Ανάσχεση Προόδου Όξινης Απορροής σε Θειούχα Ορυκτά με χρήση Φωσφορικών και Πυριτικών Επικαλύψεων

Κόλλιας, Κωνσταντίνος

dc.contributor.author	Κόλλιας, Κωνσταντίνος	el
dc.date.accessioned	2017-05-09T07:54:24Z
dc.date.available	2017-05-09T07:54:24Z
dc.date.issued	2017-05-09
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44854
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.2709
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Όξινη Απορροή Μεταλλείων, Θειούχα Μεταλλευτικά Απόβλητα, Οξείδωση σιδηροπυρίτη/αρσενοπυρίτη, Φωσφορική επικάλυψη, Πυριτική επικάλυψη	el
dc.subject	Acid Mine Drainage, Suphidic Mine wastes, Pyrite/Arsenopyrite oxidation, Phosphate coating, Silica coating	el
dc.title	Ανάσχεση Προόδου Όξινης Απορροής σε Θειούχα Ορυκτά με χρήση Φωσφορικών και Πυριτικών Επικαλύψεων	el
dc.title	Inhibition of acid generation from sulphide minerals using phosphate and silica coating techniques	en
dc.contributor.department	Τομέας Μεταλλουργίας & Τεχνολογίας Υλικών	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	ΓΕΩΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/946dec6ea3e2d7a9369f2103325955f74816d5c2
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-03-29
heal.abstract	Η όξινη απορροή μεταλλείων είναι ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα της μεταλλευτικής βιομηχανίας και σχετίζεται με την οξείδωση θειούχων ορυκτών σε ενεργές και εγκαταλελειμμένες μεταλλευτικές θέσεις. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε ο σχηματισμός τεχνητών επικαλύψεων για την ανάσχεση της οξείδωσης θειούχων ορυκτών, χρησιμοποιώντας ως κύριους παράγοντες ανάπτυξης επικαλύψεων άλατα φωσφορικών και πυριτικών οξυανιόντων με την ταυτόχρονη παρουσία οξειδωτικού μέσου (Η2Ο2). Η έρευνα πραγματοποιήθηκε σε συμπυκνώματα σιδηροπυρίτη (Py) και αρσενοπυρίτη (AsPy) από την περιοχή των Μεταλλείων Κασσάνδρας. Η μελέτη των επιστρώσεων βασίστηκε στην: (i) κατεργασία σχηματισμού επίστρωσης με συστηματική παρακολούθηση της ποιότητας της υδατικής φάσης (στάδιο σχηματισμού επίστρωσης), (ii) παρατήρηση/ανάλυση των κόκκων με μικροσκοπικές, φασματοσκοπικές τεχνικές (στάδιο εξέτασης επίστρωσης), (iii) έκπλυση των κόκκων με ένα διάλυμα H2O2, ώστε να ελεγχθεί η σταθερότητά τους υπό οξειδωτικές συνθήκες (στάδιο οξειδωτικής έκπλυσης). Οι αποτελεσματικότερες επιστρώσεις, που προέκυψαν κατά τα προηγούμενα στάδια, αξιολογήθηκαν με δοκιμές σε κελιά υγρασίας. Αρχικές δοκιμές οξείδωσης του Py με διάλυμα Η2Ο2 πραγματοποιήθηκαν χωρίς την παρουσία των άλλων βοηθητικών ιόντων. Από την ανάλυση με FTIR και XPS προέκυψε ότι το οξειδωμένο στρώμα γύρω από τους κόκκους FeS2 δομείται από οξείδια/υδροξείδια του Fe σε μείξη με σβερτμαννίτη (Fe8O8(OH)6(SO4)•nH2O), γιαροσίτη (KFe3+3(OH)6(SO4)2). Για το δείγμα AsPy διαπιστώθηκε, πέραν των προαναφερθέντων, σκοροδίτης, FeAsO4•2H2O και συμπλεσίτης, Fe2+3(AsO4)2•8(H2O). Το As προσδιορίστηκε ως As(III) και As(V) στις στερεές καταβυθίσεις. Δοκιμές σε αιωρήματα πραγματοποιήθηκαν για την ανάπτυξη φωσφορικής και πυριτικής επίστρωσης σε Py και AsPy υπό μεταβλητές παραμέτρους. Η κατεργασία Py με διάλυμα 0.01 Μ PO4 για 48 ωρών σε λόγο υγρού-στερεού (L/S) 100 mL/g οδήγησε στο σχηματισμό αποτελεσματικής επίστρωσης. Η ανάλυση XPS έδειξε την παρουσία Fe(II) και Fe(III). Αποτελεσματική ήταν η πυριτική επίστρωση που αναπτύχθηκε σε Py κατά την κατεργασία με διάλυμα 0.1-1 mM Si για 24 ώρες (pH 6). Η φωσφορική και πυριτική κατεργασία είχε αρνητική επίδραση στο AsPy, λόγω της απελευθέρωσης As. Περαιτέρω δοκιμές πραγματοποιήθηκαν στο Py για να διερευνηθεί η δημιουργία αποτελεσματικής επικάλυψης πυριτικών με ροή και ανακυκλοφορία του διαλύματος επίστρωσης δια μέσου στήλης στερεών για χαμηλούς λόγους L/S. Η αποτελεσματική κάλυψη κόκκων FeS2 ήταν δυνατή σε L/S: 5 mL/g για χρόνο κατεργασίας 24 ωρών και Si: 0.1 mM. Μια συμπληρωματική σειρά δοκιμών σε αιωρήματα περιελάμβανε κατεργασία Py από διαλύματα με σύμπλοκα Si-κατεχόλη (απουσία H2O2). Η αποτελεσματικότητά τους ήταν περιορισμένη συγκριτικά με τις ανωτέρω δοκιμές. Τρία δείγματα Py, ένα μη κατεργασμένο (για λόγους αναφοράς), ένα κατεργασμένο με PO4: 0.01 M και ένα με Si: 1 mM αξιολογήθηκαν ως προς την αποτελεσματικότητα τους με την πρότυπη δοκιμή επιταχυνόμενης οξείδωσης σε κελιά υγρασίας (διάρκεια 41 εβδομάδες). Διαπιστώθηκε ότι τα επιστρωμένα Py με φωσφορικές και πυριτικές παρουσίαζαν χαμηλότερη διαλυτοποίηση SO4, συγκριτικά με το δείγμα αναφοράς. Δεν αποτρέπουν πλήρως την οξείδωση και τη γένεση οξύτητας. Η κατεργασία επίστρωσης είχε αρνητική επίδραση στη κινητικότητα ιχνοστοιχείων που συνυπάρχουν στο συμπύκνωμα σιδηροπυρίτη (π.χ. As, Zn).	el
