โซลูชันการกักเก็บที่ดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรด | คู่มือ
สำหรับวิศวกรเหมืองแร่ ผู้จัดการสิ่งแวดล้อม และผู้รับเหมา EPC การเลือกโซลูชันการกักเก็บที่ดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรดมีความสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันการซึมของสารละลายที่มีค่า pH ต่ำ (pH 2 ถึง 4) ความเข้มข้นสูงของโลหะที่ละลายน้ำ (เหล็ก ทองแดง สังกะสี สารหนู) และซัลเฟตลงสู่น้ำใต้ดิน การระบายน้ำจากเหมืองกรด (AMD) และน้ำกระบวนการจากกองชะละลายต้องใช้ระบบซับที่ทนต่อสภาพเคมีที่รุนแรง (pH 1.5 ถึง 5.0) รักษาความสมบูรณ์ภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (-30°C ถึง 50°C) และทนต่อแรงทางกลจากอุปกรณ์กำจัดตะกอน คู่มือนี้ประเมินทางเลือกในการกักเก็บ: แผ่นซับ HDPE (ชุดสารต้านอนุมูลอิสระเสริม HP-OIT ≥500 นาที) ซับคอมโพสิต (HDPE ทับซับดินเหนียวสังเคราะห์) บ่อคอนกรีต (เคลือบสารกันกรด) และซับยางมะตอย HDPE ที่ผ่านการทดสอบการแช่กรดตามมาตรฐาน ASTM D5322 เป็นโซลูชันที่ต้องการสำหรับบ่อ AMD ส่วนใหญ่ เนื่องจากทนต่อสารเคมี ความยืดหยุ่น และอายุการใช้งาน 20 ถึง 30 ปี ผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อจะได้เรียนรู้การระบุระบบซับที่มีการตรวจจับการรั่วซึม การตรวจสอบความเข้ากันได้ทางเคมี และการควบคุมคุณภาพการติดตั้ง (QA/QC) ที่มา: ASTM D5322, ASTM D3895, GRI-GM13, EPA 40 CFR 264.221
แนวทางแก้ไขการกักเก็บที่ดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรดคืออะไร
วลีโซลูชันการกักเก็บที่ดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรดหมายถึงระบบซับไลเนอร์ที่ออกแบบทางวิศวกรรมและวิธีการก่อสร้างที่ป้องกันการซึมของน้ำกรดจากเหมือง (pH 2 ถึง 5 ซึ่งมีโลหะละลายและซัลเฟต) ลงสู่ดินและน้ำใต้ดินโดยรอบ น้ำเสียจากการทำเหมืองกรดเกิดจาก: (1) การระบายน้ำกรดจากเหมือง (AMD) จากการออกซิเดชันของไพไรต์ที่สัมผัส; (2) สารละลายในกระบวนการชะล้างกองแร่ (กรดซัลฟิวริก pH 1.5 ถึง 2.5); (3) น้ำที่แยกออกจากบ่อเก็บกากแร่; และ (4) บ่อตะกอนจากโรงบำบัดน้ำ การกักเก็บที่มีประสิทธิภาพต้องทนต่อการโจมตีทางเคมี (pH ต่ำ ความแรงไอออนิกสูง) มีค่าการนำน้ำต่ำ (≤1×10⁻¹⁰ เมตรต่อวินาที) และคงความสมบูรณ์ได้นาน 20 ถึง 50 ปี วิธีแก้ปัญหาชั้นนำ ได้แก่: จีโอเมมเบรน HDPE (1.5 มม. ถึง 2.0 มม. เรซินบริสุทธิ์ HP-OIT ≥500 นาที) – มาตรฐานอุตสาหกรรม; ซับไลเนอร์แบบผสม (HDPE ทับ GCL) เพื่อความปลอดภัยเพิ่มเติม; คอนกรีตทนกรดเคลือบอีพ็อกซี – สำหรับบ่อขนาดเล็กหรือพื้นที่สึกหรอสูง; และซับไลเนอร์ดินเหนียวสังเคราะห์ (GCL) เพียงอย่างเดียว – เฉพาะเมื่อ pH >4 (เบนโทไนต์ทำปฏิกิริยากับ pH ต่ำ) สำหรับงานวิศวกรรมและการจัดซื้อ ปัจจัยการเลือก ได้แก่: pH ของน้ำเสีย (กรดมากต้องใช้ HDPE) ความลึกและขนาดบ่อ ข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ (ซับสองชั้นสำหรับของเสียอันตราย) และอายุการใช้งานที่คาดหวัง ที่มา: ASTM D5322, EPA 40 CFR 264.221, GRI-GM13
ข้อมูลทางเทคนิคสำหรับการกักเก็บน้ำเสียจากการทำเหมืองกรด
เมื่อทำการประเมินโซลูชันการกักเก็บที่ดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรด, พารามิเตอร์ทางเทคนิคต่อไปนี้มีความสำคัญ
| พารามิเตอร์ | ค่าทั่วไป (เยื่อบุ HDPE) | ความสำคัญของวิศวกรรม |
|---|---|---|
