طرق وعمليات إزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد

1. مقدمة

في مجال علم المعادن، وخاصة في استخلاص الذهب ومعالجة خامات الكبريتيد، يُشكل وجود السيانيد على سطح خامات الكبريتيد تحديًا كبيرًا. يُستخدم السيانيد على نطاق واسع في عملية استخلاص الذهب بالسيانيد نظرًا لقدرته على تكوين مركبات مع الذهب، مما يُسهل ذوبانه. مع ذلك، بعد عملية الاستخلاص، لا يؤدي السيانيد المتبقي على سطح خامات الكبريتيد في المخلفات إلى تلوث البيئة فحسب، بل يُعيق أيضًا عملية إثراء معادن الكبريتيد اللاحقة، مما يُقلل من معدل استخلاص المعادن الثمينة. لذلك، يُعد تطوير طرق فعالة لإزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد أمرًا بالغ الأهمية لمعالجة المعادن بشكل مستدام وحماية البيئة.

2. المشاكل الحالية المتعلقة بالسيانيد على أسطح خام الكبريتيد

2.1 التأثير البيئي

السيانيد مادة شديدة السمية. عند تصريف خامات الكبريتيد المحتوية على السيانيد الممتص سطحيًا في البيئة، يمكن أن يتسرب السيانيد تدريجيًا ويلوث التربة ومصادر المياه والهواء. حتى بتركيزات منخفضة، يمكن أن يكون السيانيد ضارًا للغاية بالكائنات المائية والنباتات وصحة الإنسان. على سبيل المثال، في بعض مناطق التعدين التي حدث فيها التخلص غير السليم من مخلفات التعدين المحتوية على السيانيد، أظهرت المسطحات المائية المجاورة انخفاضًا كبيرًا في محتوى الأكسجين المذاب، مما أدى إلى نفوق الأسماك وغيرها من الكائنات المائية.

2.2 تثبيط الاستفادة من معادن الكبريتيد

يمكن للسيانيد الممتص على سطح خامات الكبريتيد، مثل البيريت والكالكوبيريت والسفاليرايت، أن يُشكل طبقة تخميل على سطح المعدن. تُقلل هذه الطبقة من تفاعل معادن الكبريتيد أثناء عمليات التعويم اللاحقة أو عمليات التخصيب الأخرى. على سبيل المثال، في تعويم خامات الكبريتيد المحتوية على النحاس، يُمكن أن يُضعف وجود السيانيد على سطح الكالكوبيريت تفاعله مع المُجمّعات، مما يُصعّب فصل معادن النحاس عن معادن الشوائب بفعالية، مما يُقلل من درجة تركيز النحاس ومعدل استخلاصه.

3. طرق إزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد

3.1 طريقة تنشيط الحمض

3.1.1 المبدأ

تعتمد طريقة التنشيط الحمضي بشكل أساسي على تفاعل أحماض، مثل حمض الكبريتيك أو حمض الأكساليك، مع المركبات المحتوية على السيانيد على سطح خامات الكبريتيد. عند إضافة حمض، يُسبب تحلل معقدات السيانيد والمعادن. ونتيجةً لذلك، يتولد غاز سيانيد الهيدروجين. ولكن في عملية مُصممة جيدًا، يُمكن استعادة سيانيد الهيدروجين المتطاير هذا وإعادة استخدامه من خلال أنظمة امتصاص مناسبة.

3.1.2 خطوات العملية

1. تحضير لب الخام : أولاً، تُخلط مخلفات خام الكبريتيد مع السيانيد الممتص على السطح بالماء للحصول على لب خام متجانس. عادةً ما تُعدّل نسبة المواد الصلبة إلى السائلة في لب الخام بناءً على خصائص الخام ومتطلبات العملية المحددة، وعادةً ما تكون ضمن نطاق 1:2 إلى 1:5.

2. إضافة الحمض : يُضاف حمض الكبريتيك أو حمض الأكساليك ببطء إلى لب الخام مع التحريك المستمر. يجب التحكم بدقة في كمية الحمض المضاف وفقًا لمحتوى السيانيد في لب الخام. عادةً ما يتم ضبط درجة حموضة لب الخام بين 2 و4، ويجب مراقبة درجة الحموضة باستمرار باستخدام مقياس الحموضة أثناء عملية الإضافة.

