Abstract | Keywords | Export | Availability | Bookmark

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Flotatie wordt sinds ongeveer een eeuw wereldwijd en met succes toegepast in de ertsverwerkende industrie om waardevolle mineralen, die meestal in één specifieke chemische vorm voorkomen, te scheiden van de ongewenste ganggesteentemineralen. Luchtbellen die omhoog doorheen de pulp bewegen vangen de hydrofobe deeltjes en dragen deze naar een schuimlaag aan het oppervlak van de flotatiecel, terwijl de hydrofiele deeltjes in de pulp achterblijven. Recent (1998) werd aangetoond dat flotatie potentieel kan toegepast worden in de ex-situ remediatie van metaalverontreinigde sulfiderijke sedimenten en sulfide-behandelde bodems. De flotatiespecificiteit van de metalen werd grotendeels toegeschreven aan hun dominante associatie met sulfidefasen. In deze studie werd het potentiële gebruik van flotatie om metalen zoals Cd, Cu, Pb en Zn te verwijderen uit sedimenten en bodems verder onderzocht. Labo-schaal Denverflotatietesten werden uitgevoerd op 4 anoxische sedimenten, namelijk de sedimenten van rivier Schijn (zandige leem), Zuid-Willemsvaart (leem), dokken van Brussel (kleiige leem) en kanaal Gent-Terneuzen (klei). Labo-schaal Denverflotatietesten werden ook uitgevoerd op een leemrijk bodemstaal van Tienen dat vooraf voor minstens 1 dag in suspensie werd behandeld met een overmaat natriumsulfide in verschillende condities. Door Denverflotatie op de 4 sedimenten werd 35.4-73.4 % van de metalen verwijderd in 20.4-25.5 % van de inputmassa maar de metaalconcentraties (bv. Cd en Zn) in de restfracties voldeden niet aan de maximum aanvaardbare concentraties voor hergebruik als bodem. Door Denverflotatie op de sulfide-behandelde Tienen bodemsuspensies werd 30-57.5 % van de metalen verwijderd in 17.9-34 % van de inputmassa maar de cadmiumconcentratie in de restfracties voldeed niet aan de bodemsaneringsnorm voor gebruik als landbouwgrond. Aangezien de potentiële floteerbaarheid van de “target” metalen grotendeels afhangt van de chemische vorm waarin zij voorkomen werd hun speciatie (partitie) onderzocht vóór flotatie. Voor het bodemstaal werd vastgesteld dat de koperfractie, die werd geëxtraheerd in 0.1 M EDTA/0.5 M NaOAc (pH 4.65), verminderde van ongeveer 60 % tot 2 % door overnacht voor te behandelen met een overmaat sulfide wat erop wijst dat de potentieel beschikbare metalen werden getransfereerd naar een unieke, floteerbare sulfidefase. Voor anoxische sedimenten werd een nieuwe methode ontwikkeld, die gebaseerd is op het opvolgen van de 1 dag oxidatiekinetiek van de sedimenten bij pH 8 in een achtergrondoplossing die een overmaat EDTA bevat, voor de bepaling van de (sulfide)partitie van (spoor)metalen. Een wiskundig model dat twee pseudo-eerste orde reacties combineert werd gebruikt om de metaalconcentraties, die werden vrijgezet als functie van de oxidatietijd, te beschrijven. De methode gebaseerd op oxidatiekinetiek liet toe om Cu, Pb en Zn van de bestudeerde sedimenten onder te verdelen in 4 fracties, namelijk (1) een fractie die onmiddellijk wordt vrijgezet in de EDTA-oplossing (C0), (2) een fractie die geassocieerd is met ‘snel-oxideerbare’ FeS fasen (C1), (3) een fractie die geassocieerd is met ‘langzaam-oxideerbare’ (spoor)metaalsulfidefasen en (4) een niet-beschikbare fractie die geassocieerd is met sedimentfasen waarop oxidatie geen invloed heeft (Cno). De fracties van Zn en Pb, die geassocieerd waren met de “pools” C1 en C2, waren vergelijkbaar met de AVS-geëxtraheerde fracties van Zn en Pb, die werden bepaald om onafhankelijk de fracties van Zn en Pb die geassocieerd zijn met sulfiden te schatten. Deze observatie toont aan dat de sulfide-geassocieerde fractie van (spoor)metalen kon voorspeld worden door de som te nemen van de fracties die geassocieerd zijn met de “pools” C1 en C2. Bovendien werden de sulfide-geassocieerde metaalfracties, die door oxidatiekinetiek worden voorspeld, gecorrigeerd voor de 1 dag anoxische EDTA-oplosbare fractie daar (spoor)metalen, die geassocieerd zijn met bv. carbonaat en/of hydroxidefasen en de C0 “pool”, ook in oplossing