Methoden und Verfahren zur Entfernung von Cyanid auf der Oberfläche von Sulfiderzen

1. Einleitung

Im Bereich der Metallurgie, insbesondere bei der Goldgewinnung und der Verarbeitung von Sulfiderzen, ist das Vorhandensein von Zyanid auf der Oberfläche von Sulfid-Erze stellt erhebliche Herausforderungen dar. Cyanid wird häufig im Cyanidlaugungsprozess zur Goldgewinnung verwendet, da es Komplexe mit Gold bilden und so dessen Auflösung erleichtern kann. Nach dem Laugungsprozess verbleiben jedoch die verbleibenden Zyanid auf der Oberfläche von Sulfiderzen in den Rückständen führt nicht nur zu Umweltverschmutzung, sondern behindert auch die nachfolgende Aufbereitung der Sulfidmineralien und verringert die Gesamtausbeute wertvoller Metalle. Daher ist die Entwicklung wirksamer Methoden zur Entfernung von Cyanid auf der Oberfläche von Sulfiderzen für eine nachhaltige Mineralverarbeitung und den Umweltschutz von entscheidender Bedeutung.

2. Bestehende Probleme mit Cyanid auf Sulfiderzoberflächen

2.1 Umweltauswirkungen

Cyanid ist eine hochgiftige Substanz. Wenn Sulfiderze mit oberflächlich adsorbiertem Cyanid in die Umwelt gelangen, kann Cyanid allmählich austreten und Boden, Wasserquellen und Luft verunreinigen. Selbst in geringen Konzentrationen kann Cyanid für Wasserorganismen, Pflanzen und die menschliche Gesundheit extrem schädlich sein. Beispielsweise ist in einigen Bergbaugebieten, in denen cyanidhaltige Rückstände unsachgemäß entsorgt wurden, in nahegelegenen Gewässern ein deutlicher Rückgang des gelösten Sauerstoffgehalts zu verzeichnen, was zum Tod von Fischen und anderen Wasserlebewesen führte.

2.2 Hemmung der Sulfidmineralaufbereitung

Das an der Oberfläche von Sulfiderzen wie Pyrit, Chalkopyrit und Sphalerit adsorbierte Cyanid kann einen Passivierungsfilm auf der Mineraloberfläche bilden. Dieser Film verringert die Reaktivität der Sulfidmineralien bei der nachfolgenden Flotation oder anderen Aufbereitungsprozessen. Beispielsweise kann bei der Flotation kupferhaltiger Sulfiderze das Vorhandensein von Cyanid auf der Oberfläche von Chalkopyrit dessen Wechselwirkung mit Kollektoren schwächen. Dies erschwert die effektive Trennung von Kupfermineralien von Gangmineralien und verringert dadurch die Qualität und Ausbeute der Kupferkonzentrate.

3. Methoden zur Entfernung von Cyanid auf der Oberfläche von Sulfiderzen

3.1 Säureaktivierungsmethode

3.1.1 Prinzip

Bei der Säureaktivierung werden hauptsächlich Säuren wie Schwefelsäure oder Oxalsäure eingesetzt, um mit den cyanidhaltigen Verbindungen auf der Oberfläche von Sulfiderzen zu reagieren. Die Zugabe einer Säure führt zur Zersetzung von Cyanid-Metall-Komplexen. Dabei entsteht Blausäuregas. In einem gut konzipierten Verfahren kann diese flüchtige Blausäure jedoch durch geeignete Absorptionssysteme zurückgewonnen und wiederverwendet werden.

3.1.2 Prozessschritte

1. Erzbreiaufbereitung: Mischen Sie zunächst die Sulfiderzrückstände mit oberflächlich adsorbiertem Cyanid und Wasser, um einen gleichmäßigen Erzbrei zu erhalten. Das Fest-Flüssig-Verhältnis des Erzbreis wird typischerweise anhand der Erzeigenschaften und der spezifischen Prozessanforderungen angepasst und liegt üblicherweise im Bereich von 1:2 bis 1:5.