3. التفاعل ومعالجة الغاز : بعد إضافة الحمض، يُترك التفاعل لمدة تتراوح بين ساعة وثلاث ساعات. خلال هذه الفترة، يُنتج غاز سيانيد الهيدروجين. ولمنع هذا الغاز من تلويث البيئة، يُنشأ نظام لجمع الغاز ومعالجته. يُوجّه غاز سيانيد الهيدروجين الناتج إلى برج امتصاص مملوء بمحلول قلوي، مثل محلول هيدروكسيد الصوديوم. هنا، يتفاعل سيانيد الهيدروجين مع هيدروكسيد الصوديوم، ويمكن إعادة تدوير محلول سيانيد الصوديوم المُستخلص إلى عملية السيانيد إذا كانت جودته مطابقة للمواصفات.

3.1.3 مزايا وعيوب

• المزايا : هذه الطريقة بسيطة نسبياً من حيث المبدأ والتطبيق. فهي قادرة على تفكيك المركبات المحتوية على السيانيد الموجودة على سطح خامات الكبريتيد بكفاءة، ولديها القدرة على إعادة تدوير السيانيد، مما يقلل التكلفة الإجمالية لاستخدامه في عملية التعدين.

• العيوب : تنطوي هذه الطريقة على مخاطر جسيمة تتعلق بالسلامة. فغاز سيانيد الهيدروجين شديد السمية، وأي تسرب أثناء التفاعل قد يُلحق ضرراً بالغاً بالمشغلين والبيئة. إضافةً إلى ذلك، فإن الأحماض المستخدمة في هذه الطريقة أكالة، مما قد يُلحق الضرر بالمعدات وخطوط الأنابيب، ويزيد من تكاليف الصيانة، ويُقصر من عمر المعدات.

3.2 طريقة تنشيط المؤكسد

3.2.1 المبدأ

تُستخدم المؤكسدات مثل بيروكسيد الهيدروجين وبرمنجنات البوتاسيوم والأوزون لأكسدة السيانيد الموجود على سطح خامات الكبريتيد. تعمل هذه المؤكسدات على كسر الروابط الكيميائية لمركبات السيانيد، محولةً إياه إلى مواد غير سامة نسبيًا مثل غاز النيتروجين والكربونات.

3.2.2 خطوات العملية

1. تحضير لب الخام : على غرار طريقة التنشيط الحمضي، يتم تحضير مخلفات خام الكبريتيد في لب خام بنسبة مناسبة من المواد الصلبة إلى السائلة.

2. إضافة المؤكسد : أضف المؤكسد المختار إلى لب الخام. تعتمد كمية المؤكسد المضاف على محتوى السيانيد في لب الخام وقدرة المؤكسد على الأكسدة. على سبيل المثال، عند استخدام بيروكسيد الهيدروجين، تكون الجرعة عادةً من 1 إلى 5 كيلوغرامات لكل طن من لب الخام، بينما يُضاف برمنجنات البوتاسيوم عادةً من 0.5 إلى 2 كيلوغرام لكل طن من لب الخام. يجب أن تتم الإضافة ببطء مع التحريك المستمر لضمان التجانس.

3. التفاعل والمراقبة : اترك المؤكسد يتفاعل مع السيانيد الموجود في لب الخام لمدة تتراوح بين ساعتين وأربع ساعات. خلال التفاعل، راقب جهد الأكسدة والاختزال ومحتوى السيانيد في لب الخام. تعكس قيمة جهد الأكسدة والاختزال مدى تقدم تفاعل الأكسدة. عندما تستقر القيمة ويصبح محتوى السيانيد في لب الخام مطابقًا للمعيار المطلوب (عادةً أقل من 0.5 ملغم/لتر)، يُعتبر التفاعل قد اكتمل.

3.2.3 مزايا وعيوب

• المزايا : لا تُنتج هذه الطريقة غازات سامة ومتطايرة مثل طريقة التنشيط الحمضي، مما يجعلها أكثر أمانًا لبيئة العمل. كما أنها قادرة على أكسدة السيانيد وتحليله بكفاءة، محققةً بذلك هدف إزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد. علاوة على ذلك، فإن نواتج التفاعل صديقة للبيئة نسبيًا.

