بحث حول طريقة استعادة النحاس من مياه الصرف الصحي الناتجة عن طلاء النحاس بالسيانيد

1. مقدمة

يُعدّ إرساء أسلوب طلاء كهربائي صديق للبيئة وموفر للموارد حاليًا محورين رئيسيين للتنمية المستدامة لصناعة الطلاء الكهربائي. في ظلّ نقص موارد المعادن غير الحديدية عالميًا والارتفاع المستمر في تكلفة طلاء المواد المعدنية بالكهرباء، حظي اعتماد تقنية الطلاء الكهربائي الموفرة للموارد باهتمام كبير. تتميز شركات الطلاء الكهربائي الصينية بتاريخ تطور قصير نسبيًا. في المرحلة الأولى من التطوير، كان هناك نقص في التمويل وتخلف في التكنولوجيا. تفتقر معظم مصانع الطلاء الكهربائي الصغيرة إلى الوعي باستعادة المواد المعدنية من مياه الصرف الصحي الناتجة عن الطلاء الكهربائي، ناهيك عن البحث في طرق الاستعادة. السيانيد في مياه الصرف الناتجة عن طلاء النحاس والطلاء الكهربائي لسبائك النحاس، تكون الرواسب الناتجة عن النحاس ثنائي التكافؤ بعد تكسير السيانيد جزيئات دقيقة، مما يُصعّب عملية الترسيب والفصل ويزيد من التكلفة. لذلك، من الضروري دراسة عمليات استخلاص جديدة.

2. مبادئ الطريقة

2.1 معالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن طلاء النحاس بالسيانيد وسبائك النحاس

في عملية تكسير السيانيد التقليدية باستخدام هيبوكلوريت الصوديوم، يجب ضبط درجة حموضة مياه الصرف المحتوية على السيانيد إلى 11-12، وذلك عادةً بإضافة هيدروكسيد الصوديوم. خلال عملية تكسير السيانيد، يتحول السيانيد إلى كربون ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين، وتتأكسد أيونات النحاس أحادية التكافؤ إلى أيونات نحاس ثنائية التكافؤ، والتي بدورها تُشكّل جزيئات دقيقة من كربونات النحاس القاعدية معلقة في مياه الصرف الصحي. يستغرق الترسيب الطبيعي أكثر من يوم كامل، ومع ذلك لا يُمكن تحقيق الترسيب الكامل. لذا، يلزم استخدام كميات كبيرة من المواد المساعدة على التخثير والتلبيد لتحقيق الترسيب والفصل الكاملين. في السابق، عندما لم يكن النحاس يُستخلص، كانت مياه الصرف الصحي الناتجة عن تكسير السيانيد تُخلط مع مياه الصرف الصحي الحمضية الشاملة، والتي كانت تُعالج بطريقة الجير. كانت كربونات النحاس القاعدية تُمتص على الرواسب الموجودة في مياه الصرف الصحي الشاملة، ثم تترسب وتُفصل في النهاية.

تعتمد عملية تكسير السيانيد الجديدة على إضافة الجير لضبط الرقم الهيدروجيني. يتفاعل ثاني أكسيد الكربون الناتج عن تكسير السيانيد مع أكسيد الكالسيوم لتكوين كربونات الكالسيوم. في الوقت نفسه، تترسب كربونات النحاس القاعدية مع كربونات الكالسيوم لتكوين رواسب جسيمية كبيرة.

2.2 معالجة مياه الصرف الصحي الأخرى المحتوية على النحاس

تتفاعل أيونات النحاس ثنائية التكافؤ في مياه الصرف الصحي الحمضية الناتجة عن طلاء النحاس اللامع مع الجير لتكوين هيدروكسيد النحاس، ويتفاعل حمض الكبريتيك مع الجير لتكوين كبريتات الكالسيوم والماء. في مياه الصرف الصحي الناتجة عن طلاء النحاس بيروفوسفات، يتواجد جذر البيروفوسفات وأيونات النحاس على شكل مركب. عند معالجته بالجير، يتفاعل جذر البيروفوسفات مع أكسيد الكالسيوم لتكوين راسب بيروفوسفات الكالسيوم، وتتفاعل أيونات النحاس مع أكسيد الكالسيوم لتكوين هيدروكسيد النحاس.