| ช่วงความต้านทาน pH | pH 1.5 ถึง 14 (HDPE) | HDPE ไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีตลอดช่วงกรดทั้งหมด GCL ล้มเหลวต่ำกว่า pH 4 (เบนโทไนต์ทำปฏิกิริยา) คอนกรีตต้องใช้สารเคลือบสำหรับ pH ต่ำกว่า 4 แหล่งที่มา: ASTM D5322 |
| ความต้านทานกรดไฮโดรคลอริก (การทดสอบ) | การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติแรงดึงน้อยกว่าร้อยละ 5 หลัง 120 วันที่อุณหภูมิ 60°C ในสารละลาย pH 1.5 (ASTM D5322) | จำลองการสัมผัสระยะยาวกับน้ำเสียจากการทำเหมืองกรด ต้องผ่านการออกแบบอายุการใช้งาน 20 ปี แหล่งที่มา: ASTM D5322 |
| HP-OIT (สารต้านอนุมูลอิสระที่ยืดอายุการใช้งาน) | มากกว่าหรือเท่ากับ 500 นาที (ASTM D3895) – เกรดเสริมแรง | สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดเร่งการสูญเสียสารต้านอนุมูลอิสระ มาตรฐาน 400 นาทีอาจลดลงเหลือ 100 นาทีใน 10 ปี แหล่งที่มา: ASTM D3895 |
| ความหนา (HDPE) | 1.5 มม. ถึง 2.0 มม. (2.0 มม. สำหรับบ่อลึกมากกว่า 10 ม.) | ซับในที่หนาขึ้นช่วยเพิ่มความต้านทานการเจาะจากอุปกรณ์กำจัดตะกอนและความเครียดจากความร้อน |
| ความต้านทานการเจาะทะลุ (HDPE 1.5 มม.) | มากกว่าหรือเท่ากับ 480 N (ASTM D4833); 2.0 มม. มากกว่าหรือเท่ากับ 640 N | ต้านทานการเจาะจากหินในชั้นรองพื้น การทำให้ตะกอนแห้ง และอุปกรณ์บำรุงรักษา ที่มา: ASTM D4833 |
| ค่าการนำน้ำ (การซึมผ่าน) | 1×10⁻¹⁴ ถึง 1×10⁻¹⁵ เมตรต่อวินาที (HDPE) | แทบไม่ซึมผ่าน ป้องกันการรั่วซึมของน้ำที่ปนเปื้อน |
| ชั้นตรวจจับการรั่วซึม (ระบบซับในสองชั้น) | Geonet (5 ถึง 7 มม.) หรือกรวด (300 มม.) ระหว่างซับในชั้นแรกและชั้นที่สอง | จำเป็นสำหรับบ่อขยะอันตราย (EPA Subtitle C) ตรวจจับการรั่วซึมก่อนที่ซับในชั้นที่สองจะปนเปื้อน ที่มา: EPA 40 CFR 264.221 |
| ความต้านทานรังสียูวี (หากสัมผัส) | คาร์บอนแบล็ก 2.0 ถึง 3.0 เปอร์เซ็นต์ (ASTM D1603) | สำหรับบ่อที่ไม่มีฝาครอบลอย รังสียูวีจะทำให้ HDPE ที่ไม่เสถียรเสื่อมสภาพภายใน 2 ถึง 3 ปี ที่มา: ASTM D1603 |
โครงสร้างวัสดุและองค์ประกอบของระบบกักเก็บ
การเข้าใจองค์ประกอบของวัสดุเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเลือกโซลูชันการกักเก็บที่ดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรด. ตารางด้านล่างเปรียบเทียบวัสดุบุผิว
| โซลูชันการกักเก็บ | องค์ประกอบของวัสดุ | ความต้านทานกรด (pH 2) | อายุการใช้งาน (ปี) | ต้นทุน (ติดตั้งต่อตารางเมตร) | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|---|---|
| แผ่น Geomembrane HDPE (1.5 มม., HP-OIT มากกว่าหรือเท่ากับ 500) | HDPE บริสุทธิ์ (ความหนาแน่นมากกว่าหรือเท่ากับ 0.945 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร), คาร์บอนแบล็ก 2.5 เปอร์เซ็นต์, สารต้านอนุมูลอิสระเสริม | ดีเยี่ยม (pH 1.5 ถึง 14) – ผ่าน ASTM D5322 | 20 ถึง 30 ปี | 12 ถึง 20 ดอลลาร์สหรัฐ | แผ่นบุผิวหลักสำหรับบ่อเหมืองกรดทั้งหมด, แผ่นรองกองชะล้าง, บ่อ AMD |
| แผ่นซับประกอบ (HDPE ทับ GCL) | HDPE 1.5 มม. + แผ่นซับดินเหนียวสังเคราะห์ (เบนโทไนต์) 6 มม. | HDPE: ดีเยี่ยม; GCL: แย่ (เบนโทไนต์ละลายในกรด สูญเสียความสามารถในการปิดผนึก) | GCL ล้มเหลวใน 1 ถึง 5 ปีเมื่อค่า pH ต่ำกว่า 4; HDPE มีอายุการใช้งานมากกว่า 20 ปี | 15 ถึง 25 ดอลลาร์สหรัฐ | ไม่แนะนำสำหรับบ่อกรด (ส่วนประกอบ GCL ล้มเหลว) ควรใช้เฉพาะ HDPE |