• العيوب : تكلفة المؤكسدات مرتفعة نسبيًا، لا سيما المؤكسدات القوية كالأوزون، مما يزيد من تكلفة معالجة خامات الكبريتيد. إضافةً إلى ذلك، يتأثر تفاعل الأكسدة بسهولة بعوامل مثل درجة حموضة لب الخام، ودرجة الحرارة، ووجود شوائب أخرى، مما يستلزم تحكمًا دقيقًا في ظروف التفاعل.

3.3 طريقة ملح النحاس

3.3.1 المبدأ

تُضاف أملاح النحاس، مثل كبريتات النحاس، إلى لب خام الكبريتيد مع السيانيد الممتص سطحيًا. تتفاعل أيونات النحاس مع السيانيد لتكوين معقدات نحاس-سيانيد غير قابلة للذوبان. يمكن بعد ذلك فصل هذه المعقدات عن لب الخام بطرق فصل المواد الصلبة والسائلة، مما يُؤدي إلى إزالة السيانيد.

3.3.2 خطوات العملية

1. تحضير لب الخام : تحضير مخلفات خام الكبريتيد إلى لب خام بنسبة مناسبة بين المواد الصلبة والسائلة.

2. إضافة ملح النحاس : تُضاف كمية مناسبة من كبريتات النحاس إلى لب الخام. وتُحدد كمية كبريتات النحاس المضافة بناءً على محتوى السيانيد في لب الخام، وعادةً ما تكون النسبة المولية لأيونات النحاس إلى أيونات السيانيد من 1 إلى 2:1. تُضاف كبريتات النحاس عادةً على شكل محلول مائي، ويجب أن تُصاحب عملية الإضافة تحريكًا مستمرًا لضمان التوزيع المتجانس لأيونات النحاس في لب الخام.

3. التفاعل وفصل المواد الصلبة عن السائلة : بعد إضافة ملح النحاس، يُترك التفاعل لمدة ساعة إلى ساعتين. ثم يُجرى فصل المواد الصلبة عن السائلة في لب الخام باستخدام طرق مثل الترشيح أو الترسيب. تحتوي المادة الصلبة المفصولة على رواسب سيانيد النحاس ومعادن الكبريتيد، بينما يمكن معالجة السائل المفصول بشكل إضافي ليتوافق مع معايير التصريف أو إعادة تدويره لأغراض أخرى.

3.3.3 مزايا وعيوب

• المزايا : تُزيل هذه الطريقة السيانيد بكفاءة من سطح خامات الكبريتيد عن طريق تكوين رواسب غير قابلة للذوبان. وتتميز عملية التشغيل بالبساطة النسبية، كما أن كبريتات النحاس مادة كيميائية شائعة ورخيصة الثمن، مما يوفر مزايا اقتصادية.

• العيوب : قد يؤدي إضافة أملاح النحاس إلى إدخال شوائب نحاسية إلى لب الخام، مما قد يؤثر على عملية استخلاص المعادن الكبريتية لاحقًا. على سبيل المثال، في عملية تعويم خامات كبريتيد الرصاص والزنك، قد تؤدي أيونات النحاس الزائدة إلى تنشيط معدن السفاليريت، مما يعيق فصل معادن الرصاص والزنك. إضافةً إلى ذلك، يجب التخلص من رواسب سيانيد النحاس المفصولة بطريقة سليمة لمنع التلوث الثانوي.

3.4 طريقة جديدة للكواشف المركبة

3.4.1 المبدأ

تُستخدم بعض الكواشف المركبة المُطوّرة حديثًا، مثل مزيج من بولي سلفيدات وميتابيسلفيت الصوديوم. تتفاعل بولي سلفيدات مع المكونات المحتوية على الكبريت في المركبات المحتوية على السيانيد على سطح خامات الكبريتيد، بينما يُحسّن ميتابيسلفيت الصوديوم جهد الأكسدة والاختزال في النظام، ويُعزز تحلل السيانيد، مما يُسهّل إزالته.

3.4.2 خطوات العملية

1. تحضير لب الخام : تحضير مخلفات خام الكبريتيد وتحويلها إلى لب خام.

