معالجة السيانيد في مخلفات مناجم الذهب باستخدام كبريتات الحديدوز

المقدمة

غالبًا ما تحتوي مخلفات مناجم الذهب على مستويات عالية من السيانيد، وهو شديد السمية ويشكل تهديدًا كبيرًا للبيئة وصحة الإنسان. قد يؤدي التخلص غير السليم من هذه المخلفات إلى تلوث التربة ومصادر المياه والهواء. لذلك، تُعدّ طرق المعالجة الفعالة لإزالة السيانيد من مخلفات مناجم الذهب حاسمة. من بين خيارات العلاج المختلفة، كبريتات الحديدوز برز ككاشف شائع الاستخدام وفعّال من حيث التكلفة. ستتناول هذه المقالة استخدام كبريتات الحديدوز لمعالجة السيانيد في مخلفات مناجم الذهب، مع تغطية جوانب مثل آليات التفاعل، وظروف التشغيل، والتطبيقات العملية، والمزايا.

آليات التفاعل

تكوين معقدات الفيروسيانيد

تحتوي كبريتات الحديدوز (FeSO₄) على أيونات الحديدوز (Fe²⁺). عند إضافة كبريتات الحديدوز إلى مخلفات مناجم الذهب المحتوية على السيانيد، تتفاعل أيونات الحديدوز مع أيونات السيانيد الحرة (CN⁻) الموجودة فيها. التفاعل الأساسي هو تكوين معقدات فيروسيانيد، والتي يمكن تمثيلها بالمعادلة الكيميائية: Fe²⁺ + 6CN⁻ → Fe(CN)₆⁴⁻. هذا التفاعل هو الخطوة الأولى في عملية استخدام كبريتات الحديدوز لمعالجة المخلفات المحتوية على السيانيد.

جيل من البروسي الأزرق

في ظل ظروف معينة، عند إضافة كمية زائدة من كبريتات الحديدوز إلى المحلول المحتوي على السيانيد، يحدث تفاعل إضافي. يتحول السيانيد إلى راسب غير قابل للذوبان يُعرف باسم فيروسيانيد الحديديك، والذي يُعرف عادةً باسم الأزرق البروسي. التفاعل الكيميائي لتكوين الأزرق البروسي معقد، ويمكن تبسيطه كما يلي: بعد تكوين معقدات فيروسيانيد، تتفاعل أيونات حديدوز إضافية مع Fe(CN)₆⁴⁻ لتكوين Fe₄(Fe(CN)₆)₃. هذا الراسب غير القابل للذوبان مفيد لأنه يقلل بفعالية من تركيز السيانيد الحر في المخلفات، مما يجعلها أقل سمية.

مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن التفاعل ليس دائمًا مباشرًا. يمكن أن يوجد الأزرق البروسي بأشكال مختلفة في ظل ظروف محلول متنوعة. أحد هذه الأشكال هو "الأزرق البروسي القابل للذوبان"، والممثل بـ MFeⅢ(FeⅡ(CN)₆) (M = K أو Na)، والذي يُشكل محلولًا غروانيًا مع الماء. بالإضافة إلى ذلك، تلعب تفاعلات الترسيب والأكسدة التي تتضمن هيدروكسيد الحديدوز دورًا في العملية الكلية.

شروط التشغيل

قيمه الحامضيه

تؤثر قيمة الرقم الهيدروجيني للمحلول بشكل كبير على تفاعل كبريتات الحديدوز مع السيانيد. يتراوح نطاق الرقم الهيدروجيني الأمثل للتفاعل عادةً بين 5.5 و6.5. في هذا النطاق، يكون التفاعل بين أيونات الحديدوز والسيانيد هو الأسرع والأكثر شمولاً. عندما يكون الرقم الهيدروجيني منخفضًا جدًا (أقل من 4)، تصبح أيونات الفيروسيانيد غير مستقرة. يمكن أن تتفاعل لتكوين معقدات بنتاسيانو - حديد (II) (Fe(CN)₅H₂O)³⁻، والتي تتأكسد بسرعة بعد ذلك إلى أيونات الفيروسيانيد (Fe(CN)₆³⁻). من ناحية أخرى، عندما يكون الرقم الهيدروجيني أعلى من 7، يمكن أن يتحلل الأزرق البروسي غير القابل للذوبان، مكونًا أيونات الفيروسيانيد وأكاسيد الحديد غير القابلة للذوبان المختلفة، وهو أمر غير مناسب لإزالة السيانيد.

جرعة كبريتات الحديدوز

يجب التحكم بجرعة كبريتات الحديدوز بدقة. يجب تحديدها بناءً على محتوى السيانيد في مخلفات التعدين وجودة المياه. إذا كانت الجرعة منخفضة جدًا، فقد لا يكون من الممكن إزالة السيانيد تمامًا. وعلى العكس، إذا كانت الجرعة مرتفعة جدًا، فلن تتسبب في هدر فحسب، بل قد تُدخل أيضًا ملوثات جديدة. من خلال التجارب، وُجد أن النسبة المولية المثلى للحديد إلى CN⁻ هي 0.5. تضمن هذه النسبة إزالة السيانيد بكفاءة مع تقليل استخدام كبريتات الحديدوز.

وقت الخلط والترسيب

يُعدّ الخلط الجيد ضروريًا لضمان تلامس أيونات الحديدوز والسيانيد وتفاعلهما بشكل كامل. يسمح وقت الخلط الكافي بتوزيع أكثر تجانسًا للمواد المتفاعلة في المحلول، مما يعزز معدل التفاعل. بعد التفاعل، يلزم وقت ترسيب مناسب. يُعدّ هذا الوقت مفيدًا لتكوين رواسب مستقرة وتقليل تركيز السيانيد في النفايات السائلة. قد تختلف أوقات الخلط والترسيب المحددة تبعًا للحالة الفعلية، مثل تركيز السيانيد في المخلفات والمعدات المستخدمة في المعالجة.