| คอนกรีตทนกรดพร้อมเคลือบอีพ็อกซี | คอนกรีต (100 ถึง 150 มม.) + เคลือบอีพ็อกซี (2 ถึง 3 มม.) | ดี (เคลือบอีพ็อกซีป้องกันคอนกรีต) | 10 ถึง 20 ปี (สารเคลือบเสื่อมสภาพ, คอนกรีตแตกร้าว) | 40 ถึง 80 ดอลลาร์สหรัฐ | บ่อขนาดเล็ก, พื้นที่สึกหรอสูง (การกำจัดตะกอน), ระยะสั้น (น้อยกว่า 10 ปี) |
| เยื่อกันซึมบิทูมินัส (วัสดุผสมบิทูมินัส) | บิทูเมนเสริมแรง (โพลีเอสเตอร์หรือไฟเบอร์กลาส) | ปานกลาง (บิทูเมนทนกรดแต่เปราะเมื่ออายุมากขึ้น) | 10 ถึง 15 ปี | 10 ถึง 18 ดอลลาร์สหรัฐ | การใช้งานในอดีต ปัจจุบันถูกแทนที่ด้วย HDPE เป็นส่วนใหญ่ |
กระบวนการผลิตแผ่นซับ HDPE ทนกรด
กระบวนการผลิตแผ่นซับ HDPE ที่ใช้ในโซลูชันการกักเก็บที่ดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรดต้องมั่นใจถึงความต้านทานทางเคมีที่เพิ่มขึ้น
การเลือกวัตถุดิบ (HDPE บริสุทธิ์ที่มีความหนาแน่นสูง):เลือกใช้เรซิน HDPE ที่มีความหนาแน่นมากกว่าหรือเท่ากับ 0.945 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร และค่า MFI 0.1 ถึง 0.3 กรัมต่อ 10 นาที ใบรับรองเรซินยืนยันว่าไม่มีส่วนผสมของวัสดุรีไซเคิล (เรซินรีไซเคิลมีสารตกค้างจากตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะที่ซึมเข้าสู่กรด) ที่มา: ASTM D1505
การผสมสารเติมแต่งเพื่อต้านทานกรด:ผสมคาร์บอนแบล็ค (2.0 ถึง 3.0 เปอร์เซ็นต์) และสารต้านอนุมูลอิสระเสริมประสิทธิภาพ (HP-OIT เป้าหมาย 500 ถึง 600 นาที) เติมสารต้านอนุมูลอิสระประเภทไธโอเอสเทอร์ (ทุติยภูมิ) เพื่อต้านทานการสกัดด้วยกรด ที่มา: ASTM D3895
การอัดรีด (แม่พิมพ์แบบแบน):อุณหภูมิหลอมเหลว 200 ถึง 220 องศาเซลเซียส (ต่ำกว่า HDPE มาตรฐานเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของสารต้านอนุมูลอิสระ) อัดรีดผ่านแม่พิมพ์แบบโค้ทแฮงเกอร์ลงบนลูกกลิ้งชิลล์ขัดเงา ค่าความคลาดเคลื่อนความหนา ±4 เปอร์เซ็นต์ (เข้มงวดกว่ามาตรฐาน ±5 เปอร์เซ็นต์) ที่มา: ASTM D7466
การทดสอบคุณภาพสำหรับความต้านทานกรด:ตัวอย่างที่ทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D5322: การแช่ในกรดซัลฟิวริก pH 1.5 หรือน้ำกรดจากเหมืองสังเคราะห์ที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 120 วัน เกณฑ์การผ่าน: การคงสภาพแรงดึงมากกว่า 95 เปอร์เซ็นต์ การคงสภาพ HP-OIT มากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ ไม่มีการแตกร้าวหรือการเกิดฟองบนพื้นผิว
บรรจุภัณฑ์แบบม้วน:ม้วนฟิล์มห่อด้วยโพลีเอทิลีนป้องกันรังสียูวี ติดฉลากระบุค่า HP-OIT ความหนาแน่น และวันที่ทดสอบการแช่กรด เก็บม้วนฟิล์มในคลังสินค้าที่เย็นและแห้ง ห่างจากไอกรด
การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของโซลูชันการกักเก็บ
เมื่อทำการประเมินโซลูชันการกักเก็บที่ดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรดเปรียบเทียบระหว่างซับ HDPE, คอมโพสิต (HDPE+GCL), คอนกรีต และซับบิทูมินัส
| สารละลาย | ความต้านทานกรด (pH 2) | ความทนทาน (ปี) | ความต้านทานการเจาะ | ความซับซ้อนในการติดตั้ง | การยอมรับตามกฎระเบียบ (ซับสองชั้น) | คะแนนโดยรวมสำหรับบ่อ AMD |
|---|---|---|---|---|---|---|
| HDPE (1.5 มม., HP-OIT มากกว่าหรือเท่ากับ 500) | ดีเยี่ยม (ผ่าน ASTM D5322) | 20 ถึง 30 ปี | สูง (มากกว่าหรือเท่ากับ 480 N) | ปานกลาง (ต้องเชื่อม) | ใช่ (ซับหลัก) | ดีที่สุด – มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับบ่อกรดทั้งหมด |
