So verhindern Sie Gipsablagerungen

Umkehrosmose- (RO), Nanofiltrations- (NF) und Ultrafiltrationsmembranen (UF) werden in der Entsalzungsindustrie seit langem zur Aufbereitung von Meer- und Brackwasser eingesetzt. Da die Weltbevölkerung jedoch wächst[1], ist es zwingend erforderlich, mehr frisches und sauberes Wasser zur Verfügung zu stellen. Aus diesem Grund hat Genesys International sein Fachwissen auf die Bereitstellung von Antikalkmitteln und Reinigungsmitteln für eine weniger traditionelle Industrie – den Bergbau – konzentriert.

Laut einem Artikel von Paulina Szyplinska aus dem Jahr 2012 ist der Bergbau der viertgrößte Wasserverbraucher weltweit[2], aber 90 % des Grubenwassers sind mithilfe von Technologien wie RO oder NF recycelbar. Obwohl es sich hierbei noch um eine vergleichsweise neue Anwendung der Wasserfiltrationsmembrantechnologie handelt, ist die Anzahl der mit Bergbaubetrieben verbundenen Anlagen in den letzten 10 Jahren dramatisch gestiegen.

Es gibt eine besondere Herausforderung, die Grubenwasserfiltrationsanlagen betrifft – hohe Werte an insgesamt gelösten Feststoffen (TDS), die zu einer starken Tendenz zur Bildung von Ablagerungen führen, insbesondere von Calciumsulfat (CaSO4) oder Gips.

Diese Bedingungen liegen außerhalb der empfohlenen Betriebsparameter der Membranhersteller. Aus diesem Grund hat die Membrantechnologiebranche den Bergbausektor traditionell als Geschäftsquelle abgetan, weil er ihn für zu anspruchsvoll hält, als dass er sich lohnen würde.

Dennoch scheinen Bergbaubetreiber zunehmend in RO- und NF-Membranfiltration zu investieren, da sie von den Vorteilen einer verbesserten Metallrückgewinnung und der Möglichkeit zur Abwasserreinigung profitieren. Durch die eigene Forschung von Genesys International wurden bis zu 389 Minen identifiziert, die derzeit Membranfiltration einsetzen, 301 davon wurden seit 2009 in Betrieb genommen.

Das Unternehmen ist davon überzeugt, dass es mit der richtigen Chemie und einer offenen Einstellung nicht nur möglich ist, komplexe Ablagerungen zu verhindern, sondern auch verschmutzte und verkrustete Membranen wirksam zu reinigen, um ihre Leistung wiederherzustellen. Und es scheint, als würden auch andere beginnen, es zu begreifen. Das Team von Genesys wurde kürzlich ermutigt, die folgenden Kommentare in einem Artikel von Darryl Butcher, Direktor von BDB Process, Australien, zu zwei Membrananlagenprojekten zu lesen, an denen er in Afrika beteiligt war[3]: „Keine dieser Anwendungen funktionierte wie gewählt.“ Membranen innerhalb der von den Herstellern veröffentlichten empfohlenen Betriebsfenster, aber beide waren technisch und kommerziell sehr erfolgreich und beide übertrafen die prognostizierte Leistung, die zur Rechtfertigung der Projektinvestitionen herangezogen wurde … Es ist wahrscheinlich, dass Membranen zur Verbesserung in einem breiten Anwendungsspektrum eingesetzt werden Prozessergebnisse.“

Im Gegensatz zu anderen Arten der Ablagerung ist CaSO4 pH-unabhängig. Das bedeutet, dass die Zugabe einer Säure oder Lauge keinen Einfluss auf die Verhinderung der Kalkbildung hat. Genesys hat zwei neue Antiscalantien entwickelt – Genmine AS26 und Genmine AS65 – die in der Lage sind, CaSO4 sowohl bei niedrigem als auch bei hohem pH-Wert (bis zu x8-10 Sättigungsniveaus) zu hemmen.

Genmine AS26 ist besonders widerstandsfähig gegenüber sauren Bedingungen, was bei einem Antikalkmittel selten vorkommt. Durch strenge Tests formuliert und perfektioniert, kann es CaSO4 bei pH-Werten von nur 1–2 hemmen (Abb. 1). Dies bedeutet, dass keine kostspielige Vorbehandlung erforderlich ist, um Bergbauabwässer zu neutralisieren, damit das Antiscalant wirkt. Dies sollte zu Einsparungen bei CAPEX und OPEX führen und es gleichzeitig noch einfacher machen, sowohl Metalle als auch sauberes Wasser aus Tailings-Abfällen zurückzugewinnen.

Natürlich sind nicht alle Grubenwässer sauer, weshalb das Unternehmen auch Genmine AS65 entwickelt hat, das in der Lage ist, CaSO4-Ablagerungen bei Sättigungsniveaus von x8-10 (Abb. 2) bei neutralen und alkalischen pH-Werten zu hemmen. Dies gilt insbesondere für alkalische Cyanid-Haufenlaugungsverfahren, bei denen Membranen zum Konzentrieren sowohl gehaltvoller als auch unfruchtbarer Flüssigkeiten eingesetzt werden. Durch die Bereitstellung spezieller Produkte für saure und alkalische Grubenwässer ist das Unternehmen in der Lage, die richtige Chemie für potenziell jedes Grubenwasser bereitzustellen, das von Gipsablagerungen betroffen ist.

