Recovery of Iron from Acid Mine Drainage in the Form of Oxides

• Autorzy: Macingova E. , Luptakova A.

Warianty tytułu

PL

Odzyskiwanie żelaza w formie tlenków z kwaśnego drenowania kopalni

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Acid mine drainage (AMD) typical by low pH, high concentration of sulphates and different heavy metals is one of the major sources of environmental damage in mining industry. Treatment methods to address AMD are focused on neutralizing, stabilizing and removing pollutants through various physical, chemical and biological processes. However this type of mining influenced water should be considered not only as serious environmental problem, but also as an important resource due to the universal high metal demand and ambition of potential reuse of metals recovered from AMD. The aim of this work was to recovery of iron in the form of oxides from AMD drained from enclosed and flooded Smolnik sulphidic deposit (Slovakia). The iron was removed from AMD in two steps to very low levels that meet required water quality criteria. The ferrous iron present in AMD was oxidized using hydrogen peroxide. In this stage decreasing of pH value and partial iron precipitation were observed. The follow neutralization using sodium hydroxide resulted in total iron removing by precipitation. The obtained solids were identified as a schwetmannite. The iron oxides were produced by thermal decomposition of precipitates. The morphology of acquired intermediates was studied by cryo-scanning electron microscopy (cryo-SEM) and the Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was applied to characterization of their composition. Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) was used for qualitative and quantitative analysis of intermediates and products. The X-ray powder diffraction (XRPD) was performed for the mineralogical analysis of the iron precipitates before and after the differential (DTA) and thermogravimetric (DTG) experiment.

PL

Kwaśne drenowanie kopalni (AMD – Acid Mine Drainage) typowe dla niskiego pH, wysokiego stężenia siarczanów i innych metali ciężkich jest jednym z głównych źródeł szkód środowiskowych w przemyśle wydobywczym. Metody obróbki adresowane dla AMD są skupione na neutralizowaniu, stabilizacji i usuwaniu zanieczyszczeń za pomocą różnych procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych. Jednakże ten typ wydobycia, który wpływa niekorzystnie na wodę powinien być uważany nie tylko za poważny problem środowiskowy, a także za ważne źródło zasobów, w związku z powszechnym zapotrzebowaniem na metale i ambicję do potencjalnego powtórnego użycia metali odzyskanych z AMD. Celem tej pracy jest odzysk żelaza w formie tlenków z AMD z zamkniętego i zalanego depozytu Smolniksulphidic (Słowacja). Żelazo zostało usunięte z AMD w dwóch krokach, aż do uzyskania bardzo niskiego poziomu aby zaspokoić kryteria jakości wody. Żelazo (II) obecne w AMD zostało utlenione z użyciem nadtlenku wodoru. Na tym etapie zaobserwowano malejącą wartość pH i częściowe wytrącanie się żelaza. Następująca później neutralizacja z użyciem wodorotlenku sodu skutkowała całkowitym usunięciem żelaza w skutek wytrącania. Uzyskane ciała stałe zostały zidentyfikowane jako schwetmannit. Tlenki żelaza zostały wytworzone w procesie rozkładu termicznego wytrąconego osadu. Morfologia uzyskanych półproduktów została zbadania za pomocą krio-skaningowego mikroskopu elektronowego (krio-SEM) oraz w celu zbadania ich składu zastosowana została spektroskopia w podczerwieni z transformatą Fouriera (FTIR). Spektroskopia z dyspersją energii promieniowania rentgenowskiego (EDX) została zastosowana w analizie jakościowej i ilościowej półproduktów i produktów. Dyfrakcja proszkowa promieniowania rentgenowskiego została użyta do analizy mineralogicznej osadów żelaza przed i po eksperymentach różnicowych (DTA) i termo grawimetrycznych (DTG).

Słowa kluczowe

EN

acid mine drainage; iron oxide recovery; structural and mineralogical analysis

PL

kwaśny odciek kopalniany; odzysk tlenku żelaza; analiza strukturalna i mineralogiczna

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 15, nr 2
• Strony: 193--198
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Macingova E.

• Slovak Academy of Sciences, Institute of Geotechnics, Department of Mineral Biotechnologies, Watsonova 45, 040 01 Košice, Slovak Republic

autor

Luptakova A.