kwamen tijdens de oxidatiekinetiek-experimenten. De sulfide-geassocieerde fracties van Cu, Pb en Zn, die door de combinatie van (a) 1 dag oxidatiekinetiek bij pH 8 in een achtergrondoplossing die een overmaat EDTA bevat en (b) correctie voor de 1 dag anoxische EDTA-oplosbare worden voorspeld, waren grotendeels vergelijkbaar voor alle bestudeerde sedimenten en toonden aan dat deze “target” metalen in de meeste gevallen dominant geassocieerd waren met sulfidefasen. Er werden voor Cd geen oxidatiekinetiek-gegevens bekomen daar de concentraties, die werden vrijgezet als functie van de oxidatietijd, onder de detectielimiet voor analyse gelegen waren. AVS/SEM extracties voorspelden echter dat Cd ook dominant voorkomt als sulfidefasen in de bestudeerde sedimenten. Ondanks het feit dat de partitiestudies aantoonden dat de “target” metalen dominant geassocieerd waren met sulfidefasen was de metaalflotatieselectiviteit van de sulfide-behandelde bodemsuspensies en de sulfide-rijke sedimenten laag (concentreringsfactoren ≈ 2) in vergelijking met de gebruikelijke selectiviteit (concentreringsfactoren > 5) in sulfide-ertsflotaties, zelfs voor Cu, Pb en Zn van Het Schijn sediment (concentreringsfactoren ≈ 3). Bovendien werkte Denverflotatie niet goed genoeg bij aanvaardbare hoeveelheden van de inputmassa die werden geconcentreerd in de schuimfractie daar de metaalconcentraties in de restfracties niet voldeden aan de voorgeschreven VLAREBO-limieten. De lage flotatie-selectiviteit van Cd, Cu, Pb en Zn is toe te schrijven aan (1) de té kleine deeltjesgrootte van de metaalsulfiden en (2) de concentratie van kleine, ongewenste hydrofiele deeltjes in de schuimlaag ten gevolge van de turbulente flotatiecondities. Bijgevolg draagt “entrainment” (aselectieve meesleur) in grote mate bij tot de totale hoeveelheid van de metalen die verwijderd wordt door Denverflotatie, zoals werd aangetoond door de voorspellingen voor de procentuele bijdrage van “true flotation’’ (echte flotatie door bel-partikel aanhechting) en “entrainment”. Flotation has been widely and successfully used for about a century in the mineral ore processing industry to separate valuable minerals, which are mostly present in one specific chemical form, from the unwanted gangue minerals. Air bubbles moving upward through the pulp catch the hydrophobic particles and carry them to a froth layer at the surface of the flotation cell, whereas hydrophilic particles remain in the pulp. Recently (1998), it was demonstrated that flotation can potentially be applied in the ex-situ remediation of metal contaminated sulphidic sediments and sulphidised soils. The metal flotation specificity was grossly assigned to their dominant association with sulphide phases. In the present study, the potential use of flotation to remove metals such as Cd, Cu, Pb and Zn from sediments and soils was further investigated. Lab-scale Denver flotation tests were performed on 4 anoxic sediments, namely, the sediments from River Schijn (sandy loam), Zuid-Willemsvaart (loamy), Docks of Brussels (clay loamy) and Canal Gent-Terneuzen (clayey). Lab-scale Denver flotation tests were also made on a loamy soil sample from Tienen that was pre-treated for at least 1 day with excess sodium sulphide solutions under different conditions. Denver flotation on the four sediments showed metal recoveries of 35.4-73.4 % at mass recoveries of 20.4-25.5 % but the metal concentrations (e.g. Cd and Zn) in the rest fractions did not fulfil the maximum acceptable concentrations for re-use as soil material. Denver flotation on the sulphidised Tienen soil suspensions showed metal recoveries of 30-57.5 % at mass recoveries of 17.9-34 % but the Cd concentration in the rest fractions did not fulfil the sanitation threshold value for agricultural use. Since the potential floatability of the target metals largely depends on the chemical form in which they appear, their speciation (partitioning) was investigated prior to flotation. For the soil sample from Tienen, it was observed that overnight sulphidisation reduced the Cu fraction extracted in 0.1 M EDTA/0.5 M NaOAc (pH 4.65) from