3. عملية الاسترداد

3.1 تركيب مياه الصرف الصحي المحتوية على النحاس

تشمل مياه الصرف الصحي المحتوية على النحاس أنواعًا متعددة، مثل مياه طلاء النحاس بالسيانيد، وسبائك النحاس والزنك، وسبائك النحاس والقصدير، ومياه طلاء النحاس الحمضي اللامع، ومياه طلاء النحاس بالبيروفوسفات. تتدفق مياه طلاء النحاس بالسيانيد، وسبائك النحاس والزنك، وسبائك النحاس والقصدير إلى خزان معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد، بينما تتدفق مياه طلاء النحاس الحمضي اللامع ومياه طلاء النحاس بالبيروفوسفات إلى خزان معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على النحاس. تحتوي مياه طلاء النحاس بالسيانيد وسبائك النحاس على عوامل معقدة مثل: سيانيد الصوديوم، طرطرات البوتاسيوم والصوديوم، وثيوسيانات الأمونيوم، والتي تُشكل مُركّبات مع أيونات النحاس. تحتوي مياه الصرف الصحي الناتجة عن طلاء النحاس ببيروفوسفات على مُركّبات بيروفوسفات النحاس. تُشكّل مياه الصرف الصحي الناتجة عن طلاء النحاس بالسيانيد وسبائك النحاس حوالي 90% من إجمالي مياه الصرف الصحي المحتوية على النحاس، بينما تُشكّل مياه الصرف الصحي الناتجة عن طلاء النحاس اللامع الحمضي وطلاء النحاس ببيروفوسفات النحاس حوالي 10%.

3.2 عملية أكسدة معقدات النحاس

قبل استعادة النحاس، من الضروري تفكيك معقدات النحاس في مياه الصرف الناتجة عن الطلاء الكهربائي وأكسدة أيونات Cu⁺ إلى أيونات Cu²⁺. تُستخدم طريقة دمج محلول هيبوكلوريت الصوديوم وبيروكسيد الهيدروجين لتفكيك السيانيد وعوامل التعقيد مثل طرطرات البوتاسيوم والصوديوم. توجد ثلاثة خزانات لتفكيك السيانيد. تُضخ مياه الصرف المحتوية على السيانيد ومياه الصرف المحتوية على النحاس إلى خزان تفكيك السيانيد في المرحلة الأولى. يُضاف حليب الليمون لضبط الرقم الهيدروجيني إلى 11-12. ويتم ضبط كمية إضافة حليب الليمون بواسطة نظام التحكم في الرقم الهيدروجيني. في الوقت نفسه، يُضاف محلول هيبوكلوريت الصوديوم لتفكيك السيانيد. يُضاف بيروكسيد الهيدروجين إلى خزان تفكيك السيانيد في المرحلة الثانية لمواصلة تفكيك السيانيد وعوامل التعقيد المؤكسدة مثل طرطرات البوتاسيوم والصوديوم. ونظرًا لبطء معدل التفاعل، يُضاف خزان تفكيك السيانيد في المرحلة الثالثة. في خزان تفكيك السيانيد في المرحلة الثالثة، تُفحص إزالة السيانيد وعوامل التعقيد، مثل طرطرات البوتاسيوم والصوديوم، وفقًا لبيانات التحليل الكيميائي والخبرة. مع اكتمال تفاعل الأكسدة، يتحول Cu⁺ في مياه الصرف الصحي بالكامل إلى Cu²⁺، وتتشكل رواسب كربونات النحاس القاعدية وهيدروكسيد النحاس. خلال هذه العملية، وبعد تفاعل مياه الصرف المعالجة بطبقة بيروفوسفات النحاس مع الجير، يتفكك المركب المتكون من جذر النحاس والبيروفوسفات، ويتكون هيدروكسيد النحاس. تُظهر بيانات التحليل أن هذه العملية تُمكّن مياه الصرف الصحي من تلبية معايير التصريف. تُقلل إضافة الجير لضبط الرقم الهيدروجيني وترسيب أيونات النحاس من تكلفة المعالجة، كما يلعب الجير دور مُساعد التخثر، ويُرسب جذر البيروفوسفات بالكامل.

3.3 استعادة النحاس

في العملية المذكورة أعلاه، تُحوّل أيونات النحاس في مياه الصرف الناتجة عن الطلاء الكهربائي إلى رواسب كربونات النحاس القاعدية. إذا كانت كمية الجير المضافة كبيرة، يُمكن أيضًا تحويل أيونات النحاس إلى رواسب هيدروكسيد النحاس. ونظرًا لأن الجير ضروري لترسيب جذور البيروفوسفات في مياه الصرف الناتجة عن الطلاء الكهربائي، فلا يُمكن أن تكون كمية الجير المضافة قليلة جدًا. تكلفة الجير منخفضة جدًا، ويمكن إضافته بكمية مناسبة أثناء عملية المعالجة.