2. Säurezugabe: Schwefelsäure oder Oxalsäure unter ständigem Rühren langsam zum Erzbrei geben. Die zugegebene Säuremenge muss sorgfältig auf den Cyanidgehalt im Erzbrei abgestimmt werden. Üblicherweise wird der pH-Wert des Erzbreis auf 2–4 eingestellt. Der pH-Wert sollte während der Zugabe mit einem pH-Meter in Echtzeit überwacht werden.

3. Reaktion und GasbehandlungNach Zugabe der Säure lässt man die Reaktion etwa 1–3 Stunden ablaufen. Dabei entsteht Blausäuregas. Um die Umweltverschmutzung durch dieses Gas zu verhindern, wurde ein Gassammel- und -aufbereitungssystem eingerichtet. Das entstehende Blausäuregas wird in einen Absorptionsturm geleitet, der mit einer alkalischen Lösung, beispielsweise Natronlauge, gefüllt ist. Hier reagiert die Blausäure mit der Natronlauge, und das gewonnene Natriumcyanid Die Lösung kann in den Cyanidlaugungsprozess zurückgeführt werden, wenn ihre Qualität den Anforderungen entspricht.

3.1.3 Vorteile und Nachteile

• Vorteile: Dieses Verfahren ist sowohl im Prinzip als auch in der Anwendung relativ unkompliziert. Es kann cyanidhaltige Verbindungen auf der Oberfläche von Sulfiderzen effektiv abbauen und bietet das Potenzial, Cyanid zu recyceln, wodurch die Gesamtkosten des Cyanideinsatzes im Bergbauprozess gesenkt werden.

• Nachteile : Es bestehen erhebliche Sicherheitsrisiken. Blausäuregas ist hochgiftig, und jedes Leck während der Reaktion kann für Bediener und Umwelt schwerwiegende Schäden verursachen. Zudem sind die bei diesem Verfahren verwendeten Säuren ätzend, was Geräte und Rohrleitungen beschädigen kann, was die Wartungskosten erhöht und die Lebensdauer der Geräte verkürzt.

3.2 Oxidationsmittelaktivierungsmethode

3.2.1 Prinzip

Oxidationsmittel wie Wasserstoffperoxid, Kaliumpermanganat und Ozon werden eingesetzt, um das Cyanid auf der Oberfläche von Sulfiderzen zu oxidieren. Diese Oxidationsmittel spalten die chemischen Bindungen der Cyanidverbindungen und wandeln Cyanid in relativ ungiftige Substanzen wie Stickstoffgas um. Kohlenstoffisst.

3.2.2 Prozessschritte

1. Erzbreiaufbereitung: Ähnlich wie bei der Säureaktivierungsmethode werden die Sulfiderzrückstände zu einem Erzbrei mit einem geeigneten Fest-Flüssig-Verhältnis verarbeitet.

2. Oxidationsmittelzugabe: Das gewählte Oxidationsmittel dem Erzbrei hinzufügen. Die Menge des zugegebenen Oxidationsmittels hängt vom Cyanidgehalt im Erzbrei und dessen Oxidationspotenzial ab. Beispielsweise beträgt die Dosierung bei Verwendung von Wasserstoffperoxid in der Regel 1–5 kg pro Tonne Erzbrei, während Kaliumpermanganat üblicherweise in Mengen von 0.5–2 kg pro Tonne Erzbrei zugegeben wird. Die Zugabe sollte langsam und unter ständigem Rühren erfolgen, um eine gleichmäßige Durchmischung zu gewährleisten.

3. Reaktion und Überwachung: Lassen Sie das Oxidationsmittel 2–4 Stunden lang mit dem Cyanid im Erzbrei reagieren. Überwachen Sie während der Reaktion das Redoxpotential und den Cyanidgehalt im Erzbrei. Der Redoxpotentialwert gibt Aufschluss über den Fortschritt der Oxidationsreaktion. Sobald sich der Wert stabilisiert und der Cyanidgehalt im Erzbrei den geforderten Standardwert (üblicherweise unter 0.5 mg/l) erreicht, gilt die Reaktion als abgeschlossen.

3.2.3 Vorteile und Nachteile

• Vorteile: Dieses Verfahren erzeugt im Gegensatz zur Säureaktivierungsmethode keine giftigen und flüchtigen Gase und ist daher sicherer für die Betriebsumgebung. Es kann Cyanid effektiv oxidieren und zersetzen, wodurch das Ziel erreicht wird, Cyanid von der Oberfläche von Sulfiderzen zu entfernen. Darüber hinaus sind die Reaktionsprodukte relativ umweltfreundlich.