about 60 % to 2 % indicating that the potentially available metals were transferred into a unique, floatable sulphide phase. For anoxic sediments, a new method was developed for the determination of the sulphide partitioning of (trace) metals based on 1 day oxidation kinetics at pH 8 in a background solution containing excess EDTA. A mathematical model combining two pseudo-first order reactions was used to fit the metal release data versus oxidation time. The oxidation kinetics method permitted to distribute Cu, Pb and Zn of the sediments studied into 4 fractions, namely, (1) a fraction immediately dissolved in the EDTA solution (C0), (2) a fraction associated with ‘quickly-oxidizable’ FeS phases (C1), (3) a fraction associated with discrete, more ‘slowly-oxidizable’ (trace) metal sulphide phases (C2) and (4) a non-available fraction associated with sedimentary phases on which oxidation has no effect (Cno). The Zn and Pb fractions associated with the pools C1 and C2 were similar to the AVS-extracted Zn and Pb fractions, which were used to estimate independently the fraction of Zn and Pb potentially associated with sulphides. This observation shows that the sulphide-associated fraction of (trace) metals could be predicted by taking the sum of the fractions associated with the pools C1 and C2. In addition, the sulphide-assocated metal fractions predicted from oxidation kinetics were corrected by subtracting the 1 day anoxic EDTA-soluble fraction from the sum of the fractions associated with the pools C0, C1 and C2 since (trace) metals associated with e.g. carbonate and/or hydroxide phases and the C0 pool were also dissolved during the oxidation kinetics experiments. The sulphide-associated fractions of Cu, Pb and Zn, predicted from the combination of (a) 1 day oxidation kinetics at pH 8 in background solution containing excess EDTA and (b) correction for the 1 day anoxic EDTA-soluble fraction, were grossly comparable among the sediments studied and showed that these target metals were in most cases dominantly associated with sulphide phases. No oxidation kinetics data were obtained for Cd since the concentrations released versus oxidation time were below the detection limit of analysis. However, AVS/SEM extraction predicted that Cd was also dominantly present as sulphide phases in the sediments studied. Despite the fact that the partitioning studies demonstrated that the target metals were dominantly associated with sulphide phases, the metal flotation selectivity from the sulphide pre-treated soil suspensions and the anoxic sediments was low (concentrating factors ≈ 2) compared to the usual flotation selectivity (concentrating factors > 5) in sulphide ore flotation practice, even for Cu, Pb and Zn from River Schijn sediment (concentrating factors ≈ 3). Furthermore, Denver flotation worked not well enough at acceptable mass recoveries since the metal concentrations in the rest fractions did not meet the Flemish limitations. The low flotation selectivity of Cd, Cu, Pb and Zn is due to (1) the too small particle size of the metal sulphides and (2) the concentration of fine, hydrophilic gangue particles into the froth arising from the turbulent flotation conditions. Consequently, the process of entrainment contributes largely to the metal recoveries obtained, as shown for the Denver flotations on the sediments by the predictions made for the percentage contribution of true flotation and entrainment. In de ertsverwerkende nijverheid wordt flotatie wereldwijd en met succes toegepast om waardevolle mineralen, die meestal voorkomen in een welbepaalde chemische vorm (bv. sulfides), te scheiden van de ganggesteenten. Tijdens flotaties worden er luchtbellen geïntroduceerd in een suspensie van te scheiden deeltjes. Deze luchtbellen interageren met de hydrofobe deeltjes en transporteren deze naar een schuimlaag aan het oppervlak van de flotatiecel, terwijl de hydrofiele deeltjes achterblijven in de suspensie. Recent (1998) werd aangetoond dat flotatie potentieel kan toegepast worden in de ex-situ behandeling van metaalverontreinigde, sulfiderijke sedimenten en de