طرق وعمليات إزالة السيانيد من أسطح المعادن الكبريتيدية

المقدمة

في الاستفادة و صهر عمليات خامات كبريتيد المعادن غير الحديدية، السيانيد تُستخدم غالبًا لزيادة معدلات استرداد المعادن. ومع ذلك، السيانيد إن تراكم السيانيد على سطح خامات الكبريتيد لا يؤثر سلبًا على تدفقات العمليات اللاحقة فحسب، بل يُسبب أيضًا مشاكل بيئية خطيرة. لذلك، يُعد تطوير أساليب فعّالة وصديقة للبيئة لإزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد أمرًا ذا أهمية عملية بالغة.

الوضع الحالي ومخاطر بقايا السيانيد على أسطح المعادن الكبريتيدية

الوضع الراهن

في عملية التعويم التقليدية لخامات الكبريتيد، يُستخدم السيانيد على نطاق واسع كمثبط. إذ يمكنه تثبيط بعض المعادن غير المرغوب فيها في خامات الكبريتيد بشكل انتقائي، مما يُمكّن من فصل المعادن المستهدفة عن معادن الشوائب. ولكن بعد التعويم، تُمتص كمية كبيرة من السيانيد على سطح خامات الكبريتيد. ووفقًا لأبحاث ذات صلة، قد يصل محتوى السيانيد على سطح مُركّزات خام الكبريتيد بعد التعويم في بعض أجهزة التركيز إلى مئات المليغرامات لكل كيلوغرام.

المخاطر

من الناحية التكنولوجية، سيؤثر السيانيد المتبقي على عملية الصهر اللاحقة. على سبيل المثال، أثناء صهر خامات كبريتيد النحاس، يُشكل السيانيد مُركّبات مع النحاس، مما يُقلل من كفاءة صهره ويزيد من استهلاك الطاقة. من الناحية البيئية، يُعد السيانيد مادة شديدة السمية. عند تصريف مياه الصرف الصحي من مخلفات التعدين المحتوية على السيانيد في البيئة الطبيعية، فإنها تُلوّث المسطحات المائية والتربة، وتُعرّض الكائنات المائية والنباتات المحيطة للخطر، بل وتُشكّل خطرًا على صحة الإنسان عبر السلسلة الغذائية.

طرق إزالة السيانيد من أسطح المعادن الكبريتيدية

طريقة الأكسدة

1. طريقة الأكسدة الكيميائية

• المبدأ: تُستخدم مؤكسدات قوية لأكسدة السيانيد إلى مواد أقل سمية أو غير سامة. من المؤكسدات الشائعة بيروكسيد الهيدروجين (H2O2)، وهيبوكلوريت الصوديوم (NaClO)، إلخ. بأخذ بيروكسيد الهيدروجين كمثال، تكون معادلة تفاعله: (2CN+5H2O2 = 2HCO3 + N2↑+4H2O).

• سير العمليةأولاً، ضع لب خام الكبريتيد المحتوي على السيانيد في خزان تفاعل، واضبط قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) لللب إلى النطاق المناسب (عادةً، لأكسدة بيروكسيد الهيدروجين، يُفضل أن تكون قيمة الرقم الهيدروجيني بين 9 و11). ثم أضف محلول بيروكسيد الهيدروجين ببطء مع التحريك حتى يلامس المؤكسد اللب تمامًا ويتفاعل معه. يتراوح زمن التفاعل عادةً بين ساعة وثلاث ساعات، ويعتمد هذا الزمن على تركيز السيانيد في اللب وخصائص الخام.

• المزايا:سرعة التفاعل سريعة نسبيًا، وتأثير إزالة السيانيد جيد، مما يمكن أن يقلل تركيز السيانيد إلى مستوى منخفض نسبيًا.

• عيوب:تعتبر المؤكسدات مثل بيروكسيد الهيدروجين مكلفة نسبيًا، وقد يكون للمؤكسدات الزائدة تأثير على عمليات الاستفادة أو الصهر اللاحقة.

