Treatment of tailings from artisanal gold mining in Nicaragua

92 Pages·2013·9.26 MB·English

Faculty of Bioscience Engineering

Academic year 2012 – 2013

Treatment of tailings from artisanal gold mining in
Nicaragua

Brecht Annicaert

Promotors: Prof. dr. ir. Gijs Du Laing
Dr. Lieven Machiels

Tutor: Prof. dr. ir. Gijs Du Laing

Master’s dissertation submitted in partial fulfilment of the requirements
for the degree of Master of science in bioscience engineering:

Chemistry and Bioprocestechnology

Faculty of Bioscience Engineering

Academic year 2012 – 2013

Treatment of tailings from artisanal gold mining in
Nicaragua

Brecht Annicaert

Promotors: Prof. dr. ir. Gijs Du Laing
Dr. Lieven Machiels

Tutor: Prof. dr. ir. Gijs Du Laing

Master’s dissertation submitted in partial fulfilment of the requirements
for the degree of Master of science in bioscience engineering:

Chemistry and Bioprocestechnology
i
Copyright
The author and the promotor give permission to use this thesis for consultation and to copy
parts of it for personal use. Every other use is subject to the copyright laws, more speci(cid:28)cally
the source must be extensively speci(cid:28)ed when using results from this thesis.
Ghent, June 2013
The promotor, The author,
Prof. dr. ir. Gijs Du Laing Brecht Annicaert
ii
A word of gratitude
This thesis would not have been possible without the help and guidance of several people
who put their time and experience at my disposal.
Firstly I would like to express my gratitude to promotor prof.dr.ir. Gijs Du Laing and my
co-promotor dr. Lieven Machiels to o(cid:27)er me the opportunity to do my thesis partly abroad
and gain some invaluable life experiences. Furthermore their guidance and good advice made
the rough route seem a little smoother
My stay in Nicaragua would not have been the same if not for the warm welcome of the
family Icaza as a guest in their house. Thank you, Harold, Carol, Kendra, Kristel, Keira,
Titi, Carolita, Harolito,..., for feeling a part of the family if we watched together ’Porque el
amor que manda’. I owe thanks for the succesfull sampling campaign to Roger Midence who
assisted me with his diplomatic and scienti(cid:28)c advice and learnt me the ways of how Nicas live.
Without the help of Leopoldo Marin en Juan Carlos Chavarria no sampling campaign could
be conducted and made me appreciate good company and rudimentary karaoke.
I would like to thank Ria, Kathy, Joachim, David and Frederik for their precious time and
advice that were indispensible for doing my experiments in the laboratory.
My appreciation goes out to Dorien Nijs who made the e(cid:27)ort to read and corrected my thesis
although this resulted in an improved reading experience it also gave me hours of extra work
which I could have spent enjoying the good weather.
A word of thank is attributed to my friend and family for their non-stop support and pressure
to make this thesis a worthwhile experience.
Finally my dubious thanks go out to mercury for becoming my thesis subject and always
giving the best of yourself, as shown in the (cid:28)gure below.
Figure 1: (Freddy) Mercury, giving the best of himself
iii
Abstract
Artisanal and small-scale gold mining surpassed all other industries and recently became the
largest contributor to intentional mercury releases. Reducing this growing source of mercury
pollutionbecameapriorityifwewanttoliveonahealthyplanet. Thesolidwastegeneratedby
artisanal and small-scale gold mining activities and contaminated with mercury poses a great
risk towards the health of nearby communities and environment when they are not properly
disposed or treated.
The objective of this thesis is to (cid:28)nd a remediation technique which is environmental and
economical sound. The solutions studied in this thesis is the removal of mercury by thermal
treatment or the simultaneous recovery of mercury and gold by coal gold agglomeration from
the tailings.
Firstly a sampling campaign was conducted in the artisanal gold mining community of la
Libertad, Nicaragua. Several sites were visited where contaminated mercury tailings were