التطبيقات العملية

دراسة حالة لمشروع معالجة مخلفات مناجم الذهب

في مشروع معالجة مخلفات منجم ذهب، تم اعتماد عملية مشتركة تجمع بين كبريتات الحديدوز والجير. أولًا، أُضيفت كمية مناسبة من الجير إلى مياه المخلفات لضبط الرقم الهيدروجيني (pH) إلى النطاق المناسب (عادةً ما بين 5.5 و6.5). تُساعد هذه الخطوة على تعزيز تحويل السيانيد وترسيبه. بعد ذلك، أُضيفت كبريتات الحديدوز إلى الماء، وبالتحريك، تفاعلت أيونات الحديدوز تمامًا مع السيانيد لتكوين اللون الأزرق البروسي ورواسب أخرى. أخيرًا، بعد خطوات الترسيب والترشيح، تم الحصول على مياه الصرف النقية. وقد استوفت المخلفات المعالجة المعايير البيئية ذات الصلة، مما قلل بشكل كبير من المخاطر البيئية.

الجمع مع الكواشف الأخرى

تُستخدم كبريتات الحديدوز غالبًا مع كواشف أخرى لتحسين فعالية المعالجة. على سبيل المثال، تُستخدم عادةً مع مُرَكِّبات عالية الجزيئات مثل بولي أكريلاميد. يُعزز بولي أكريلاميد تراكم الرواسب، مما يزيد من كفاءة عملية الترسيب. لا تقتصر هذه المعالجة المُركَّبة على إزالة المواد الضارة من المخلفات بفعالية فحسب، بل تُقلِّل أيضًا من تكلفة المعالجة وتُحسِّن كفاءتها. من خلال تحسين جرعات الكواشف المختلفة وتسلسل إضافتها، يُمكن تحقيق نتائج معالجة أفضل.

مزايا استخدام كبريتات الحديدوز

فعالية التكلفة

كبريتات الحديدوز غير مكلفة نسبيًا مقارنةً ببعض الكواشف الأخرى المستخدمة في معالجة السيانيد. وتوافرها الواسع في السوق يجعلها خيارًا جذابًا لشركات تعدين الذهب. ويمكن أن يُخفّض استخدام كبريتات الحديدوز تكلفة معالجة المخلفات بشكل كبير، خاصةً في مناجم الذهب الكبيرة التي تُنتج كميات كبيرة منها. وتُعدّ هذه الفعالية من حيث التكلفة أمرًا بالغ الأهمية لاستدامة تشغيل شركات تعدين الذهب.

عملية العلاج المبسطة

عملية المعالجة باستخدام كبريتات الحديدوز بسيطة نسبيًا. بعد إضافة كبريتات الحديدوز إلى مخلفات المعالجة وضبط ظروف التفاعل المناسبة، تكون خطوات الفصل والترسيب اللاحقة سهلة نسبيًا. في بعض الحالات، لا تتطلب مياه الصرف المعالجة بكبريتات الحديدوز خطوات فصل أولية معقدة قبل الانتقال إلى عملية المعالجة التالية، مما يوفر وحدات التفاعل ويُبسط عملية المعالجة ككل. كما تُسهّل هذه البساطة على المشغلين التحكم في عملية المعالجة وإدارتها.

التحديات وآفاق المستقبل

التأثير البيئي للمنتجات الثانوية

على الرغم من أن معالجة كبريتات الحديدوز تُزيل السيانيد بفعالية من مخلفات مناجم الذهب، إلا أن النواتج الثانوية الناتجة عن العملية، مثل بعض الرواسب المحتوية على الحديد، قد يكون لها أيضًا آثار بيئية محتملة. على سبيل المثال، إذا لم يتم التخلص منها بشكل صحيح، فقد تُطلق هذه الرواسب أيونات الحديد أو مواد أخرى في البيئة مع مرور الوقت. هناك حاجة إلى أبحاث مستقبلية لاستكشاف طرق أكثر فعالية للتعامل مع هذه النواتج الثانوية لتقليل أثرها البيئي.

تحسين ظروف المعالجة للمخلفات المختلفة

تختلف مخلفات مناجم الذهب اختلافًا كبيرًا في تركيبها وخصائصها من منجم لآخر. قد تحتاج ظروف المعالجة المثلى الحالية لكبريتات الحديدوز، مثل قيمة الرقم الهيدروجيني والجرعة وزمن التفاعل، إلى مزيد من التحسين لتناسب أنواعًا مختلفة من المخلفات. ويلزم إجراء بحوث أكثر تعمقًا لتطوير عملية معالجة أكثر مرونة وقابلية للتكيف، يمكن تطبيقها على مجموعة أوسع من مخلفات مناجم الذهب، مما يُحسّن الكفاءة والفعالية الإجمالية لمعالجة السيانيد.

في الختام، تُعدّ كبريتات الحديدوز كاشفًا قيّمًا لمعالجة السيانيد في مخلفات مناجم الذهب. ومن خلال فهم آليات تفاعلها، وتحسين ظروف التشغيل، واستكشاف تطبيقاتها العملية، يُمكن أن تلعب دورًا حاسمًا في الحد من الأثر البيئي لأنشطة تعدين الذهب. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى البحث والتطوير المستمر لمواجهة التحديات المرتبطة بهذه الطريقة العلاجية، ولجعل صناعة تعدين الذهب أكثر استدامة.