heal.abstract	Acid mine drainage is one of the major problems faced by the mining industry, related to the oxidation of sulphides in both underground operations and mine waste disposal sites. In the present Ph.D. thesis, the technology of microencapsulation was studied using phosphate and silicate oxyanions, as the main factors for the development of coating, simultaneously with the presence of H2O2. The effectiveness of this technology was investigated in a pyrite (Py) and an arsenopyrite concentrate (AsPy) from the Kassandra Mines. The research included: (i) the systematic monitoring of the aqueous phase during the coating treatment (coating stage), (ii) the investigation of coated grains with microscopic/spectroscopic techniques, (iii) the leaching of samples with H2O2-solution to investigate the stability under oxidizing conditions (oxidative leaching stage). The more effective coatings, obtained by previous stages, were subjected to humidity cell tests. Initial oxidation tests of Py with H2O2 were performed in the absence of phosphate, silicate oxyanions. The analysis with FTIR, XPS indicated that the oxidized layer around FeS2 is composed by Fe (hydr)oxides, schwertmannite (Fe8O8(OH)6(SO4)•nH2O), jarosite (KFe3+3(OH)6(SO4)2). Regarding the treated AsPy sample, it is indicated that the oxidized layer composed by the above phases and additionally, scorodite (FeAsO4•2H2O) and symplesite (Fe2+3(AsO4)2•8(H2O)). Both arsenates and arsenates were determined by XPS. Phosphate and silica coating tests on Py, AsPy samples were carried out in suspensions under variable conditions. The treatment of Py with 0.01 M PO4 for 48 hours at liquid/solid ratio (L/S) 100 mL/g was resulted in the formation of effective coating. XPS analysis indicated the presence of both Fe(III) and Fe(II). The treatment with 0.1-1 mM Si for 24 hours (pH 6) resulted in an effective silica coating. Both phosphate and silica treatment had negative effect on AsPy, due to As release. Tests were conducted using columns to simulate a packed bed installation, and the coating solution was continuously re-circulated through the pyrite bed for low L/S ratios. An effective coating was formed in L/S: 5 mL/g and 24 h of time with Si: 0.1 mM. An additional series of tests included the treatment of Py with solutions containing Si-catechol complexes without H2O2. The effectiveness of this coating procedure was lower, compared to the application of H2O2/Si solutions. Three Py samples were examined, a non-treated sample (control sample), a sample with phosphate coating and a sample with silica coating, in order to evaluate their effectiveness using the standard test of accelerated oxidation on humidity cells (duration: 41 weeks). The operation of the humidity cells indicated that the SO4 dissolution was lower in the coated samples compared to the control sample. The coating did not completely prevent the acid generation. The coating treatment had negative effect as far as the mobility of minor elements coexisting in the pyrite concentrate is concerned (e.g. As, Zn).	en
heal.sponsor	H παρούσα έρευνα έχει συγχρηματοδοτηθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο - ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» του Εθνικού Στρατηγικού Πλαισίου Αναφοράς (ΕΣΠΑ) – Ερευνητικό Χρηματοδοτούμενο Έργο: ΘΑΛΗΣ, Υπο-έργο: «Ανάπτυξη και εφαρμογή ολοκληρωμένης μεθοδολογίας διαχείρισης, επεξεργασίας και αξιοποίησης στερεών επικινδύνων αποβλήτων (ΑΞΙΑ)» (MIS 380038).	el
heal.sponsor	This research has been co-financed by the European Union (European Social Fund—ESF) and Greek national funds through the Operational Program “Education and Lifelong Learning” of the National Strategic Reference Framework (NSRF)—Research Funding Program: THALES, Sub-project "Development of an integrated methodology for the management, treatment and valorisation of hazardous waste (WasteVal)"(MIS 380038).	el
heal.advisorName	Παπασιώπη, Νυμφοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Παπασιώπη, Νυμφοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Αδάμ, Αικατερίνη	el
heal.committeeMemberName	Γκοντελίτσας, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Πασπαλιάρης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Ξενίδης, Άνθιμος	el
heal.committeeMemberName	Κομνίτσας, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Γκαϊντατζής, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	320
heal.fullTextAvailability	true