بعد معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد والنحاس في خزانات تكسير السيانيد ثلاثية المراحل، تتدفق إلى خزان التخثر. يُضاف بيروسلفيت الصوديوم إلى خزان التخثر لتقليل بيروكسيد الهيدروجين الزائد، ويُضاف مُركّب بولي أكريلاميد لزيادة حجم جزيئات الرواسب. في حال عدم إضافة بيروسلفيت الصوديوم إلى خزان التخثر، يتحلل بيروكسيد الهيدروجين المتبقي بعد تكسير السيانيد مُنتجًا الأكسجين، الذي يُمتص على سطح جزيئات الرواسب، مما يُؤدي إلى طفو الرواسب. يجب أن تكون كمية بيروسلفيت الصوديوم المضافة كافية لمنع الرواسب من الطفو، ويُعتبر وجود فائض مناسب أمرًا مقبولًا.

بعد مرورها عبر خزان التخثر، تتدفق مياه الصرف إلى خزان الترسيب ذي الأنبوب المائل. بعد فصل الرواسب عن الماء، تدخل خزان تكثيف الترسيب، ثم تُرشَّح بواسطة مكبس ترشيح. تُسترد كعكة الترشيح، ويتدفق السائل المُرشَّح عائدًا إلى خزان الضبط. تُشترى كعكة الترشيح المحتوية على النحاس المُسترد من شركة متخصصة وتُرسل إلى مُصنِّع متخصص لإنتاج كبريتات النحاس، أو يُمكن استخدامها أيضًا لإنتاج النحاس الكهربائي.

4. فوائد

تُنتج مياه الصرف الصحي المحتوية على النحاس في أربع ورش طلاء كهربائي. تُظهر بيانات التحليل والرصد أن متوسط ​​تركيز كتلة النحاس في مياه الصرف الصحي الناتجة عن طلاء النحاس بالسيانيد تبلغ نسبة النحاس في مياه الصرف الصحي الناتجة عن عملية طلاء النحاس بالسيانيد 345 ملغم/لتر، أي أن كل طن من مياه الصرف الصحي يحتوي على 0.345 كجم من النحاس. يبلغ إجمالي كمية مياه الصرف الصحي الناتجة عن عملية طلاء النحاس بالسيانيد شهريًا حوالي 4600 طن، تحتوي على 1587 كجم من النحاس. ويمكن استرداد حوالي 1700 كجم من النحاس شهريًا، بالإضافة إلى النحاس الموجود في مياه الصرف الصحي الأخرى المحتوية على النحاس. يتراوح دخل الشركة الشهري من بيع الحمأة المحتوية على النحاس بين 30.000 و40.000 يوان صيني. يُجنّب استرداد الشركة للنحاس من مياه الصرف الصحي الناتجة عن عملية الطلاء الكهربائي الاستهلاك غير الفعال للنحاس المعدني، مما يُقلل ليس فقط من تكلفة الطلاء الكهربائي، بل يُقلل أيضًا من التلوث الثانوي الناتج عن حمأة الطلاء الكهربائي للبيئة، مما يُحقق فوائد اقتصادية واجتماعية جيدة.

5. اختتام

صناعة الطلاء الكهربائي صناعة شديدة التلوث. في ظل الوضع الراهن الذي تتسم فيه عمليات وتقنيات معالجة مياه الصرف الناتجة عن الطلاء الكهربائي في الصين بالتخلف النسبي، تُعد الدراسة الفعّالة لطرق استعادة المعادن غير الحديدية من مياه الصرف الناتجة عن الطلاء الكهربائي ذات أهمية بالغة لإرساء أسلوب طلاء كهربائي موفر للموارد وصديق للبيئة، والحفاظ على التنمية المستدامة لصناعة الطلاء الكهربائي. وقد أظهرت طريقة معالجة طلاء النحاس بالسيانيد ومياه الصرف الأخرى المحتوية على النحاس لاستعادة النحاس باستخدام الجير، والتي تمت دراستها في هذه الورقة، نتائج جيدة في التطبيقات العملية، مما يوفر طريقة عملية للتنمية الخضراء لصناعة الطلاء الكهربائي.