flotatiespecificiteit van de metalen werd grotendeels toegeschreven aan hun dominante aanwezigheid als sulfidefasen. In deze studie werd het potentiële gebruik van flotatie om zware metalen als Cd, Cu, Pb en Zn te verwijderen uit verontreinigde sedimenten en bodems onderzocht. De sedimenten onder studie waren afkomstig uit kanaal Gent-Terneuzen, rivier Schijn, Zuid-Willemsvaart en de dokken van Brussel, terwijl het bodemstaal onder studie afkomstig was uit Tienen. Aangezien de potentiële floteerbaarheid van de metalen grotendeels afhangt van de chemische vorm waarin zij voorkomen, werd vóór flotatie hun speciatie (fractionatie) eveneens onderzocht. In een eerste deel werden er Denverflotaties uitgevoerd met het leemrijke bodemstaal uit Tienen. Voorafgaand aan de flotaties werd de bodem minstens voor 1 dag in suspensie voorbehandeld met een overmaat sulfide. Door het toepassen van een 0.1 M EDTA/0.5 M NaOAc (pH 4.65) extractie op een onbehandeld en een sulfidebehandeld staal werd aangetoond dat de potentieel beschikbare metalen efficiënt werden omgezet naar floteerbare sulfidefasen. Door de combinatie van sulfidisatie en Denverflotatie werd 30-57.5 % van de metalen verwijderd in 17.9-34 % van de inputmassa (concentreringsfactoren ≤ 2.1) maar de cadmiumconcentratie in de restfracties is nog steeds boven de bodemsaneringsnorm gelegen voor gebruik als landbouwgrond. In een tweede deel werd een nieuwe procedure ontwikkeld voor de bepaling van de fractionatie van metalen in anoxische sedimenten. Deze procedure combineert studie van de 1 dag oxidatiekinetiek van de aanwezige metaalsulfiden in aanwezigheid van een overmaat EDTA en correctie voor de fractie die na 1 dag wordt vrijgezet onder anoxische condities in de achtergrond EDTA-oplossing. Deze procedure liet toe om de metalen onder te verdelen in drie fracties, nl. een EDTA-oplosbare fractie, een sulfide-geassocieerde fractie en een niet-beschikbare fractie geassocieerd met fasen waarop oxidatie geen invloed heeft. De sulfide-geassocieerde fracties van Cu, Pb en Zn, die werden afgeleid uit deze procedure, bevestigden dat deze metalen in de sedimenten onder studie grotendeels dominant aanwezig zijn als sulfiden. Geen oxidatiekinetiek-gegevens werden voor Cd verkregen maar AVS/SEM bepalingen bevestigden dat Cd eveneens dominant voorkomt als sulfidefasen in alle sedimenten. Deze AVS/SEM bepalingen werden uitgevoerd om in het geval van Zn en Pb een onafhankelijke schatting te verkrijgen voor de fractie die geassocieerd is met sulfide. In een derde deel werden er Denverflotaties uitgevoerd met de 4 sedimenten. De metalen werden niet meer selectief gefloteerd na de eerste 5 minuten. Tijdens de eerste 5 minuten werd door Denverflotatie 36.2-73.4 % van de metalen verwijderd in 20.4-25.5 % van de inputmassa maar de metaalconcentraties in de restfracties voldoen niet aan de maximaal aanvaardbare concentraties voor hergebruik als bodem. In vergelijking met de 3 andere sedimenten (concentreringsfactoren : 1.71-2.17) werd voor het rivier Schijn sediment wel een hogere flotatieselectiviteit van de metalen (concentreringsfactoren : 2.87-3.15) bekomen, uitgezonderd voor Cd. Deze hogere Cu, Pb en Zn flotatieselectiviteit werd toegeschreven aan het feit dat een grotere fractie van de metalen aanwezig was in de deeltjesgroottefractie > 20 µm. Er kan geconcludeerd worden dat Denverflotatie niet goed genoeg werkt om de metalen te verwijderen uit sulfiderijke sedimenten en sulfidebehandelde bodemsuspensies. De flotatieselectiviteit van de metalen (Cd, Cu, Pb en Zn) was immers laag in vergelijking met de gebruikelijke selectiviteit in de ertsnijverheid (concentreringsfactoren > 5) en de metaalconcentratie(s) in de restfracties voldoen niet aan de limieten. De lage flotatieselectiviteit van de metalen is toe te schrijven aan (1) de té kleine afmetingen van de metaalsulfides en (2) de concentratie van kleine, ongewenste hydrofiele deeltjes in het schuim ten gevolge van de turbulente flotatiecondities. Bijgevolg draagt (aselectieve) meesleur in grote mate bij tot de totale hoeveelheid Cd, Cu, Pb and Zn die verwijderd werd door flotatie.