Чили является мировым центром добычи меди и занимает третье место в мире по количеству хвостохранилищ. В хвостохранилищах, расположенных на засушливом севере страны, хранятся миллионы кубических метров водных ресурсов. В условиях усугубляющегося водного кризиса и необходимости перехода горнодобывающей промышленности к устойчивому развитию вопрос безопасного извлечения воды из этих «спящих» хвостохранилищ и её возврата в производственный цикл или природную среду стал серьёзной технологической задачей для горнодобывающих стран.

23 июля 2026 года Центр передовых горных технологий (AMTC) Чилийского университета официально представил прототип новой комплексной системы обработки и рекуперации воды из хвостохранилищ. Благодаря трёхуровневой технологической интеграции система впервые позволяет одновременно удалять сульфаты, тяжёлые металлы и металлоиды из химически сложной воды хвостохранилищ, доводя качество очищенной воды до стандартов, пригодных для сельскохозяйственного орошения или безопасного сброса в водоносные горизонты. Проект финансируется фондом ANID FONDEF IDeA I+D 2024 (ID проекта: ID24I10113) и поддерживается Codelco Innovación и Glauben Ecology.

Миллионы кубометров «шахтной воды» заперты в хвостохранилищах

Чили, крупнейший в мире производитель меди, располагает огромным количеством хвостохранилищ. Объём воды, хранящейся в этих хвостохранилищах, весьма значителен. Однако из-за длительного контакта с флотационными реагентами и минеральными частицами состав воды в хвостохранилищах чрезвычайно сложен: высокая концентрация сульфатов, присутствие различных тяжёлых металлов (молибден, марганец, медь, железо и др.), а на некоторых участках — загрязнение металлоидом мышьяком. Традиционные технологии очистки воды часто могут справиться только с одним типом загрязнителя, к тому же они дороги и энергоёмки, что затрудняет их масштабное применение на горнодобывающих предприятиях.

Трёхуровневая интеграция для «полной рекуперации» воды из хвостохранилищ

Команда AMTC разработала интегрированную систему, состоящую из трёх уровней: нанофильтрационного мембранного разделения, наноадсорбционного материала и биореактора. Каждый уровень целенаправленно воздействует на определённые загрязнители в воде хвостохранилищ, и весь процесс следует принципам циркулярной экономики.

Первый уровень: Нанофильтрационное мембранное разделение — «точное удержание» сульфатов

На первом уровне системы используется технология нанофильтрационного мембранного разделения. Благодаря избирательной проницаемости мембраны она эффективно задерживает основные загрязнители, такие как сульфаты, содержащиеся в воде хвостохранилищ. Образующиеся на этом этапе «концентрат» (с высоким содержанием загрязнителей) и «пермеат» (предварительно очищенная вода) поступают на разные последующие стадии обработки, что позволяет осуществить первичное разделение и сокращение объёма загрязнителей.

Второй уровень: Наноадсорбционная система SolArsenic — ключевая патентованная технология AMTC

Пермеат и концентрат вместе поступают в систему SolArsenic, разработанную и запатентованную AMTC. Эта система использует наноадсорбционные материалы, которые эффективно захватывают и инкапсулируют тяжёлые металлы и мышьяк, содержащиеся в воде.

Ключевые технологические преимущества: Адсорбционные материалы системы SolArsenic не только регенерируются и могут использоваться многократно, но и обладают способностью селективно адсорбировать ценные металлы (молибден, марганец, медь, железо и др.). Это означает, что, обрабатывая сточные воды, система может одновременно извлекать ценные металлы из воды хвостохранилищ — превращая «загрязнители» во «вторичные ресурсы» и открывая дополнительный канал извлечения ценности при обработке воды из хвостохранилищ.

Третий уровень: Биореактор на основе отходов сельского хозяйства и горнодобывающей промышленности — замкнутый цикл «от отходов к удобрениям»

Вода, прошедшая первые две стадии очистки, поступает в биореактор. Ключевая инновация этого реактора заключается в его смешанной реакционной среде, основанной на отходах сельского хозяйства и горнодобывающей промышленности.

