石膏スケールを防ぐ方法

逆浸透 (RO)、ナノ濾過 (NF)、および限外濾過 (UF) 膜は、海水と汽水を処理するために脱塩産業で長年使用されてきました。 しかし、世界人口が増加するにつれて[1]、より多くの新鮮できれいな水を利用できるようにすることが不可欠です。 そのため、ジェネシス インターナショナルはその専門知識を、あまり伝統的ではない産業である鉱業にスケール防止剤と洗浄剤を提供することに注力しました。

Paulina Szyplinska による 2012 年の記事によると、鉱業は世界で 4 番目に多くの水の消費者です[2]が、鉱山水の 90% は RO や NF などの技術を使用してリサイクル可能です。 これは水濾過膜技術の比較的新しい応用例ですが、鉱山作業に関連するプラントの数は過去 10 年間で劇的に増加しました。

鉱山水の濾過プラントに影響を与える特有の課題があります。高レベルの全溶解固形分 (TDS) により、スケール、特に硫酸カルシウム (CaSO4) や石膏が形成される傾向が強くなります。

これらの条件は、膜メーカーが推奨する動作パラメータの範囲外です。 そのため、膜技術業界は伝統的に、鉱山部門は挑戦的すぎて価値がないと考え、ビジネスの源泉としては無視してきました。

しかし、それにも関わらず、金属回収の強化と廃水を浄化する能力に魅力を感じて、鉱山事業者は RO および NF 膜ろ過への投資を増やしているようです。 ジェネシス・インターナショナル独自の調査により、現在膜濾過を使用している鉱山が 389 個も特定されており、そのうち 301 個は 2009 年以降に稼働している。

同社は、適切な化学反応と広い視野があれば、複雑なスケールを抑制するだけでなく、汚れやスケールが付着した膜を効果的に洗浄して性能を回復することも可能であると信じています。 そして、他の人たちもそのことに気づき始めているようです。 Genesys のチームは最近、オーストラリアの BDB Process ディレクターである Darryl Butcher 氏がアフリカで関与していた 2 つの膜プラント プロジェクトに関する論文で次のコメントを目にして勇気づけられました[3]。メーカーが公表した推奨動作範囲内にある膜ですが、どちらも技術的にも商業的にも非常に成功しており、どちらもプロジェクトの資本支出を正当化するために使用される予測性能を上回っていました…膜は改善のために幅広い用途に適用される可能性が高いと思われますプロセスの結果。」

他のタイプのスケーリングとは異なり、CaSO4 は pH に依存しません。 つまり、酸やアルカリを加えてもスケールの発生を防ぐ効果はありません。 ジェネシスは、低 pH と高 pH (最大 x8 ～ 10 飽和レベル) の両方で CaSO4 を阻害できる 2 つの新しいスケール防止剤、Genmine AS26 および Genmine AS65 を開発しました。

Genmine AS26 は、スケール防止剤としてはまれな、酸性条件に対する耐性が特に優れています。 厳密なテストを経て配合および完成されたこの製品は、1 ～ 2 の低い pH 値でも CaSO4 を阻害できます (図 1)。 これは、スケール防止剤が機能するために鉱山廃水を中和するための高価な前処理が必要ないことを意味します。 これにより、CAPEX と OPEX の節約につながると同時に、尾鉱廃棄物から金属ときれいな水の両方を再利用することがさらに実現可能になります。

もちろん、すべての鉱山水が酸性であるわけではありません。そのため、同社は中性およびアルカリ性の pH 値で 8 ～ 10 倍の飽和レベルで CaSO4 スケールを抑制できる Genmine AS65 も開発しました (図 2)。 これは、妊娠酒と不毛酒の両方を濃縮するために膜が使用されるアルカリ性シアン化物の堆積浸出プロセスに特に関係します。 酸性とアルカリ性の両方の鉱山水に特化した製品を提供することで、同社は石膏スケールの影響を受ける可能性のあるあらゆる鉱山水に適切な化学反応を提供することができます。