2. إضافة الكاشف المركب : يُضاف الكاشف المركب المكون من متعددات الكبريتيد وميتابيسلفيت الصوديوم إلى لب الخام. وتكون النسبة الوزنية لمتعددات الكبريتيد إلى ميتابيسلفيت الصوديوم عادةً 1:1. وتُحدد كمية الكاشف المركب المضاف بناءً على محتوى السيانيد في لب الخام وطبيعة خام الكبريتيد، وتتراوح عمومًا بين 0.5 و2 كيلوغرام لكل طن من لب الخام.

3. التفاعل والمراقبة : بعد إضافة الكاشف المركب، يُترك التفاعل لمدة تتراوح بين ساعة وثلاث ساعات. خلال التفاعل، تُراقَب نسبة السيانيد والمعايير الكيميائية ذات الصلة، مثل جهد الأكسدة والاختزال وقيمة الرقم الهيدروجيني، في لب الخام. تُعدّل ظروف التفاعل فورًا وفقًا لنتائج المراقبة لضمان الإزالة الكاملة للسيانيد.

3.4.3 مزايا وعيوب

• المزايا : تتميز هذه الطريقة بقدرة عالية على التكيف مع أنواع مختلفة من خامات الكبريتيد. يعمل الكاشف المركب بتناغم لإزالة السيانيد بفعالية من سطح خامات الكبريتيد. وبالمقارنة مع طرق استخدام كاشف واحد، قد توفر هذه الطريقة كفاءة إزالة أفضل وتأثيرًا أقل على عمليات استخلاص معادن الكبريتيد اللاحقة.

• العيوب : يُعدّ تطوير وإنتاج الكواشف المركبة عملية معقدة نسبياً، وقد تكون تكلفتها أعلى من بعض الطرق التقليدية التي تعتمد على كاشف واحد. علاوة على ذلك، لم تُفهم آلية التفاعل المحددة للكواشف المركبة فهماً كاملاً بعد، مما قد يُؤدي إلى بعض الشكوك في التطبيقات الصناعية الفعلية.

4. تحسين العمليات والاعتبارات

4.1 المعالجة المسبقة للخامات

قبل استخدام أيٍّ من الطرق المذكورة أعلاه لإزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد، غالبًا ما تكون المعالجة المسبقة المناسبة للخام ضرورية. على سبيل المثال، إذا احتوت مخلفات خام الكبريتيد على كمية كبيرة من معادن الشوائب الدقيقة الحبيبات، فيمكن إجراء عمليات غربلة أو تصنيف مسبقة لإزالة الكسور الدقيقة الحبيبات التي يصعب معالجتها. هذا من شأنه أن يعزز كفاءة التلامس بين الكاشف ومعادن الكبريتيد مع السيانيد الممتص على السطح، ويقلل من تأثير معادن الشوائب على عملية التفاعل.

4.2 التحكم في ظروف التفاعل

• قيمة الرقم الهيدروجيني : تؤثر قيمة الرقم الهيدروجيني لعجينة الخام بشكل كبير على عملية التفاعل. تتطلب طريقة التنشيط الحمضي درجة حموضة منخفضة لتعزيز تحلل المركبات المحتوية على السيانيد، بينما تتطلب طريقة التنشيط المؤكسد وطريقة ملح النحاس الحفاظ على نطاق مناسب من الرقم الهيدروجيني. على سبيل المثال، عند استخدام بيروكسيد الهيدروجين كمؤكسد، تكون قيمة الرقم الهيدروجيني المثلى لعجينة الخام عادةً بين 8 و10، وعند استخدام كبريتات النحاس، يتم ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني لعجينة الخام عمومًا بين 6 و8.

• درجة الحرارة : تؤثر درجة حرارة التفاعل أيضًا على معدل التفاعل وكفاءته. عمومًا، يمكن لزيادة درجة الحرارة تسريع معدل التفاعل. مع ذلك، في بعض التفاعلات، مثل أكسدة السيانيد بواسطة بيروكسيد الهيدروجين، قد تؤدي درجة الحرارة المرتفعة جدًا إلى تحلل المؤكسد، مما يقلل من كفاءة الأكسدة. لذلك، يجب ضبط درجة حرارة التفاعل وفقًا لنظام التفاعل المحدد، وعادةً ما تكون ضمن نطاق 20-40 درجة مئوية.