• Nachteile : Die Kosten für Oxidationsmittel sind relativ hoch, insbesondere für starke Oxidationsmittel wie Ozon, was die Verarbeitungskosten von Sulfiderzen erhöht. Darüber hinaus wird die Oxidationsreaktion leicht durch Faktoren wie den pH-Wert des Erzbreis, die Temperatur und das Vorhandensein anderer Verunreinigungen beeinflusst, was eine strenge Kontrolle der Reaktionsbedingungen erfordert.

3.3 Kupfersalzmethode

3.3.1 Prinzip

Kupfersalze wie Kupfersulfat werden dem Sulfiderzbrei mit oberflächenadsorbiertem Cyanid zugesetzt. Die Kupferionen reagieren mit Cyanid und bilden unlösliche Kupfer-Cyanid-Komplexe. Diese Komplexe können anschließend durch Fest-Flüssig-Trennverfahren vom Erzbrei abgetrennt werden, wodurch das Cyanid entfernt wird.

3.3.2 Prozessschritte

1. Erzbreiaufbereitung: Bereiten Sie die Sulfiderzrückstände zu einem Erzbrei mit einem geeigneten Fest-Flüssig-Verhältnis vor.

2. Kupfersalzzugabe: Dem Erzbrei eine angemessene Menge Kupfersulfat hinzufügen. Die Menge des zugegebenen Kupfersulfats richtet sich nach dem Cyanidgehalt im Erzbrei, üblicherweise mit einem Molverhältnis von Kupferionen zu Cyanidionen von 1–2:1. Kupfersulfat wird üblicherweise als wässrige Lösung zugegeben. Der Zugabevorgang sollte unter ständigem Rühren erfolgen, um eine gleichmäßige Verteilung der Kupferionen im Erzbrei zu gewährleisten.

3. Reaktion und Fest-Flüssig-TrennungNach Zugabe des Kupfersalzes die Reaktion 1–2 Stunden ablaufen lassen. Anschließend wird die Fest-Flüssig-Trennung des Erzbreis mittels Filtration oder Sedimentation durchgeführt. Der abgetrennte Feststoff enthält Kupfercyanid-Niederschläge und Sulfidmineralien. Die abgetrennte Flüssigkeit kann weiterbehandelt werden, um die Abwassernorm zu erfüllen, oder für andere Zwecke recycelt werden.

3.3.3 Vorteile und Nachteile

• Vorteile: Mit dieser Methode kann Cyanid durch Bildung unlöslicher Niederschläge effektiv von der Oberfläche von Sulfiderzen entfernt werden. Der Vorgang ist relativ einfach, und Kupfersulfat ist ein gängiges und kostengünstiges chemisches Reagenz, das gewisse wirtschaftliche Vorteile bietet.

• Nachteile : Durch die Zugabe von Kupfersalzen können Kupferverunreinigungen in den Erzbrei gelangen, die die nachfolgende Aufbereitung der Sulfidmineralien beeinträchtigen können. Beispielsweise können bei der Flotation von Blei-Zink-Sulfiderzen überschüssige Kupferionen Sphalerit aktivieren und so die Trennung von Blei- und Zinkmineralien beeinträchtigen. Darüber hinaus müssen die abgetrennten Kupfercyanid-Niederschläge ordnungsgemäß entsorgt werden, um eine Sekundärverschmutzung zu vermeiden.

3.4 Neue Methode der zusammengesetzten Reagenzien

3.4.1 Prinzip

Zum Einsatz kommen neu entwickelte Verbundreagenzien, beispielsweise eine Kombination aus Polysulfiden und Natriummetabisulfit. Die Polysulfide reagieren mit den schwefelhaltigen Komponenten der cyanidhaltigen Verbindungen auf der Oberfläche von Sulfiderzen, während Natriummetabisulfit das Redoxpotential des Systems reguliert und die Zersetzung des Cyanids fördert, wodurch dessen Entfernung erleichtert wird.