おそらく効果のないスケール防止剤の使用または不適切な投与が原因で石膏スケールがすでに蓄積している場合、膜を損傷せずに石膏スケールを除去することは困難ですが、不可能ではありません。 スケール自体が膜表面に不可逆的な損傷を引き起こすのを防ぐために、これはできるだけ早く行う必要があります。

CaSO4 スケールは、最初は針状の粒子を形成します。 その後、血小板やロゼットが形成され、摩耗によって膜表面に損傷を与える可能性があります。 これにより、最終的には表面にへこみや穴ができ、膜の脱塩特性に影響を及ぼし、流束が増加します（より多くのイオンが通過できるようになります）。

適切な前処理と当社の専門的なスケール防止剤の効果的な使用により、スケールは大幅に減少します。 ただし、供給条件が絶えず変化する場合、またはある時点でスケール防止剤の飽和限界を超えた場合でも、スケールは形成されます。

上で述べたように、硫酸カルシウムスケールは制御が特に難しく、炭酸カルシウムスケールとは異なり、酸を加えても効果がありません。

広範な研究を経て、ジェネシスはこれらの問題に対処するために特別に設計された 3 つの新しい洗浄製品、Genmine C07 (中性 pH)、Genmine C15 および Genmine C17 (高 pH) を開発しました。 3 つすべてが CaSO4 除去に大きな期待を示しており、テストでは従来の洗浄剤を大幅に上回っています。

大量にスケールされた Vexar スペーサーの重量を洗浄の前後で測定し、重量の差からクリーナーの性能を把握しました。 3 時間の洗浄後、Genmine C17 はスケールの 99.3% を除去し、Genmine C15 は 96.5%、Genmine C07 は 93.3% を除去しました。

膜化学物質の投与は、鉱山水によって引き起こされる困難な条件では特に敏感です。 ここで役立つツールの 1 つは、Membrane Mine Master (MMM) ソフトウェアです。このソフトウェアは、鉱山水をろ過するために使用される RO、NF、または UF 膜プラントの適切なスケール防止剤の投与量を予測するために特別に開発されました。 この新しいソフトウェアは、ほとんどが狭い pH 範囲 (通常は 5 ～ 9) に制限されているのに対し、pH 範囲 (1 ～ 14) 全体で機能することで従来のスケール予測ソフトウェアの規則を打ち破っています。

入力されたプラントの詳細、特に水の化学的性質の詳細に基づいて、適切なスケール防止剤と線量率が推奨され、概要レポートを作成するオプションが提供されます。

このソフトウェアは現在、実際の現場データを使用して試用されており、スケール防止剤の性能に関する現場データがさらに入手可能になるにつれて、その精度は引き続き改善される予定です。

鉱山会社は、金属の回収を強化し、再利用するか環境に排出するかにかかわらず、複雑な廃水を処理するために膜技術を採用することが増えています。

ジェネシスは、マイニング コミュニティにより良いサポートを提供する必要性を認識し、課題に取り組みました。 特殊なスケール防止剤は、追加の前処理をせずに、pH 範囲全体にわたって、通常の溶解度の最大 8 ～ 10 倍の飽和レベルで CaSO4 スケールの形成を防止できます。また、専用の洗浄製品は石膏スケールを完全に除去し、膜プラントの性能を回復できます。 、すぐに使用される場合に限ります。

Membrane Mine Master ソフトウェアは、オペレータが適切なスケール防止剤と線量率を計算してスケールを寄せ付けず、廃水の前処理と廃棄に関連するコストを削減するのに役立ちます。

同社は、CaSO4 に特化した製品群に加えて、鉱山でよく見られるシリカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、金属の堆積物を防ぐスケール防止剤も提供しています。 また、粘土、鉄、その他の金属やバイオフィルムなどの有機物による汚れに対処するためのさまざまな洗浄製品も提供しています。

参考文献

1 世界人口は 80 億人、増加中: このままではいけない、R マッキー (2019)

2 渇いた鉱業の世界: 新しい水溶液の収穫、Szyplinska、P (2012)

3 プロセスツールとしての膜技術のレビュー、Butcher, D (2020)

グレゴリー・ギブソン、スティーブン・チェスターズ、マックス・ファゼルが同行ジェネシス・インターナショナル