طريقة الامتزاز

1. طريقة امتصاص الكربون المنشط

• مبدأ:يحتوي الكربون المنشط على مساحة سطحية كبيرة وتركيبات مسامية غنية، مما يمكنه من امتصاص السيانيد على سطحه من خلال الامتصاص الفيزيائي والكيميائي.

• سير العمليةيُضاف الكربون المنشط إلى لب خام الكبريتيد المحتوي على السيانيد، ويُحرَّك جيدًا حتى يلامس الكربون المنشط السيانيد الموجود في اللب تمامًا. تتراوح مدة الامتصاص عادةً بين 30 دقيقة وساعتين. بعد الامتصاص، يُفصل الكربون المنشط عن اللب بالترشيح أو بأي وسيلة أخرى.

• المزايا:عملية بسيطة، ولها تأثير امتصاص جيد للسيانيد منخفض التركيز. يمكن تجديد الكربون المنشط وإعادة استخدامه.

• عيوب:بالنسبة للسيانيد عالي التركيز، تكون قدرة الامتصاص محدودة، والمعالجة غير السليمة للكربون النشط الممتص ستسبب تلوثًا ثانويًا.

2. طريقة الامتزاز باستخدام راتنج التبادل الأيوني

• مبدأتحتوي راتنجات التبادل الأيوني على مجموعات وظيفية محددة يمكنها التبادل مع الأيونات الموجودة في السيانيد، وبالتالي امتصاص السيانيد على الراتنج.

• سير العمليةحمّل راتنج التبادل الأيوني في عمود تبادل، ثم مرر لب خام الكبريتيد المحتوي على السيانيد عبره. تحكّم في معدل تدفق اللب لضمان تبادل السيانيد بالكامل مع الراتنج. عند تشبع الراتنج بالامتصاص، استخدم مُذيبًا خاصًا لإخراج الراتنج وتجديده.

• المزايا:يتمتع بقدرة عالية على امتصاص السيانيد ويمكنه تحقيق التشغيل المستمر.

• عيوب:تكلفة الراتينج مرتفعة، وعملية الاستخلاص معقدة نسبيًا، وقد ينتج عن ذلك سائل استخلاص يحتوي على السيانيد.

أساليب أخرى

1. طريقة تحييد الحمض والقاعدة

• مبدأفي ظل ظروف معينة، يخضع السيانيد لتفاعلات تحلل مائي في بيئات حمضية أو قلوية لإنتاج مواد أقل سمية أو غير سامة. على سبيل المثال، في بيئة حمضية، يتفاعل السيانيد مع أيونات الهيدروجين لتكوين حمض الهيدروسيانيك (HCN)، والذي يمكن إزالته بالتطاير؛ أما في بيئة قلوية، فيتحلل السيانيد مائيًا لتكوين السيانات ومواد أخرى.

• سير العمليةفي حال اعتماد التحلل المائي الحمضي، تُضاف ببطء محاليل حمضية، مثل حمض الكبريتيك المخفف، إلى لب خام الكبريتيد المحتوي على السيانيد، مع ضبط الرقم الهيدروجيني (pH) إلى 2-4، ثم تُهوى لتطاير حمض الهيدروسيانيك الناتج. أما في حال اعتماد التحلل المائي القلوي، فتُضاف مواد قلوية، مثل هيدروكسيد الصوديوم، مع ضبط الرقم الهيدروجيني (pH) إلى 10-12، ثم تُترك لتتفاعل لفترة زمنية محددة (عادةً من 2 إلى 4 ساعات).

• المزايا:التكلفة منخفضة نسبيًا، والتشغيل بسيط نسبيًا.

• عيوب:حمض الهيدروسيانيك الناتج أثناء التحلل المائي الحمضي سام للغاية ويتطلب تدابير حماية صارمة؛ تكون سرعة تفاعل التحلل المائي القلوي بطيئة، ولا يزال من الممكن أن تبقى كمية صغيرة من بقايا السيانيد بعد المعالجة.