disposed. At the same time a questionnaire was drawn from the artisanal miners to create
a better understanding of the mercury use throughout the process. Afterwards the samples
were subjected to di(cid:27)erent treatment and their e(cid:30)ciency on mercury removal was measured
by cold vapour atomic absorption spectrometry.
It could be shown that in la Libertad alone about 56 tonnes of contaminated tailings are
discarded per day with an average content of 8,12 mg mercury and 3,82 mg gold per kg
tailing. In the surrounding area of the tailing mercury and gold content were estimated on
1,94 mg/kg and 1,23 mg/kg, respectively.
The results from thermal treatment show that the removal e(cid:30)ciency of mercury increases
when the treatment temperature is raised. No signi(cid:28)cant improvements of mercury removal
e(cid:30)ciency in the tailings were observed when the temperature was raised above 300 ◦C and
all samples, except for one, had an content lower than 1 ppm mercury at 300 ◦C. An average
of 66 % mercury removal e(cid:30)ciency was obtained when samples from four tailing sites were
subjected to a treatment of one hour and 250 ◦C. Mimicking the conditions of in-situ thermal
treatment on a soil from an industrial site in Belgium resulted in a slow temperature rise in
the soil compartment and signi(cid:28)cant di(cid:27)erence in mercury removal at the locations closest
and furthest from the heating element. This resulted in respective concentrations of 3,93 ppm
and 13,81 mg mercury per kg after 36 days and when the temperature in the reactor reached
310 ◦C for seven days. From the initial concentration of 44 mg mercury per kg soil about 76
% was removed after 36 days of treatment.
The simultaneous recuperation by coal gold agglomeration was successful and concentrations
of up to 8 mg Hg and 2 mg Au was found in one kilogram of coal. The recovery e(cid:30)ciency
of gold and mercury from the tailing under the given conditions was only 22 % and 11 %,
respectively.
iv
Anoutlineshowsthattheoperatingcostforthermaltreatmentareabout305$pertontailing.
Theoperatingcostsofcoalgoldagglomerationare,underthecurrentexperimentalconditions,
estimated at 618 $. If, however, the process is optimized costs can decrease to 26 $ per ton
tailing.
Future research could be done to further shorten the duration of thermal treatment without
compromising mercury removal e(cid:30)ciency and de(cid:28)ning the optimal conditions at which the
coal gold agglomeration have the highest mercury and gold concentration in the activated
carbon while separating the activated carbon from the tailings is easy.
v
Samenvatting
Ambachtelijke en kleinschalige goudwinning overtrof alle andere sectoren en werd recentelijk
de sector met de grootste bijdrage aan het opzettelijk vrijkomen van kwik. Het verminderen
van deze groeiende bron van kwikverontreiniging werd een prioriteit als we willen leven op een
gezonde planeet. De vaste afvalsto(cid:27)en gegenereerd door ambachtelijke en kleinschalige goud-
winningactiviteitenenverontreinigdmetkwikvormteengrootrisicoindevoordegezondheid
van de nabijgelegen gemeenschappen en het milieu als ze niet goed worden afgevoerd of be-
handeld.
Het doel van deze thesis is om een saneringstechniek te vinden die aan de huidige milieu
voorwaarden doet en economisch haalbaar is. De, in dit proefschrift onderzochtte oplossingen
is de verwijdering van kwik door thermische behandeling of de gelijktijdige terugwinning van
kwik en goud door coal gold agglomeratie van de tailings.
Eerst werd een veldproef uitgevoerd in de goudmijnbouwersgemeenschap van La Libertad,
Nicaragua. Verschillende sites werden bezocht waar verontreinigde kwik residuen werden
afgevoerd. Tegelijkertijd werd een vragenlijst opgesteld van de artisanale mijnwerkers tot een
beter begrip van het gebruik van kwik gedurende het gehele proces te creºren. Daarna werden
de monsters onderworpen aan verschillende behandelingen en hun e(cid:30)ciºntie op kwikverwi-
jdering werd gemeten door koude-damp-atomaire-absorptiespectrometrie.
