A sustainable solution for fresh-water demand in mining sectors : process water reclamation and metals recovery from pox effluent by membrane distillation followed by ion exchange resins | Uma solução sustentável para a demanda de água nos setores de mineração : geração de água de processo e recuperação de metais de efluentes do pox por destilação por membrana seguida de resinas de troca iônica

Entre os processos de beneficiamento do ouro, a oxidação sob pressão (OSP) é aplicada visando à maior taxa de recuperação desse metal. No entanto, OSP gera elevado volume de efluente, que contém altas concentrações de ácido (H2SO4) e metais. Nesse sentido, é necessário adotar métodos de tratamento eficazes para atender às legislações ambientais, e permitir a recuperação desses subprodutos. Nesse cenário, a destilação por membrana de contato direto (DMCD) foi avaliada em substituição aos tratamentos convencionais e comparada, em termos de viabilidade operacional e aspectos econômicos, com a nanofiltração (NF) para o tratamento/ beneficiamento desse tipo de efluente. Também se avaliou a aplicação da DMCD em diferentes temperaturas de alimentação (55 – 65 °C) e taxas de recirculação (0,3 - 1,5 L/min). Duas membranas comerciais, de poli (tetrafluoroetileno) e poli (vinilidenefluoreto), foram comparadas, bem como a contribuição de um espaçador, em termos de taxa de recuperação do permeado e a eficiência de retenção. As menores taxas de molhamento foram obtidas em temperaturas de alimentação e vazão de recirculação reduzidas (60 ºC e 0,30 L/s, respectivamente), o que permitiu maior grau de recuperação do permeado. Porém, o aumento na temperatura e na vazão de alimentação levou a resistências mais baixas. Nessa perspectiva, a resistência da membrana teve a maior contribuição para a transferência de massa, enquanto a resistência associada à incrustação teve efeitos desprezíveis. Nas melhores condições (PTFE com espaçador, temperatura de alimentação de 60 °C e 0,3 L/min) o processo teve um fluxo médio de 6,82 L/m2.h de permeado e grau de recuperação de 33,9%. Sob essas condições operacionais, obteve-se elevada retenção de metais e ácidos, >99,2% e >99,9%, respectivamente, gerando um permeado que pode ser utilizado diretamente como água de reúso na mineração. O concentrado gerado pela DMCD apresenta altas concentrações de metais e com o objetivo de recuperar os elementos de maior interesse econômico (Ni 2+, Cu2+ e Co2+) as resinas de troca iônica Amberlyst A26, Dowex M 4195 e Amberlite IRC747 foram utilizadas. Nessa perspectiva, a Dowex M 4195 foi a resina mais eficaz, que apresentou a seguinte ordem de seletividade iônica Cu2+> Ni2+> Co2+ com 98, 57 e 23 %, respectivamente, de adsorção. Os resultados também indicaram que a elevação da concentração de resina aumentou a porcentagem de remoção desses metais. Logo, a DMCD seguida da troca iônica foi considerada uma alternativa promissora para a reutilização de água de processo, recuperação de metais e, consequentemente, beneficiamento do efluente da OSP.

Among the gold beneficiation process, oxidation under pressure (POX) is applied to aim higher recovery grades. However, the POX generates a large amount of effluent, which contains high acid concentrations (H2SO4) and metals. In this sense, it is necessary to adopt effective treatment methods to meet increasingly restrictive environmental legislation and, moreover, allow these by-products recoveries. In this scenario, the direct contact membrane distillation (DCMD) was evaluated in substitution of conventional treatments and compared in terms of operational viability and economic aspects with nanofiltration (NF) for the POX effluent treatment/beneficiation. The application of DCMD at different temperatures was also evaluated at different feed temperatures (55 – 65 °C) and recirculation flowrates (0.3 – 1.5 L/min). Two different commercial membranes, poly(tetrafluoroethylene) and poly(vinylidenefluoride), were compared, including the contribution of an additional spacer, in terms of distillate recovery grade and retention efficiency. Lower wetting rates were obtained for lower feed temperatures and recirculation flowrate (60 ºC and 0.30 L/s, respectively), which allowed for a greater permeate recovery grade. In contrast, an increase in both feed temperature and recirculation flowrate led to lower resistances. Among them, the resistance imposed by the membrane had the highest contribution to mass transfer, whereas fouling resistance had negligible effects. Under the best conditions (PTFE with spacer, feed temperature of 60 °C and 0.3 L/min) the process had an average distillate flux of 6.82 L/m2.h and a permeate recovery grade of 33.9%, without compromising the permeate physicochemical quality. Under these operational conditions high values of metals and acidy retention were achieved, >99.2% and >99.9 %, respectively, generating a permeate that can be used directly as reuse water in the mining plant. The DCMD’s concentrate generated by this process presents high metals concentrations and in order to recover the greatest economic interest elements (Ni2+, Cu2+ and Co2+) the Amberlyst A26, Dowex M 4195 and Amberlite IRC747 resins were applied. In this context, Dowex M 4195 was the most effective resin, presenting an ion selectivity order Cu2+ > Ni2+ > Co2+ with 98, 57 and 23 % of this resin adsorption, respectively. The results also indicated that increasing resin concentration increased the percent removal of these metals. Overall, DCMD followed by ion exchange resins was considered as a promising alternative for process water reclamation, metals recovery and, consequently, POX effluent beneficiation.

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