than the latter clay) are conveniently treated with the use of flocculants of the polyacrylamide or ethylene polyoxide type get the clays to aggregate forming dense flocs
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) which are deposited by gravity and allow rapid separation of the solid-liquid phases.
  • the procedure presented in the present invention consists of a process of treatment of the sludge by flocculation that allows to obtain sludges of high density and with low moisture content, so that the period of time for its handling is reduced to the 24 hours after having been generated
  • a solid phase consisting of clay with very low moisture content, which allows its easy handling in a 24-hour period.
  • a liquid phase (water), which due to the rapidity of the decantation process allows an instantaneous recovery of up to 90% of the water used, which is immediately incorporated into the wash cycle or other uses, not over-exploiting the aquifers. With what a consumption of 100% is passed to a consumption of 10%.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Proper management of a scarce resource in nature such as water since its consumption is minimal since 90% of that used in the wash cycle is recovered.
  • the properties of consistency and humidity mean that the dried mud is easily incorporated into the restoration work together with the vegetable soil in an interval that is not more than one day, also achieving soil fertilization and incorporation into the agricultural cycle in the following year.
  • the flocculants used in the process object of the present invention are preferably polyacrylamide or ethylene polyoxide.
  • the flocculant used in step a) is added in a concentration between 0.1 and 0.8 gr / 1 and is preferably added in a concentration of 0.5 gr / 1.
  • the flocculant used in step b) is added in a concentration between 1 and 6 gr / 1 and is preferably added in a concentration of 3.5-4 gr / 1.
  • the sludge treatment procedure generated by the washing of granular mineral materials makes it possible to eliminate a maximum degree of humidity from the primary sludge between 80% and 95% with respect to the total water used in the washing process.
  • a final important aspect of the present invention is the use of the method object of the present invention as a sludge treatment and management optimization system.

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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 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
CAMPO DE LA INVENCIÓN:
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.
ESTADO DE LA TÉCNICA:
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 mayoiϊtariamente 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 taüings - A Gui de ". Austr alian 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 Iodos de aserrado de piedras ". US6726S45: "Dextrun starch and floccidant combination for improving red mud clarification ". JP2004008903: "Inorganic mud transmutation, flocculation and puriβcation treating agent ". IE823086L: "Fhcculating red mud /rom alumina manufacture "J 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 Bl: "Method of treating wastewater sludge "].
DESCRIPCIÓN:
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] .
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) 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/cm3) 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/cm3 y la fase sólida 2,6 gr/cm3.
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 cm3 de lodo se recuperan 800 cm3 de agua y se obtienen 200 cm3 de arcillas con una concentración de 600 gr/1.
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.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) 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, carbonates, 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 texturales 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.
EJEMPLOS DE REALIZACIÓN:
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.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) 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/1 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/1 que se homogeneiza mediante agitadores de fondo y de superficie y se adiciona al lodo inicial en una proporción de 30 1 de mezcla por m3 de lodo, alcanzándose lodo con una concentración de 300gr/l, que es depositado en un clarificador.
En tercer y último lugar se prepara otra solución de floculante con una concentración 1-6 gr/1 que se homogeneiza mediante agitadores de fondo y de superficie y se adiciona al lodo concentrado en una proporción de 25 1 de mezcla por m3 de lodo, alcanzándose lodo seco con una concentración de 600gr/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. EI 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
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) que se depositan por gravedad y permiten una rápida separación de las fases sólido- 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.
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.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) 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 penniten 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.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) 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/1 y se adiciona preferentemente en una concentración de 0,5 gr/1.
Según un aspecto importante el floculante empleado en la etapa b) se adiciona en una concentración entre 1 y 6 gr/1 y se adiciona preferentemente en una concentración de 3,5-4 gr/1.
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.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)

Claims

REIVINDICACIONES:
1. 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.
2. Procedimiento de tratamiento de lodos generados por el lavado de materiales minerales granulares según la reivindicación 1 caracterizado porque los floculantes utilizados son preferentemente de tipo poliacrilamida o polióxido de etileno.
3. Procedimiento de tratamiento de lodos generados por el lavado de materiales minerales granulares según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque el floculante empleado en la etapa a) se adiciona en una concentración entre 0,1 y 0,8 gr/I.
4. Procedimiento de tratamiento de lodos generados por el lavado de materiales minerales granulares según la reivindicación 3 caracterizado porque el floculante se adiciona preferentemente en una concentración de 0,5 gr/1.
5. Procedimiento de tratamiento de lodos generados por el lavado de materiales minerales granulares según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque el floculante empleado en la etapa b) se adiciona en una concentración entre 1 y 6 gr/1.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
6. Procedimiento de tratamiento de lodos generados por el lavado de materiales minerales granulares según la reivindicación 5 caracterizado porque el floculante se adiciona preferentemente en una concentración de 3,5-4 gr/1.
7. Procedimiento de tratamiento de lodos generados por el lavado de materiales minerales granulares según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque se elimina un grado de humedad máximo del lodo primario entre el 80% y el 95% respecto del agua total empleado en el proceso de lavado.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
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