Development of Wastewater Treatment Methods for Flotation Plants

In this thesis, development of treatment methods for removing or decreasing amount of components in process water which negatively affect flotation performance has been studied. Two different sulfide ore samples provided by Polimetal Madencilik A.Ş. (Turkey) and Somincor Neves-Corvo mine (Portugal) were studied. In the first stage, flotation tests with water recirculation were performed in order to determine the amount of ions accumulating in process water. In the second stage, flotation tests were performed by using synthetic water samples prepared at different concentrations and the effect on performance was revealed. Then, water treatment methods have been investigated in order to eliminate the negative effect. The main treatment methods examined in this thesis are; chemical oxidation, activated carbon adsorption and ion exchange resins. In the final stage, flotation tests were performed by using treated water and its effect on flotation performance was determined. According to the studies on Gediktepe Cu-Zn sulfide ore provided by Polimetal Madencilik A.Ş., it was observed that talc minerals in ore negatively affect flotation performance in Cu circuit. Pre-flotation stage was applied before Cu flotation in order to remove talc minerals. However, water recirculation tests revealed that residual collector ions in process water resulted in loss of copper in the pre-float stage. Therefore, Cu flotation performance in Cu flotation section was deteriorated. Activated carbon was used to remove the remaining collectors in water. Copper flotation was improved by activated carbon treatment. Activated carbon was regenerated by heating at high temperature. The Cu-Pb-Zn sulfide ore sent from Somincor Neves-Corvo mine was investigated by similar methodology. Ca2+, SO42- and S2O32- were determined as major ions by water recirculation tests. Synthetic water samples were prepared in different concentrations by Taguchi experimental design methods. Thiosulfate and sulfate ions increased froth stability. Thiosulfate ions depressed sulfide minerals. The hydrogen peroxide oxidation method was used to remove thiosulfate ions. In this method, thiosulfate ions are oxidized to more stable sulfate ions. Hydrogen peroxide was added to the process water to reduce the concentration of thiosulfate. Flotation performance was restored by hydrogen peroxide treatment. On the other hand, the amount of sulfate increased with the oxidation of thiosulfate to sulfate. Although the sulfate increased froth stability, it did not adversely affect the flotation performance. However, gypsum (CaSO4) precipitates in the presence of sulfate and calcium ions at saturation levels. CaSO4 results in scaling problems in flotation circuits and as a result adversely affects the plant performance. Therefore, sulfate treatment is highly desirable in flotation plants. In this thesis, ion exchange resins were used for sulfate treatment. Amberlyst A21, Amberlite IRA-67, Amberlite IRA-400 and Dowex 1X2 have been tested for the removal of sulfate ions. Optimum parameters such as pH, contact time and adsorption capacity of the resins were determined. In addition, regeneration methods of resins have been studied. In the light of these studies, it was found that Amberlyst A21 and Amberlite IRA-67 were effective in acidic waters. Amberlite IRA-400 and Dowex 1X2 have higher adsorption capacity and do not require pH adjustment. Resins were found to be regenerated with NaOH. The process water treatment was carried out at the Somincor Neves Corvo plant using the Amberlite IRA-400 and Dowex 1X2. Studies conducted in the plant and laboratory tests done with synthetic water were close to each other. The flotation of the Somincor Cu-Pb-Zn sulfide ore was performed using Amberlite IRA-400 treated water and the effect of the method on flotation performance was investigated. In the Cu-Pb section, Cu recovery decreased and Pb recovery increased after treatment. In the Zn section, the negative effect of treatment was not observed.Bu tez çalışmasında, proses suyunda bulunan ve flotasyon performansını olumsuz etkileyen bileşenlerin bertaraf edilmesine ya da miktarının azaltılmasına yönelik arıtma yöntemlerinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Araştırmalar Polimetal Madencilik A.