• شدة التحريك : يُعدّ التحريك الكافي ضروريًا لضمان التوزيع المتجانس للمواد الكيميائية في لبّ الخام، وزيادة احتمالية التلامس بين المادة الكيميائية والمواد المحتوية على السيانيد على سطح خامات الكبريتيد. مع ذلك، قد يؤدي التحريك المفرط إلى استهلاك غير ضروري للطاقة وتآكل المعدات. لذا، ينبغي تحديد شدة التحريك المناسبة من خلال البحث التجريبي والخبرة العملية في الإنتاج.

4.3 فصل المواد الصلبة عن السائلة ومعالجة مياه الصرف الصحي

بعد تفاعل إزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد، يلزم فصل المواد الصلبة عن السائلة بكفاءة لفصل معادن الكبريتيد المعالجة عن محلول التفاعل. تشمل طرق الفصل الشائعة الترشيح والترسيب والطرد المركزي. عادةً ما تحتوي مياه الصرف الصحي المفصولة على بعض بقايا السيانيد وشوائب أخرى، والتي تحتاج إلى مزيد من المعالجة لتلبية معايير التصريف. تشمل عمليات معالجة مياه الصرف الصحي طرقًا مثل الأكسدة الإضافية والامتصاص والمعالجة البيولوجية.

5. دراسات الحالة

5.1 تطبيق طريقة التنشيط الحمضي في منجم الذهب

في منجم ذهب معين، بعد عملية الاستخلاص بالسيانيد، احتوت مخلفات خام الكبريتيد على كمية معينة من السيانيد الممتز على السطح. استخدم المنجم طريقة التنشيط الحمضي للمعالجة. أولاً، تم تحويل المخلفات إلى لب خام بنسبة صلبة إلى سائلة تبلغ 1:3. ثم، تمت إضافة حمض الكبريتيك لضبط قيمة الرقم الهيدروجيني لللب الخام إلى 3. بعد التفاعل لمدة ساعتين، تم جمع غاز سيانيد الهيدروجين الناتج وامتصاصه بواسطة محلول هيدروكسيد الصوديوم. بعد المعالجة، انخفض محتوى السيانيد في لب الخام من 2 ملغم/لتر إلى أقل من 5 ملغم/لتر، وزاد معدل استرداد معادن الكبريتيد بالتعويم اللاحق بنحو 0.5٪. ومع ذلك، أثناء العملية، شكل تسرب غاز سيانيد الهيدروجين مخاطر على السلامة في موقع التشغيل، وعانت خطوط أنابيب المعدات من تآكل شديد نسبيًا.

5.2 طريقة تنشيط المؤكسد في منجم خام الكبريتيد متعدد المعادن

استخدم منجم خام كبريتيد متعدد المعادن بيروكسيد الهيدروجين كعامل مؤكسد لإزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد. عُدِّلت قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) للب الخام أولًا إلى 9، ثم أُضيف بيروكسيد الهيدروجين بجرعة 3 كجم لكل طن من لب الخام. بعد تفاعل دام 3 ساعات، انخفض محتوى السيانيد في لب الخام إلى مستوى منخفض جدًا. لم تتأثر عملية استخلاص معادن النحاس والرصاص وكبريتيد الزنك اللاحقة بالسيانيد المتبقي، وتحسن معدل استخلاص المعدن الإجمالي. مع ذلك، أدى ارتفاع تكلفة بيروكسيد الهيدروجين إلى زيادة تكلفة معالجة الخام بنحو 5 دولارات للطن.

6. اختتام

تُعد إزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد مهمةً بالغة الأهمية في مجال معالجة المعادن. ولكلٍّ من طرق التنشيط الحمضي، وتنشيط المؤكسد، وملح النحاس، وكواشف المركبات الجديدة مزاياها وعيوبها. في التطبيقات الصناعية الفعلية، من الضروري دراسة عوامل شاملة، مثل طبيعة خامات الكبريتيد، ومتطلبات حماية البيئة، والتكاليف الاقتصادية، لاختيار الطريقة الأنسب. وفي الوقت نفسه، من خلال تحسين ظروف العملية، والمعالجة المسبقة للخامات، والإدارة السليمة لفصل المواد الصلبة عن السائلة، ومعالجة مياه الصرف الصحي، يمكن تعزيز كفاءة إزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد، مما يحقق أهداف استعادة الموارد وحماية البيئة.