• Slovak Academy of Sciences, Institute of Geotechnics, Department of Mineral Biotechnologies, Watsonova 45, 040 01 Košice, Slovak Republic

Bibliografia

• 1. AQUIPUR a. s., Knight Piesold Consulting. Project Summary: Feasibility test for water quality improvement using passive treatment system on effluent waters from the Smolnik mine in Slovakia. 2000, 7 p
• 2. Baker B.J., Banfield J.F.: Microbial communities in acid mine drainage. FEMS Microbiology Ecology, 44, 2003, p. 139-152, doi: 10.1016/S0168-6496(03)00028-X
• 3. Bigham J.M., Carlson L., Murad E.: Schwertmannite, a new iron oxyhydroxysulfate from Pyhäsalmi, Finland, and other localities. Mineralogical Magazine, 58, 1994, p. 641-648
• 4. Bigham J.M., Nordstrom D.K.: Iron and aluminium hydoxysulfates from acid sulfate waters. Alpers C.N., Jambor J.L., Nordstrom D.K. (eds.), Sulfate Minerals: Crystallography, Geochemistry and Environmental Significance, Mineralogy and Geochemistry 40, Chapter 7, 2000, p. 351-403, doi: 10.2138/rmg.2000.40.7
• 5. Bigham J.M., Schwertmann U., Traina S.J., Winland R.L., Wolf M.: Schwertmannite and the chemical modelling of iron in acid sulphate waters. Geochimica and Cosmochimica Acta, 60, 1996, p. 2111-2121
• 6. Cernotova L., Tora B., Cablik V., Cablikova L. Comparison of pigments and waste industrial pigments. Inzynieria Mineralna, 2012, No 2(30), p. 65-72, ISSN 1640-4920
• 7. Flores R.G., Andersen S.L.F., Maia L.K.K., Jose H.J., Moreira R.F.P.M.: Recovery of iron oxides from acid mine drainage and their application as sorbent or catalyst. Journal of Environmental management, 111, 2012, p.53-60
• 8. Hedrich S., Johnson D.B.: A modular continuous flow reactor system for the selective bio-oxidation of iron and precipitation of schwertmannite from mine-impacted water. Bioresource technology, 106, 2012, p. 44-49
• 9. Jencarova J., Luptakova A., Kupka D.: The possibilities of sulphate-reducing bacteria use in mine drainage waters remediation. Inżynieria Mineralna, 2(32), 2013, p. 47-51, ISSN 1640-4920
• 10. Kupka D., Pallova Z., Hornakova A., Achimovicova M., Kavecansky V.: Effluent water quality and the ochre deposit characteristics of the abandoned Smolnik mine, East Slovakia. Acta Montanistica Slovaca, 17, 2012, p. 56-64, ISSN 1335-1788
• 11. Macingova E.: Application possibilities of the bioremediation methods for the elimination of the environmental and industrial loads. PhD dissertation, The Technical University of Kosice, Slovak Republic, 2010 (in Slovak)
• 12. Mazzetti L., Thistlethwaite P.J.: Raman spectra and thermal transformations of ferrihydrite and schwertmannite. Journal of Raman Spectroscopy, 33, 2002, p. 104-111
• 13. Michalkova E., Schwarz M., Pulisova P., Masa B., Sudovsky P.: Metals recovery from acid mine drainage and possibilities for their utilization. Pol. J. Environ. Stud., 4, 2013, p. 1111-1118
• 14. Nordstrom D.K.: Hydrogeochemical processes governing the origin, transport and fate of major and trace elements from mine wastes and mineralized rock to surface waters. Applied Geochemistry, 26, 2011, p. 1777-1791, doi: 10.1016/j.apgeochem2011.06.002
• 15. Parafiniuk J., Siuda R.: Schwertmannite precipitated from acid mine drainage in the Western Sudetes (SW Poland) and its arsenate sorption capacity. Geological Quarterly, 50, 2006, p. 475-486
• 16. Peiffer S., Paikaray S., Damian C. et al.: SURFTRAP – Development and optimisation of a process to biosynthesize reactive iron mineral surfaces for water treatment purposes, Geotechnologien Science Report 16, 2010, p.154-169, doi: 10.2312/GFZ.gt.16.11
• 17. Silva R. de A., Castro C.D., Petter C.O., Schneider I.A.H.: Production of iron pigments (goethite and hematite) from acid mine drainage. Rüde, Freund, Wolkersdorfer (eds.), IMWA 2011, Mine Water – Managing the Challenges, Aachen, Germany, p. 469-473
• 18. Silva R. de A., Castro C.D., Viganico E.M., Petter C.O., Schneider I.A.H.: Selective precipitation/UV production of magnetite particles obtained from the iron recovered from acid mine drainage. Mineral Engineering, 29, 2012, p. 22-27, doi:10.1016/j.mineng.2011.12.013
• 19. Singovska E., Balintova M., Junakova N.: Evaluation of surface water pollution in the Smolnik creek. In 13th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2013, 16-22 June 2013, Albena, Bulgaria, Conference Proceedings, Volume I, p. 445-450, ISBN 978-619-7105-04-9, doi: 10.5593/sgem2013
• 20. Spaldon T., Hanculak J., Sestinova O., Findorakova L., Kurbel T.: Methods of sulphates and heavy metals removal from acid mine drainage. Waste Forum, 3, 2012, p. 126-131, ISSN 1804-0195
• 21. Yu J.Y., Heo B., Choi I.K., Cho J.P., Chang H.W: Apparent solubilities of schwertmannite and ferrihydrite in natural stream waters polluted by mine drainage. Geochimica and Cosmochimica Acta, 63, 1999, p. 3407-3414