HetkanwordenaangetoonddatinlaLibertadalleenalongeveer56tonverontreinigderesiduen
worden per dag gegenereerd met een gemiddeld gehalte van 8,12 mg kwik en 3,82 mg goud
per kg tailing. In de omgeving van deze residues het kwik en goudgehalte werd geschat op
1,94 mg / kg en 1,23 mg / kg, respectievelijk.
Uit de resultaten van thermische behandeling blijkt dat de verwijderingse(cid:30)ciºntie van kwik
toeneemtwanneerdebehandelingstemperatuurwordtverhoogd. Geensigni(cid:28)canteverbeterin-
gen van kwik verwijdering e(cid:30)ciºntie in de tailings werden waargenomen wanneer de temper-
atuur boven de 300 werd verhoogd ◦C en alle monsters, met uitzondering van een, had een
gehalte van minder dan 1 ppm kwik bij 300 ◦C. Een gemiddelde van 66 % kwik verwijder-
ingse(cid:30)ciºntie werd verkregen wanneer monsters van vier tailing sites werden onderworpen
aan een behandeling van ØØn uur en 250 graden C. Het nabootsen van de omstandigheden
in situ thermische behandeling op een bodem van een industriºle site in Belgiº resulteerde in
een langzame temperatuurstijging in het bodem compartiment en signi(cid:28)cante verschillen in
verwijdering van kwik op de plaatsen dichtstbijzijnde en verst van het verwarmingselement.
Dit resulteerde in respectievelijke concentraties van 3,93 ppm en 13,81 mg kwik per kg na 36
dagen en wanneer de temperatuur in de reactor 310 ◦C bereikte gedurende zeven dagen. Van
de aanvankelijke concentratie van 44 mg kwik per kg bodem werd na 36 dagen behandeling
ongeveer 76 % verwijderd.
De gelijktijdige recuperatie door coal gold agglomeratie was succesvol en concentraties tot 8
vi
mg Hg en 2 mg ceAu werd gevonden in een kilo actieve kool. De terugwinningse(cid:30)ciºntie
van goud en kwik uit de tailings onder de gegeven omstandigheden is slechts 22 % en 11 %,
respectievelijk.
Uit een economische schets blijkt dat de operationele kosten voor de thermische behandeling
ongeveer 305 $ bedragen per ton tailing. De exploitatiekosten van coal gold agglomeratie
zijn, onder de huidige experimentele conditie, geschat op 618 $ als echter het proces verder
geoptimaliseerd wordt kan dit dalen tot 26 $ per ton Wtextittailing.
Toekomstigonderzoekzounodigzijnomverdereverkortingvandetijdsduurvandethermische
behandeling te veri(cid:28)ºren op zijn kwikverwijderingse(cid:30)ciºntie en het de(cid:28)niºren van de optimale
omstandigheden waarbij de coal gold agglomeratie de hoogste kwik en goudconcentratie in de
actieve kool bereikt en de scheiding van de actieve kool en het gouderts eenvoudig is.
Contents
Contents vii
List of Figures x
List of Tables xii
1 Introduction 1
I Literature overview 3
2 Mercury 4
2.1 Mercury emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.1 Natural emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.2 Anthropogenic emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.3 Re-emissions and remobilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Mercury speciation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.1 Elemental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.2 Inorganic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.3 Organic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3 Impact on human health . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3.1 Exposure pathways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3.2 Health e(cid:27)ects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3.3 Environmental guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 Artisanal and small-scale gold mining 12
3.1 Gold in Nicaragua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2 Gold process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3 Mercury use in ASGM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.4 Combatting mercury pollution in ASGM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4.1 Improving awareness and training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4.2 Public opinion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4.3 Mercury reducing approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
vii