| คอมโพสิต (HDPE + GCL) | ดีเยี่ยม (HDPE) แต่ GCL ล้มเหลวในกรด | HDPE 20+ ปี; GCL 1 ถึง 5 ปี (GCL ล้มเหลว ไม่มีประโยชน์) | สูง (HDPE) | ปานกลาง (สองชั้น) | ใช่ | ไม่แนะนำ – GCL ไม่มีประโยชน์ในกรด; เพิ่มต้นทุน |
| คอนกรีต + เคลือบอีพ็อกซี่ | ดี (ถ้าเคลือบไม่เสียหาย) | 10 ถึง 20 ปี (เคลือบเสื่อมสภาพ) | ต่ำ (คอนกรีตแตก, เคลือบถูกเจาะ) | สูง (แบบหล่อ, การบ่ม, การเคลือบ) | เฉพาะเมื่อได้รับการอนุมัติ | บ่อขนาดเล็ก, พื้นที่สึกหรอสูง, ระยะสั้น |
| geomembrane บิทูมินัส | ทนทาน (ยางมะตอยทนกรด) | 10 ถึง 15 ปี | ปานกลาง | ต่ำ (แผ่ออก) | ไม่บ่อย | แอปพลิเคชันเดิม ไม่แนะนำสำหรับบ่อใหม่ |
การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมสำหรับการกักเก็บน้ำเสียกรดจากการทำเหมือง
โซลูชันการกักเก็บที่ดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียกรดจากการทำเหมืองถูกนำไปใช้ในสภาพแวดล้อมการทำเหมืองต่างๆ:
บ่อรวบรวมน้ำเสียกรดจากการทำเหมือง (AMD) (pH 2 ถึง 4, มีโลหะสูง):แผ่นซับ HDPE (1.5 มม.) ที่มี HP-OIT มากกว่าหรือเท่ากับ 500 นาที ระบบซับสองชั้นพร้อมการตรวจจับการรั่วไหลที่จำเป็นในหลายเขตอำนาจศาล (EPA, EU, ชิลี) เบาะรองผ้าใยสังเคราะห์ (400 ถึง 800 gsm) ใต้แผ่นซับหลัก แหล่งที่มา: EPA 40 CFR 264.221
บ่อสารละลาย Heap Leach (ทองแดง ทองคำ ยูเรเนียม):กรดซัลฟิวริก (pH 1.5 ถึง 2.5) ความเข้มข้นของทองแดงสูงถึง 50 กรัมต่อลิตร ซับชั้นแรก 1.5 ถึง 2.0 มม. HDPE ต้องใช้ซับชั้นที่สองหากบ่ออยู่ภายในระยะ 500 เมตรจากบ่อน้ำใต้ดิน (ใบอนุญาตหลายฉบับกำหนดให้ใช้ซับสองชั้น) ที่มา: ASTM D5322
บ่อตะกอนจากโรงบำบัดน้ำ (AMD ที่ถูกทำให้เป็นกลาง แต่ตะกอนอาจกลับมาเป็นกรดอีกครั้ง):ซับ HDPE (1.5 มม.) อุปกรณ์กำจัดตะกอนต้องทนต่อการเจาะทะลุ (มากกว่าหรือเท่ากับ 480 นิวตัน) การเคลือบคอนกรีตไม่เหมาะสำหรับการขูดเชิงกล แหล่งที่มา: ASTM D4833
บ่อตกตะกอนของสถานที่เก็บกากแร่ (น้ำในกระบวนการที่มีกรดตกค้าง, pH 3 ถึง 5):ซับ HDPE (1.5 มม.) หรือซับประกอบ (HDPE ทับดินเหนียวอัด) การตรวจจับการรั่วไหลแนะนำแต่ไม่จำเป็นเสมอไปสำหรับกากที่ไม่เป็นอันตราย
บ่อน้ำล้นฉุกเฉิน (การกักเก็บการรั่วไหลของถังกรด):ซับ HDPE (1.5 มม.) ที่มีความทนทานต่อสารเคมีสูง ขนาดเล็กทำให้สามารถใช้ซับหนาขึ้น (2.0 มม.) เพื่อความทนทาน
ปัญหาทั่วไปทางอุตสาหกรรมและแนวทางแก้ไขทางวิศวกรรม
ข้อมูลภาคสนามเผยให้เห็นปัญหาทั่วไปสี่ประการของระบบกักเก็บสำหรับโซลูชันการกักเก็บที่ดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรด.
ปัญหา: ซับ HDPE เปราะและแตกร้าวหลังจากใช้งาน 5 ถึง 8 ปีในบ่อ AMD
สาเหตุหลัก: HP-OIT ต่ำกว่า 400 นาที (ใช้ HDPE มาตรฐานแทนเกรดทนกรด) สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดทำให้สารต้านอนุมูลอิสระหมดเร็วกว่าน้ำที่เป็นกลาง แหล่งที่มา: ASTM D3895
แนวทางแก้ไข: กำหนด HP-OIT มากกว่าหรือเท่ากับ 500 นาทีตาม ASTM D3895 ดำเนินการทดสอบ HP-OIT ประจำปีกับตัวอย่างที่เก็บไว้ เมื่อ HP-OIT ลดลงต่ำกว่า 200 นาที ให้วางแผนปูทับด้วยซับในใหม่ปัญหา: ซับดินเหนียวสังเคราะห์ (GCL) สูญเสียความสามารถในการปิดผนึก (เบนโทไนต์ถูกกัดเซาะ) ในบ่อกรด
สาเหตุหลัก: GCL ถูกกำหนดสำหรับบ่อ AMD ที่มีค่า pH ต่ำกว่า 4 เบนโทไนต์ (โซเดียมมอนต์มอริลโลไนต์) ทำปฏิกิริยากับกรด (H⁺ แลกเปลี่ยนกับ Na⁺) ทำให้สูญเสียความสามารถในการขยายตัว และค่าการซึมผ่านเพิ่มขึ้นจาก 1×10⁻¹¹ เป็น 1×10⁻⁸ เมตรต่อวินาที แหล่งที่มา: ASTM D5322
