Acidic mining waters as resource for sustainable supply of raw and critical materials
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Author's e-mailalexandraroatgmail.com
Document typeMaster thesis
Date2022-07-06
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Abstract
L’accés a una Font fiable de matèries primeres s’ha convertit en un repte per a la Unió Europea (UE). Actualment, la Comissió té com a objectiu implementar esquemes circulars i valoritzar els residus per garantir aquest accés. En aquest context, les aigües àcides de mina (AMW) es poden considerar com una alternativa per tenir accés a determinats metalls valuosos, com ara el Zn o el Cu, però també a les terres rares (REEs) o el Mg, tots dos catalogats com a matèries primeres crítiques per la UE. Tradicionalment, aquests corrents es tracten amb calç per neutralitzar l’acidesa i precipitar metalls, però la recuperació d’aquests elements es pot aconseguir integrant la precipitació selectiva i el procés d’intercanvi iònic. Aquest Treball de Final de Màster es va centrar en el tractament d’AMW per la conca d’Aznalcóllar (caracteritzada per 1,63 g/L de Mg, 547 mg/L de Zn y 18,56 mg/L de REEs) per a la recuperació de recursos mitjançant: i) eliminació de Fe i Al mitjançant una oxidació i precipitació selectiva, ii) recuperació de Zn com a sulfur, iii) tecnologia d’intercanvi iònic utilitzant dues resines en series (TP272 amb un grup àcid organofosfídic i S930 amb un grup iminiodiacètic) per fraccionar REEs en lleugers i pesats, iv) recuperació de REEs mitjançant precipitació selectiva amb àcid oxàlic de l’eluat de la resina, i v) recuperació de Mg mitjançant una precipitació selectiva. Aquest treball es centra principalment en la recuperació de REEs mitjançant la integració de la tecnologia d’intercanvi iònic i la precipitació selectiva d’oxalats de REEs, i es va realitzar una optimització de l’elució canviant la concentració del regenerant. Addicionalment, es va estudiar la recuperació de Mg utilitzant diferents productes químics i es van avaluar la puresa dels sòlids recollits. A més, es van utilitzar eines d’equilibri com PHREEQC per avaluar les capacitats de predicció al llarg del procés. El acceso a una fuente confiable de materias primas se ha convertido en un desafío para la Unión Europea (UE). Hoy en día, la Comisión tiene como objetivo implementar esquemas circulares y valorizar los residuos para garantizar dicho acceso. En este contexto, las aguas ácidas de mina (AMW) pueden considerarse como una alternativa para tener acceso a ciertos metales valiosos, como Zn o Cu, pero también a tierras raras (REEs) o Mg, ambos catalogados como materias primas críticas por la UE. Tradicionalmente, estas corrientes son tratadas con cal para neutralizar la acidez y precipitar los metales, pero con la recuperación de estos elementos se puede lograr integrando la precipitación selectiva y el proceso de intercambio iónico. Este Trabajo de Final de Máster se ha centrado en el tratamiento de AMW de la balsa de Aznacóllar (caracterizada por 1,63 g/L de Mg, 547 mg/L de Zn y 18,56 mg/L de REEs) para la recuperación de recursos mediante: i) eliminación de Fe y Al mediante una oxidación y precipitación selectiva, ii) recuperación de Zn como sulfuro, iii) tecnología de intercambio iónico usando dos resinas en serie (TP272 con un grup ácido organofosfídico y S930 con un grupo iminodiacético) para el fraccionamiento de REEs en ligeros y pesados, iv) recuperación de REEs usando precipitación selectiva con ácido oxálico del eluato de la resina, y v) recuperación de Mg por precipitación selectiva. Este trabajo se centra en la recuperación de REEs mediante la integración de la tecnología de intercambio iónico y precipitación selectiva como oxalatos de REEs, y se realizó una optimización de la elución cambiando la concentración del regenerante usado. Adicionalmente, se estudió la recuperación de Mg mediante el uso de diferentes químicos y se evaluó la pureza de los sólidos recolectados. Además, se utilizaron herramientas de equilibrio como PHREEQC para evaluar las capacidades de predicción a lo largo del proceso. The access to a reliable source of raw materials has become a challenge for the European Union (EU). Nowadays, the Commission is aiming to implement circular schemes and to valorise wastes to guarantee such access. Within this context, Acidic Mine Waters (AMWs) can be considered as an alternative to have access to certain valuable metals, such as Zn or Cu, but also to Rare Earth Elements (REEs) or magnesium, being both listed as critical raw materials by the EU. Traditionally, these streams are currently treated with lime to neutralize acidity and precipitate metals, but the recovery of these elements can be pursued by integrating selective precipitation and ion-exchange process. This Master Thesis focused on the treatment of AMW for the Aznalcóllar open-pit (characterized by 1.63 g/L Mg, 547 mg/L Zn and 18.56 mg/L REEs) for resource recovery by: i) removal of Fe and Al by an oxidation and selective precipitation, ii) recovery of Zn as sulfide, iii) ion exchange technology using two resins in series (TP272 with a organophosphidic acid group and S930 with an iminodiacetic group) for fractionating REEs into light and heavies, iv) recovery of REEs using selective precipitation with oxalic acid from the resin eluates, and v) recovery of Mg by a selective precipitation. This work is mainly focused on the recovery of REEs by integrating ion exchange technology and selective precipitation of REEs oxalates, and an optimization of the elution was performed by changing the concentration of regenerant. Additionally, the recovery of Mg was studied by using different chemicals and an assessment of the purity of solids collected was evaluated. Moreover, equilibrium tools such as PHREEQC were used to assess the prediction capabilities along the process.
DegreeMÀSTER UNIVERSITARI EN ENGINYERIA QUÍMICA (Pla 2019)
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