Wenn sich bereits Gipsablagerungen angesammelt haben, vielleicht aufgrund der Verwendung unwirksamer Antikalkmittel oder einer falschen Dosierung, ist es zwar schwierig, aber nicht unmöglich, diese zu entfernen, ohne die Membran zu beschädigen. Dies sollte so schnell wie möglich erfolgen, um zu verhindern, dass die Ablagerungen selbst irreversible Schäden an der Membranoberfläche verursachen.

CaSO4-Ablagerungen bilden zunächst nadelartige Partikel. Anschließend kann es zur Bildung von Plättchen und Rosetten kommen, die durch Abrieb die Membranoberfläche beschädigen können. Dies führt letztendlich zu Vertiefungen und Löchern in der Oberfläche, was die Salzabweisungseigenschaften der Membran beeinträchtigt und ihren Fluss erhöht (wodurch jedoch mehr Ionen passieren können).

Durch die richtige Vorbehandlung und den effektiven Einsatz unserer speziellen Antikalkmittel wird die Kalkbildung drastisch reduziert. Wenn sich die Futterbedingungen jedoch ständig ändern oder irgendwann die Sättigungsgrenze des Antiscalant überschritten wird, kommt es trotzdem zur Bildung von Kesselstein.

Wie oben erwähnt, ist die Bildung von Kalkablagerungen durch Kalziumsulfat besonders schwer zu kontrollieren und im Gegensatz zu Kalkablagerungen durch Kalziumkarbonat hilft auch die Zugabe von Säure nicht.

Nach umfangreicher Forschung hat Genesys drei neue Reinigungsprodukte entwickelt, die speziell auf diese Probleme zugeschnitten sind: Genmine C07 (neutraler pH-Wert) sowie Genmine C15 und Genmine C17 (hoher pH-Wert). Alle drei haben sich bei der CaSO4-Entfernung als vielversprechend erwiesen und in Tests herkömmliche Reiniger deutlich übertroffen.

Ein stark verkalkter Vexar-Abstandshalter wurde vor und nach der Reinigung gewogen, wobei der Gewichtsunterschied Aufschluss über die Leistung des Reinigers gab. Nach einer dreistündigen Reinigung entfernte Genmine C17 99,3 % der Ablagerungen, Genmine C15 entfernte 96,5 % und Genmine C07 entfernte 93,3 %.

Unter den anspruchsvollen Bedingungen im Grubenwasser ist die Dosierung von Membranchemikalien besonders sensibel. Ein Tool, das hier hilfreich sein kann, ist die Software Membrane Mine Master (MMM), die speziell zur Vorhersage der geeigneten Antiscalant-Dosierung für RO-, NF- oder UF-Membrananlagen zur Filterung von Grubenwasser entwickelt wurde. Diese neue Software bricht mit den Regeln herkömmlicher Skalenvorhersagesoftware, indem sie über den gesamten pH-Bereich (1–14) funktioniert, während die meisten auf einen engen pH-Bereich, typischerweise 5–9, beschränkt sind.

Basierend auf den eingegebenen Anlagenspezifikationen, insbesondere den Angaben zur Wasserchemie, empfiehlt es ein geeignetes Antikalkmittel und eine geeignete Dosierung und bietet die Möglichkeit, einen zusammenfassenden Bericht zu erstellen.

Die Software wird derzeit anhand realer Standortdaten getestet und ihre Genauigkeit wird weiter verbessert, sobald mehr Felddaten zur Leistung der Antiscalants verfügbar werden.

Bergbauunternehmen setzen zunehmend Membrantechnologie ein, um die Metallrückgewinnung zu verbessern und komplexe Abwässer zu behandeln, sei es zur Wiederverwendung oder zur Einleitung in die Umwelt.

Genesys erkannte die Notwendigkeit, die Bergbaugemeinschaft besser zu unterstützen, und stellte sich der Herausforderung. Seine speziellen Antikalkmittel können die Bildung von CaSO4-Ablagerungen bei Sättigungsniveaus bis zum 8- bis 10-fachen der normalen Löslichkeit im gesamten pH-Bereich ohne zusätzliche Vorbehandlung verhindern und seine speziellen Reinigungsprodukte sind in der Lage, Gipsablagerungen vollständig zu entfernen und so die Leistung der Membrananlage wiederherzustellen , sofern sie früh genug genutzt werden.

Die Membrane Mine Master-Software kann Betreibern dabei helfen, die geeigneten Antikalkmittel und Dosierungsraten zu ermitteln, um Kalkablagerungen in Schach zu halten und die mit der Vorbehandlung und Entsorgung von Abwasser verbundenen Kosten zu senken.

Zusätzlich zum Sortiment an CaSO4-spezifischen Produkten bietet das Unternehmen Antiscalants zur Vermeidung von Siliciumdioxid-, Calciumcarbonat-, Bariumsulfat- und Metallablagerungen an, die häufig im Bergbau auftreten. Es bietet auch eine Reihe von Reinigungsprodukten zur Bekämpfung von Verschmutzungen durch Ton, Eisen und andere Metalle sowie organische Stoffe, einschließlich Biofilm.

VERWEISE

1 Weltbevölkerung von acht Milliarden, Tendenz steigend: So kann es nicht weitergehen, McKie, R (2019)

2 Durstige Welt des Bergbaus: Neue Wasserlösungen ernten, Szyplinska, P (2012)

3 Überblick über die Membrantechnologie als Prozesswerkzeug, Butcher, D (2020)

Gregory Gibson, Stephen Chesters und Max Fazel sind dabeiGenesys International