แนวทางแก้ไข: ห้ามใช้ GCL เป็นซับในหลักหรือรองในบ่อกรด (ค่า pH ต่ำกว่า 4) ให้ใช้ HDPE เท่านั้น หากต้องการดินเหนียว (เช่น เพื่อการลดทอน) ให้ใช้ดินเหนียวอัดแน่นที่มีความสามารถในการแลกเปลี่ยนไอออนบวกสูง แต่ HDPE ยังคงเป็นแผงกั้นหลักปัญหา: ระบบตรวจจับการรั่วไหลอุดตันด้วยตะกอนเหล็ก (เฟอร์ริกไฮดรอกไซด์, จาโรไซต์)
สาเหตุหลัก: AMD มีเหล็กที่ละลายอยู่ (Fe²⁺, Fe³⁺) เมื่อ AMD รั่วผ่านชั้นซับหลัก เหล็กจะออกซิไดซ์และตกตะกอนในชั้นตรวจจับการรั่วไหล (geonet) ทำให้เส้นทางการไหลอุดตัน
วิธีแก้ไข: ใช้ geonet ที่มีช่องเปิดขนาดใหญ่ขึ้น (10 มม.) และความสามารถในการไหลสูง ติดตั้งท่อทำความสะอาด (ท่อแนวตั้ง) เพื่อล้าง geonet เป็นระยะด้วยน้ำจืดหรือกรดเจือจางเพื่อละลายตะกอน สำหรับการอุดตันรุนแรง ให้เปลี่ยน geonet เป็นกรวด (300 มม., ล้างแล้ว)ปัญหา: บ่อคอนกรีตแตกร้าวและรั่วซึม (กรดละลายแคลเซียมในคอนกรีต)
สาเหตุหลัก: คอนกรีตไม่ได้รับการป้องกันด้วยสารเคลือบที่ทนกรด กรดซัลฟิวริกทำปฏิกิริยากับแคลเซียมไฮดรอกไซด์ในคอนกรีต (Ca(OH)₂ + H₂SO₄ → CaSO₄ + 2H₂O) เกิดเป็นยิปซัมซึ่งขยายตัวและทำให้คอนกรีตแตกร้าว ที่มา: ASTM C267
วิธีแก้ไข: ห้ามใช้คอนกรีตที่ไม่เคลือบผิวสำหรับบ่อกรด (pH ต่ำกว่า 5) หากมีคอนกรีตอยู่แล้ว ให้เคลือบด้วยอีพ็อกซี (2 ถึง 3 มม.) หรือบุด้วยเรซินไวนิลเอสเทอร์ สำหรับการก่อสร้างใหม่ ให้ใช้แผ่นซับ HDPE แทนคอนกรีต (ต้นทุนต่ำกว่า ทนกรดได้ดีกว่า)
ปัจจัยเสี่ยงและกลยุทธ์การป้องกัน
การลดความเสี่ยงเมื่อเลือก โซลูชันการกักเก็บที่ดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรดต้องใช้วิศวกรรมเชิงรุก
ความต้านทานทางเคมีไม่เพียงพอ (การสูญเสียสารต้านอนุมูลอิสระในกรด):การป้องกัน: กำหนดให้ทำการทดสอบการแช่ตามมาตรฐาน ASTM D5322 (120 วันที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส ในน้ำกรดสังเคราะห์หรือกรดซัลฟิวริก pH 1.5) เกณฑ์ผ่าน: การคงความต้านทานแรงดึงมากกว่าร้อยละ 95 การคงค่า HP-OIT มากกว่าร้อยละ 80 กำหนดค่า HP-OIT มากกว่าหรือเท่ากับ 500 นาที แหล่งที่มา: ASTM D5322, ASTM D3895
การเจาะทะลุจากอุปกรณ์กำจัดตะกอน (เครื่องจักรหนัก):การป้องกัน: ใช้ HDPE หนา (2.0 มม.) ในพื้นที่กำจัดตะกอน ติดตั้งแผ่นรองคอนกรีตหรือแผ่นยางบนซับในบริเวณที่รางรถขุดทำงาน สำหรับการขูดด้วยมือ ใช้ใบมีดพลาสติก (ไม่ใช่โลหะ) แหล่งที่มา: ASTM D4833
ความล้มเหลวในการตรวจจับการรั่วไหลเนื่องจากการอุดตัน (ตะกอนเหล็ก, ฝุ่นละเอียด):การป้องกัน: ใช้จีโอคอมโพสิตที่มีจีโอเน็ตแบบสองระนาบ (ความหนา 7 มม., ความแข็งแรงรับแรงอัดสูง) และตัวกรองจีโอเท็กซ์ไทล์ทั้งสองด้าน ติดตั้งท่อทำความสะอาดทุก 50 ม. สำหรับความเสี่ยงการอุดตันรุนแรง ใช้กรวด (300 มม., ล้างแล้ว) แทนจีโอเน็ต
การเสื่อมสภาพจากรังสียูวีของซับใน HDPE ที่สัมผัส:การป้องกัน: สำหรับบ่อที่ไม่มีฝาครอบลอย ระบุคาร์บอนแบล็ก 2.0 ถึง 3.0 เปอร์เซ็นต์ตาม ASTM D1603 กำหนดรายงานการทดสอบรังสียูวี (ASTM G154, 500 ชั่วโมง, การคงสภาพมากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์) ติดตั้งผ้าบังแดดหรือฝาครอบลอยสำหรับการสัมผัสเป็นเวลานาน (มากกว่า 3 เดือน) แหล่งที่มา: ASTM G154, ASTM D1603
คู่มือการจัดซื้อ: วิธีการระบุโซลูชันการกักเก็บสำหรับบ่อกรด
สำหรับผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อและวิศวกรเหมืองแร่ ใช้รายการตรวจสอบนี้สำหรับโซลูชันการกักเก็บที่ดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรด: :
กำหนดเคมีของน้ำเสีย (pH, โลหะ, ซัลเฟต):เก็บตัวอย่าง AMD ที่เป็นตัวแทน วัดค่า pH, ความเข้มข้นของ Fe, Cu, Zn, As, ซัลเฟต สำหรับ pH ต่ำกว่า 4 ต้องใช้ HDPE (GCL ไม่เหมาะสม) สำหรับ pH 4 ถึง 5 ยังคงแนะนำ HDPE (ระยะปลอดภัย)
เลือกระบบซับหลักและรอง:สำหรับของเสียอันตราย (โลหะสูง, pH ต่ำ) ต้องใช้ซับสองชั้นพร้อมระบบตรวจจับการรั่วไหลตาม EPA 40 CFR 264.221 ซับหลักและรอง: HDPE (1.5 มม., HP-OIT มากกว่าหรือเท่ากับ 500 นาที) แผ่นรองจีโอเท็กซ์ไทล์ (400 ถึง 800 gsm) ระหว่างแร่หรือตะกอนกับซับหลัก
ระบุ HDPE ที่ทนกรด:ความหนาแน่นมากกว่าหรือเท่ากับ 0.945 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (ASTM D1505) HP-OIT มากกว่าหรือเท่ากับ 500 นาที (ASTM D3895) คาร์บอนแบล็ก 2.0 ถึง 3.0 เปอร์เซ็นต์ (ASTM D1603) ความต้านทานการเจาะมากกว่าหรือเท่ากับ 480 นิวตันสำหรับ 1.5 มม. มากกว่าหรือเท่ากับ 640 นิวตันสำหรับ 2.0 มม. (ASTM D4833)
ต้องมีการทดสอบความเข้ากันได้ทางเคมี: สั่งทดสอบการแช่ตาม ASTM D5322 โดยใช้ AMD จริงจากไซต์ (หรือ H₂SO₄ pH 1.5) ที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 120 วัน เกณฑ์ผ่าน: การคงสภาพแรงดึงมากกว่าร้อยละ 95 การคงสภาพ HP-OIT มากกว่าร้อยละ 80 แหล่งที่มา: ASTM D5322
ระบุชั้นตรวจจับการรั่วซึม (สำหรับซับสองชั้น): จีโอเน็ต (แบบสองระนาบ 5 ถึง 7 มม.) พร้อมตัวกรองจีโอเท็กซ์ไทล์ (200 กรัมต่อตารางเมตร) ความสามารถในการไหลมากกว่าหรือเท่ากับ 1 × 10⁻⁴ ตารางเมตรต่อวินาที ความลาดชันมากกว่าหรือเท่ากับร้อยละ 2 ไปยังบ่อรวบรวม ท่อระบายอากาศทุก 50 ม. แหล่งที่มา: EPA 40 CFR 264.221
การประกันคุณภาพการติดตั้ง (CQA):ต้องมีการควบคุมคุณภาพจากบุคคลที่สาม (CQA) ระหว่างการติดตั้งซับใน การเชื่อมแบบอัดรีดด้วยการทดสอบสุญญากาศ 100 เปอร์เซ็นต์ตามมาตรฐาน ASTM D4437 การทดสอบการลอกแบบทำลาย (ASTM D6392) ทุก 500 เมตรของรอยต่อ: ความแข็งแรงในการลอกขั้นต่ำต้องมากกว่าหรือเท่ากับ 80 เปอร์เซ็นต์ของวัสดุหลัก สำหรับซับในที่มีพื้นผิวเป็นลวดลาย ต้องใช้การเชื่อมแบบสองราง
การทดสอบตัวอย่างก่อนสั่งซื้อจำนวนมาก:สั่งตัวอย่างซับใน HDPE ขนาด 10 ตารางเมตร ดำเนินการทดสอบการแช่กรดตามมาตรฐาน ASTM D5322 (120 วันที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส) ดำเนินการทดสอบการเจาะทะลุ (ASTM D4833) และการดึง (ASTM D6693) เกณฑ์ที่ยอมรับได้: การคงสภาพแรงดึงมากกว่า 95 เปอร์เซ็นต์ การคงสภาพ HP-OIT มากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์
การรับประกันและเอกสาร:ขอรับประกัน 20 ปีสำหรับซับใน HDPE ที่ครอบคลุมความทนทานต่อสารเคมี การแตกร้าวจากความเค้น และความสมบูรณ์ของรอยต่อ ขอรายงานการทดสอบจากโรงงาน (MTRs) สำหรับแต่ละม้วน รวมถึงความหนาแน่น HP-OIT แรงดึง การเจาะทะลุ และคาร์บอนแบล็ก แหล่งอ้างอิง: ASTM D3895, ASTM D4833
กรณีศึกษาทางวิศวกรรม
ประเภทโครงการ:บ่อรวบรวมน้ำระบายกรดจากเหมือง (AMD) (เหมืองใต้ดินที่ยังดำเนินการอยู่)
ที่ตั้ง:เขตถ่านหินแอปพาเลเชียน สหรัฐอเมริกา (pH 3.2, Fe 500 มก./ล., Mn 50 มก./ล., ซัลเฟต 2,500 มก./ล.) ความลึกของบ่อ 5 ม. พื้นที่ 2 เฮกตาร์ (20,000 ตร.ม.)