Двойная выгода:

Эффективное удаление остаточных сульфатов: Биореактор использует метаболическую активность микроорганизмов в матрице отходов для дальнейшего разложения и удаления остаточных сульфатов из воды;

Превращение отходов в удобрения: Твёрдые остатки, образующиеся в процессе реакции, не являются «вторичными отходами», а представляют собой «биокомпост», пригодность которого для фиторемедиации хвостохранилищ была подтверждена.

Доктор Ясна Тапиа, исследователь AMTC и учёный сельскохозяйственного факультета Чилийского университета, отмечает: «Инновационность биореактора заключается в том, что он не только удаляет сульфаты из воды, но и превращает образующиеся в процессе остатки в биокомпост, который, как было доказано, может использоваться для фиторемедиации хвостохранилищ. Мы движемся к решению, основанному на принципах циркулярной экономики, — отходы перестают быть проблемой и становятся новым ресурсом».

Из лаборатории на промышленную площадку

В настоящее время прототип этой интегрированной системы прошёл полную валидацию в лабораторных условиях с использованием реальных проб воды из хвостохранилищ. Команда проекта работает над проведением испытаний в репрезентативных рабочих условиях и, в конечном итоге, над масштабированием технологии и её полевой валидацией в промышленной среде.

Из Чили — в мировую горнодобывающую промышленность

Смягчение дефицита водных ресурсов в горнодобывающей отрасли

Данный проект напрямую отвечает Национальной программе устойчивого управления хвостохранилищами Чили и направлен на превращение хвостохранилищ из «экологического бремени» в «стратегический резервуар водных ресурсов». Рекуперационная вода системы может безопасно использоваться для сельскохозяйственного орошения или пополнения водоносных горизонтов, предлагая решение структурного конфликта между горнодобывающей промышленностью и сельским хозяйством за воду по принципу «из шахты — обратно в природу».

Извлечение ценных металлов и повышение ценности ресурсов

Способность системы SolArsenic к селективной адсорбции ценных металлов, таких как молибден, марганец, медь и железо, превращает воду хвостохранилищ из «сточных вод, требующих очистки» в «жидкое месторождение, ожидающее разработки». Эта добавленная стоимость может значительно снизить общие эксплуатационные расходы системы очистки воды.

Парадигма циркулярной экономики: дизайн «нулевых отходов» на всём протяжении процесса

От поступления концентрата нанофильтрации на дальнейшую обработку в SolArsenic, до превращения остатков биореактора в компост для ремедиации хвостохранилищ и регенерации наноадсорбционных материалов — система на уровне проектирования обеспечивает минимизацию отходов и ресурсную утилизацию побочных продуктов на всём протяжении процесса. Эта концепция дизайна, при которой «сам процесс обработки не создаёт вторичного загрязнения», устанавливает новый стандарт для экологического управления в горнодобывающей промышленности.

Воспроизводимость: универсальное технологическое решение для хвостохранилищ по всему миру

Чили занимает третье место в мире по количеству хвостохранилищ, а горнодобывающая промышленность по всему миру сталкивается с общими проблемами обработки воды из хвостохранилищ. Разработанная AMTC трёхуровневая интегрированная система, благодаря своей модульной конструкции и адаптивности к различному качеству воды хвостохранилищ, обладает технологическим потенциалом для экспорта в такие горнодобывающие страны, как Перу, Австралия, ЮАР и другие.

Переписывая «экологический баланс» хвостохранилищ

Доктор Андрейна Гарсия, руководитель проекта AMTC, заявила: «Основная задача этого проекта — доказать, что обработка химически сложной воды из хвостохранилищ с помощью устойчивых, интегрированных процессов возможна. Мы стремимся рекуперировать водные ресурсы, доводя их до качества, пригодного для повторного использования в сельском хозяйстве или безопасного сброса в водоносные горизонты, тем самым внося вклад в более циркулярную горнодобывающую промышленность с меньшим экологическим следом».

Когда хвостохранилища перестают быть просто «экологическим бременем» для складирования пустой породы, а становятся «ресурсным комплексом», способным одновременно производить чистую воду, ценные металлы и материалы для экологической ремедиации, путь устойчивого развития мировой горнодобывающей промышленности будет полностью переписан.