Ş (Türkiye) ve Somincor, Neves-Corvo (Portekiz) işletmeleri tarafından sağlanan iki farklı sülfürlü cevher numunesi üzerinde yapılmıştır. İlk aşamada suda biriken iyonların tespit edilmesi için atık suyun geri çevrildiği ardışık flotasyon testleri yapılmıştır. Sudaki iyonların türü ve miktarı belirlendikten sonra, farklı derişimler de hazırlanan sentetik su numuneleri kullanılarak flotasyon testleri yapılmış ve performans üzerindeki etki ortaya çıkartılmıştır. Olumsuz etkinin giderilmesi için kirlilik yaratan iyonların arıtılmasına yönelik yöntemler üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Bu tez kapsamında incelenen başlıca arıtma yöntemleri; kimyasal oksidasyon, aktif karbon adsorpsiyonu ve iyon değiştirici reçineler ile arıtmadır. Arıtma yönteminin optimizasyonu yapıldıktan sonra flotasyon testleri arıtılmış su kullanılarak yapılmıştır. Flotasyon performansındaki değişim arıtmalı ve arıtmasız test sonuçları karşılaştırılarak ortaya çıkartılmıştır. Polimetal Madencilik A.Ş tarafından sağlanan Gediktepe Cu-Zn sülfürlü cevheri üzerinde yapılan çalışmalar sonucunda cevherde bulunan talk minerallerinin Cu devresinde flotasyon performansını olumsuz etkilediği görülmüştür. Talk minerallerinin uzaklaştırılması amacıyla Cu flotasyonu öncesinde ön flotasyon aşaması uygulanmıştır. Ancak, suyun geri çevrildiği testlerde ön flotasyon aşamasında bakırın kaybedildiği ve bu nedenle Cu devresinde performansın bozulduğu görülmüştür. Proses suyunun incelenmesi sonucunda suda kalan toplayıcıların ön flotasyon aşamasında bakırın kaybedilmesine neden olduğu sonucuna varılmıştır. Sudaki toplayıcıların arıtılması amacıyla aktif karbon kullanılmıştır. Aktif karbon ile arıtılmış su kullanılarak yapılan testlerde Cu devresinde performansın iyileştiği görülmüştür. Kullanılmış aktif karbon yüksek sıcaklıkta ısıtılarak rejenere edilmiştir. Somincor, Neves Corvo tesisinden gönderilen Cu-Pb-Zn sülfürlü cevheri benzer yöntemlerle incelenmiştir. Suyun geri çevrildiği flotasyon testleri sonucunda suda biriken iyonların başlıca Ca2+, SO42- ve S2O32- olduğu tespit edilmiştir. Bu doğrultuda Taguchi deneysel tasarım yöntemi kullanılarak farklı derişimlerde sentetik sular hazırlanmıştır. Sentetik sular kullanılarak yapılan flotasyon testleri sonucunda tiyosülfat ve sülfat iyonlarının köpük kararlılığını arttırdığı gözlenmiştir. Tiyosülfat iyonlarının sülfürlü mineralleri bastırıcı özellik gösterdiği görülmüştür. Tiyosülfatın ortamdan uzaklaştırılması amacıyla hidrojen peroksit ile oksitlenme yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemde, tiyosülfat iyonları oksitlenerek daha kararlı olan sülfat iyonlarına dönüşmektedir. Proses suyuna hidrojen peroksit eklenerek tiyosülfat derişimi azaltılmış ve flotasyon performansında iyileşme gözlenmiştir. Diğer taraftan, tiyosülfatın sülfata dönüşmesi ile birlikte sülfat miktarı artmıştır. Proses suyunda bulunan sülfat köpük kararlılığını arttırmakla birlikte flotasyon performansını olumsuz etkilememektedir. Ancak yüksek derişimlerde sülfat içeren proses sularında kalsiyum iyonlarının varlığı ile birlikte CaSO4 oluşmaktadır. Açığa çıkan CaSO4 flotasyon devrelerinde birikerek tıkanmalara sebep olur ve tesis performansını olumsuz etkiler. Bu nedenle sülfatın arıtılması önem kazanmaktadır. Bu tez çalışmasında sülfatın arıtılması için iyon değiştirici reçineler kullanılmıştır. Amberlyst A21, Amberlite IRA-67, Amberlite IRA-400 ve Dowex 1X2 olmak üzere dört farklı reçine sülfatın uzaklaştırılmasında kullanılmak üzere test edilmiştir. Reçinelerin soğurum özelliklerinin belirlenmesi için ortam pH’ı, temas süresi ve soğurum kapasiteleri incelenmiştir. Ayrıca, reçinelerin rejenere edilerek yeniden kullanılabilmeleri için rejenerasyon yöntemleri üzerinde çalışılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda, Amberlyst A21 ve Amberlite IRA-67’nin asidik sularda etkili olduğu görülmüştür. Amberlite IRA-400 ve Dowex 1X2 daha yüksek soğurum kapasitesine sahiptir ve pH ayarlaması gerektirmemektedir. Reçinelerin NaOH ile rejenere oldukları ortaya konulmuştur. Amberlite IRA-400 ve Dowex 1X2 kullanılarak Somincor Neves Corvo tesisinde proses suyunun arıtılması yapılmıştır. Tesiste yapılan çalışmalar ile laboratuvarda sentetik su kullanılarak yapılan çalışmaların birbirine yakın olduğu görülmüştür. Amberlite IRA-400 ile arıtılmış su kullanılarak Somincor Cu-Pb-Zn sülfürlü cevherinin flotasyonu yapılmış ve yöntemin flotasyon performansına etkisi incelenmiştir. Flotasyon testleri sonucunda Cu-Pb devresinde bakır verimi düşerken kurşun veriminin arttığı görülmüştür. Zn devresinde ise arıtmanın olumsuz etkisi gözlenmemiştir