การกักเก็บเริ่มต้น (มีปัญหา):แผ่นซับชั้นเดียว: HDPE 1.5 มม. (เกรดมาตรฐาน, HP-OIT 320 นาที) ไม่มีเบาะรองผ้าใยสังเคราะห์ หลังจาก 6 ปี: แผ่นซับเปราะ (HP-OIT ทดสอบซ้ำ 80 นาที) เกิดรอยแตก (ตรวจพบรอยรั่ว 12 จุด) การรั่วซึมของน้ำกรดเหมืองลงสู่น้ำใต้ดิน (ธาตุเหล็กเกินมาตรฐาน 10 เท่า) ละเมิดกฎระเบียบ
แนวทางการกักเก็บที่แก้ไขแล้ว (แนวปฏิบัติที่ดีที่สุด):ระบบแผ่นซับสองชั้นพร้อมระบบตรวจจับการรั่วซึม แผ่นซับชั้นแรกและชั้นที่สอง: HDPE 1.5 มม. (บริสุทธิ์, ความหนาแน่น 0.947 ก./ซม.³, HP-OIT 540 นาที, คาร์บอนแบล็ก 2.6 เปอร์เซ็นต์) เบาะรองผ้าใยสังเคราะห์ (600 ก./ตร.ม.) ทับแผ่นซับชั้นแรก การตรวจจับการรั่วซึม: ตาข่ายชีวภาพสองชั้น 7 มม. พร้อมตัวกรองผ้าใยสังเคราะห์ (200 ก./ตร.ม.) ความลาดชัน 2 เปอร์เซ็นต์ไปยังบ่อรวบรวม การทดสอบการแช่กรดตามมาตรฐาน ASTM D5322 (pH 1.5 H₂SO₄, 120 วันที่ 60°C) ผ่าน: การคงความต้านทานแรงดึง 96 เปอร์เซ็นต์, การคง HP-OIT 87 เปอร์เซ็นต์
ผลลัพธ์และคุณประโยชน์:หลังจาก 8 ปี ไม่พบการรั่วซึม (การไหลของน้ำใต้ดินเป็นศูนย์) HP-OIT ถูกทดสอบซ้ำที่ 5 ปี: 470 นาที (คงสภาพร้อยละ 87) ไม่พบความล้มเหลวของรอยต่อ (ทดสอบรอยต่อด้วยสุญญากาศ 1,600 เมตร; ไม่พบความล้มเหลว) แผ่นใยสังเคราะห์ป้องกันการเจาะทะลุจากอุปกรณ์กำจัดตะกอน บรรลุตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ ต้นทุนรวมของระบบซับ: 480,000 ดอลลาร์สหรัฐ ประหยัดจากการหลีกเลี่ยงการซึม (เทียบกับซับชั้นเดียวที่มีการรั่วซึม): 1.2 ล้านดอลลาร์สหรัฐใน 8 ปี (หลีกเลี่ยงการแก้ไข ค่าปรับ) ที่มา: การประเมินหลังการใช้งานโครงการ, ASTM D5322, ASTM D3895, ASTM D4833, ASTM D4437, EPA 40 CFR 264.221
ส่วนคำถามที่พบบ่อย
ถาม: ซับชนิดใดดีที่สุดสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรด?
ตอบ: แผ่นซับ HDPE (1.5 มม. ถึง 2.0 มม.) พร้อมสารต้านอนุมูลอิสระเสริม (HP-OIT มากกว่าหรือเท่ากับ 500 นาที) และการรับรองการทดสอบการแช่กรดตาม ASTM D5322 ต้องใช้ซับสองชั้นพร้อมระบบตรวจจับการรั่วซึมสำหรับของเสียอันตราย ที่มา: ASTM D5322, EPA 40 CFR 264.221ถาม: ฉันสามารถใช้ซับดินเหนียวสังเคราะห์ (GCL) สำหรับบ่อระบายน้ำจากการทำเหมืองกรดได้หรือไม่?
ก: ไม่ GCL มีดินเบนโทไนต์ที่ทำปฏิกิริยากับกรด (pH น้อยกว่า 4) ทำให้สูญเสียความสามารถในการขยายตัวและการปิดผนึก ใช้เฉพาะ HDPE เท่านั้น GCL สามารถใช้ได้เฉพาะเมื่อ pH มากกว่าหรือเท่ากับ 5 แหล่งที่มา: ASTM D5322ถาม: กรดส่งผลต่อแผ่นซับ HDPE อย่างไร
ก: HDPE ทนทานต่อสารเคมีจากกรด (pH 1.5 ถึง 14) อย่างไรก็ตาม กรดสามารถสกัดสารต้านอนุมูลอิสระเมื่อเวลาผ่านไป HP-OIT มาตรฐาน 400 นาทีอาจลดลงเหลือ 100 นาทีใน 5 ถึง 10 ปี จำเป็นต้องใช้ HP-OIT ที่ปรับปรุงแล้วมากกว่าหรือเท่ากับ 500 นาทีสำหรับอายุการออกแบบ 20 ปี แหล่งที่มา: ASTM D3895, ASTM D5322ถาม: คอนกรีตเหมาะสำหรับบ่อน้ำเสียจากการทำเหมืองกรดหรือไม่
ก: ไม่ เว้นแต่จะได้รับการป้องกันด้วยสารเคลือบที่ทนกรด (อีพ็อกซีหรือไวนิลเอสเทอร์) คอนกรีตที่ไม่เคลือบจะทำปฏิกิริยากับกรด (เกิดยิปซัม แตกร้าว รั่วไหล) สำหรับการก่อสร้างใหม่ แผ่นซับ HDPE ถูกกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าคอนกรีตบวกสารเคลือบ แหล่งที่มา: ASTM C267ถาม: ฉันจำเป็นต้องมีระบบแผ่นซับสองชั้นสำหรับบ่อ AMD หรือไม่
ก: สำหรับของเสียอันตราย (ที่มีลักษณะความเป็นพิษ ค่า pH ต่ำกว่า 2 หรือมีโลหะสูง) ตามข้อกำหนด EPA 40 CFR 264.221 ของสหรัฐฯ ต้องใช้ซับสองชั้นพร้อมระบบตรวจจับการรั่วไหล สำหรับน้ำเสียจากเหมืองกรดที่ไม่เป็นอันตราย อาจอนุญาตให้ใช้ซับชั้นเดียวได้ แต่หลายรัฐกำหนดให้ใช้ซับสองชั้นเป็นแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดถาม: การตกตะกอนของเหล็กส่งผลต่อระบบตรวจจับการรั่วไหลอย่างไร?