تصميم سير العملية لإزالة السيانيد من أسطح المعادن الكبريتيدية

مرحلة المعالجة المسبقة

1. تعديل اللب: اضبط تركيز خام الكبريتيد في لب الورق بعد التعويم. عادةً، يُضبط تركيز اللب بين ٢٠٪ و٤٠٪ للمعالجة اللاحقة. في الوقت نفسه، يُحدد تركيز السيانيد الأولي في اللب لتوفير أساس لتحديد معايير العملية اللاحقة.

2. إزالة النجاسة:إزالة الشوائب ذات الجسيمات الكبيرة وبعض المواد الصلبة العالقة في اللب عن طريق الترشيح والترسيب وما إلى ذلك، لمنعها من التدخل في عمليات المعالجة اللاحقة.

مرحلة الإزالة

1. اختيار الطريقة:اختر طريقة إزالة مناسبة وفقًا لعوامل مثل تركيز السيانيد في اللب، وخصائص الخام، وتكلفة المعالجة، ومتطلبات حماية البيئة. على سبيل المثال، في حالة السيانيد عالي التركيز والحالات التي لا تُشكل فيها التكلفة مشكلة، فإن المادة الكيميائية طريقة الأكسدة يمكن إعطاء الأولوية؛ بالنسبة للسيانيد منخفض التركيز والمناسبات الواعية بيئيًا، قد تكون طريقة الأكسدة البيولوجية أو طريقة الامتزاز أكثر ملاءمة.

2. التحكم في معلمة العملية:أخذ أكسدة بيروكسيد الهيدروجين في أكسدة كيميائية على سبيل المثال، يتم التحكم بشكل صارم في كمية بيروكسيد الهيدروجين المضافة (يتم حسابها عمومًا وفقًا لمعادلة تركيز السيانيد والتفاعل)، ودرجة حرارة التفاعل (عادةً 20 - 30 درجة مئوية)، وقيمة الرقم الهيدروجيني (9 - 11)، وسرعة التحريك (100 - 300 دورة في الدقيقة) وغيرها من المعلمات لضمان تفاعل فعال.

مرحلة ما بعد العلاج

1. فصل المواد الصلبة عن السائلة:يتم فصل اللب بعد إزالة السيانيد عن طريق الترشيح والطرد المركزي وما إلى ذلك للحصول على تركيزات خام الكبريتيد النقية ومياه الصرف الصحي التي تحتوي على كمية صغيرة من السيانيد.

2. معالجة مياه الصرف الصحي:معالجة مياه الصرف الصحي المنفصلة بشكل أكبر لتلبية معايير التصريف الوطنية. يمكن استخدام الأكسدة الثانوية والامتصاص وطرق أخرى لإزالة السيانيد بعمق من مياه الصرف الصحي لضمان تصريف آمن.

خاتمة

هناك طرق مختلفة لإزالة السيانيد من أسطح خامات الكبريتيد، ولكل طريقة مزاياها وعيوبها. في التطبيقات العملية، من الضروري دراسة عوامل شاملة مثل خصائص الخام، وتركيز السيانيد، وتكلفة المعالجة، ومتطلبات حماية البيئة لاختيار الطرق وتدفقات العمليات المناسبة. مع تزايد صرامة متطلبات حماية البيئة والتقدم المستمر للتكنولوجيا، سيكون تطوير تقنيات أكثر كفاءة وصديقة للبيئة ومنخفضة التكلفة لإزالة السيانيد من أسطح خامات الكبريتيد هو التوجه البحثي الرئيسي في المستقبل. من خلال التحسين المستمر للعمليات، من المتوقع تحقيق تصريف صفري للسيانيد في عمليات استخلاص وصهر خامات الكبريتيد، وتعزيز التنمية المستدامة لصناعة المعادن غير الحديدية.