ก: น้ำเสียจากเหมืองกรดมีเหล็กที่ละลายอยู่ เมื่อน้ำเสียจากเหมืองกรดรั่วผ่านซับชั้นแรก เหล็กจะออกซิไดซ์และตกตะกอนเป็นเฟอร์ริกไฮดรอกไซด์ (Fe(OH)₃) หรือจาโรไซต์ ทำให้เกิดการอุดตันในชั้นธรณีสังเคราะห์หรือกรวด วิธีแก้ไข: ใช้ท่อทำความสะอาดเพื่อล้างด้วยน้ำจืดหรือกรด ที่มา: EPA 40 CFR 264.221ถาม: อายุการใช้งานที่คาดหวังของซับ HDPE ในบ่อน้ำเสียจากเหมืองกรดคือเท่าไร?
ก: ด้วย HP-OIT ที่เพิ่มขึ้นมากกว่าหรือเท่ากับ 500 นาทีและการติดตั้งที่เหมาะสม จะมีอายุ 20 ถึง 30 ปี แบบจำลองการลดลงของ HP-OIT คาดการณ์มากกว่า 30 ปีที่อุณหภูมิฝัง 25 องศาเซลเซียส แนะนำให้ตรวจสอบ HP-OIT เป็นประจำทุกปี ที่มา: ASTM D3895ถาม: สามารถใช้เยื่อกันซึมบิทูเมนสำหรับบ่อน้ำเสียจากเหมืองกรดได้หรือไม่?
ตอบ: ในอดีตใช่ แต่บิทูเมนอาจเปราะเมื่ออายุมากขึ้นและทนต่อค่า pH ต่ำได้น้อยกว่า HDPE ปัจจุบัน HDPE เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม แผ่นซับบิทูเมนอาจใช้สำหรับการใช้งานระยะสั้น (5 ถึง 10 ปี) หรือการใช้งานที่มีกรดต่ำ (pH มากกว่า 4)ถาม: วิธีซ่อมแซมแผ่นซับ HDPE ที่เสียหายในบ่อ AMD ที่ใช้งานอยู่
ตอบ: ระบายน้ำในบ่อให้ต่ำกว่าจุดที่เสียหาย ทำความสะอาดและทำให้พื้นผิวแผ่นซับแห้ง ตัดส่วนที่เสียหายออก (เป็นแผ่นปะกลม) ใช้แผ่นปะแบบเชื่อมด้วยการอัดรีด (วัสดุชนิดเดียวกัน) ทดสอบด้วยกล่องสุญญากาศ (ASTM D4437) ใส่ผ้าใยสังเคราะห์กลับคืนและดำเนินการต่อ แหล่งที่มา: ASTM D4437ถาม: แผ่นซับ HDPE ต้องมีความหนาเท่าใดสำหรับบ่อ AMD
ตอบ: ขั้นต่ำ 1.5 มม. ตาม GRI-GM13 สำหรับบ่อลึก (ลึกมากกว่า 10 ม.) หรือบ่อที่มีอุปกรณ์กำจัดตะกอนหนัก ให้ใช้ 2.0 มม. เพื่อความต้านทานการเจาะที่สูงขึ้น (มากกว่าหรือเท่ากับ 640 นิวตัน) แหล่งที่มา: GRI-GM13, ASTM D4833
ขอรับการสนับสนุนทางเทคนิคหรือใบเสนอราคา
สำหรับวิศวกรเหมืองแร่และผู้รับเหมา EPC มีการสนับสนุนทางเทคนิคเพื่อตรวจสอบเคมี AMD การออกแบบบ่อ และข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ ขอใบเสนอราคาสำหรับซับ HDPE ที่ทนกรด (HP-OIT มากกว่าหรือเท่ากับ 500 นาที ทดสอบตาม ASTM D5322) แผ่นรองผ้าใยสังเคราะห์ จีโอคอมโพสิตตรวจจับการรั่วไหล และเอกสาร QA/QC การติดตั้ง
เกี่ยวกับผู้เขียน
คู่มือนี้เขียนโดยวิศวกรธรณีสังเคราะห์และวิศวกรเหมืองแร่ที่มีประสบการณ์มากกว่า 15 ปีในการออกแบบและกำหนดระบบกักเก็บสำหรับการระบายน้ำจากเหมืองที่เป็นกรด แผ่นรองกองแร่แบบกองชะ และสิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับกากแร่ทั่วอเมริกาเหนือ อเมริกาใต้ แอฟริกา และออสเตรเลีย คำแนะนำทั้งหมดเป็นไปตามมาตรฐาน ASTM D5322, ASTM D3895, ASTM D4833, ASTM D4437, GRI-GM13 และ EPA 40 CFR 264.221