3.4.2 Prozessschritte

1. Erzbreiaufbereitung: Bereiten Sie die Sulfiderzrückstände zu einem Erzbrei vor.

2. Zugabe von zusammengesetzten Reagenzien: Das Verbundreagenz aus Polysulfiden und Natriummetabisulfit wird dem Erzbrei zugegeben. Das Gewichtsverhältnis von Polysulfiden zu Natriummetabisulfit beträgt typischerweise 1:1. Die Menge des zugegebenen Verbundreagenzes richtet sich nach dem Cyanidgehalt im Erzbrei und der Art des Sulfiderzes und liegt in der Regel zwischen 0.5 und 2 kg pro Tonne Erzbrei.

3. Reaktion und ÜberwachungNach Zugabe des Kompositreagenzes die Reaktion 1–3 Stunden lang ablaufen lassen. Während der Reaktion den Cyanidgehalt und relevante chemische Parameter wie Redoxpotential und pH-Wert im Erzbrei überwachen. Die Reaktionsbedingungen entsprechend den Überwachungsergebnissen umgehend anpassen, um eine vollständige Cyanidentfernung sicherzustellen.

3.4.3 Vorteile und Nachteile

• Vorteile: Diese Methode eignet sich gut für verschiedene Arten von Sulfiderzen. Das zusammengesetzte Reagenz wirkt synergistisch, um Cyanid effektiv von der Oberfläche von Sulfiderzen zu entfernen. Im Vergleich zu Einzelreagenzmethoden bietet es möglicherweise eine bessere Entfernungseffizienz und hat weniger Auswirkungen auf die anschließende Aufbereitung von Sulfidmineralien.

• Nachteile : Die Entwicklung und Herstellung von Verbundreagenzien ist relativ komplex und kann teurer sein als bei herkömmlichen Verfahren mit Einzelreagenzien. Zudem ist der spezifische Reaktionsmechanismus von Verbundreagenzien noch nicht vollständig verstanden, was zu Unsicherheiten bei der industriellen Anwendung führen kann.

4. Prozessoptimierung und Überlegungen

4.1 Vorbehandlung von Erzen

Vor der Anwendung der oben genannten Methoden zur Entfernung von Cyanid auf der Oberfläche von Sulfiderzen ist häufig eine entsprechende Erzvorbehandlung erforderlich. Enthält der Sulfiderzrückstand beispielsweise einen hohen Anteil feinkörniger Gangmineralien, können Vorsiebungen oder Klassifikationen durchgeführt werden, um die schwer zu behandelnden feinkörnigen Fraktionen zu entfernen. Dies kann die Kontakteffizienz zwischen dem Reagenz und den Sulfidmineralien mit oberflächenadsorbiertem Cyanid verbessern und die Beeinträchtigung des Reaktionsverlaufs durch Gangmineralien verringern.

4.2 Kontrolle der Reaktionsbedingungen

• PH WertDer pH-Wert des Erzbreis beeinflusst den Reaktionsprozess maßgeblich. Die Säureaktivierungsmethode erfordert einen niedrigeren pH-Wert, um den Abbau cyanidhaltiger Verbindungen zu fördern, während die Oxidationsmittelaktivierungsmethode und die Kupfersalzmethode einen geeigneten pH-Bereich einhalten müssen. Beispielsweise liegt der optimale pH-Wert des Erzbreis bei Verwendung von Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel üblicherweise bei 8–10. Bei Verwendung von Kupfersulfat wird der pH-Wert des Erzbreis in der Regel auf 6–8 eingestellt.

• TemperaturDie Reaktionstemperatur beeinflusst ebenfalls die Reaktionsgeschwindigkeit und -effizienz. Im Allgemeinen kann eine Erhöhung der Temperatur die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen. Bei manchen Reaktionen, wie beispielsweise der Oxidation von Cyanid durch Wasserstoffperoxid, kann jedoch eine zu hohe Temperatur zur Zersetzung des Oxidationsmittels führen und so die Oxidationseffizienz verringern. Daher muss die Reaktionstemperatur je nach Reaktionssystem optimiert werden und liegt üblicherweise im Bereich von 20 bis 40 °C.

• RührintensitätAusreichendes Rühren ist unerlässlich, um die gleichmäßige Verteilung der Reagenzien im Erzbrei zu gewährleisten und die Kontaktwahrscheinlichkeit zwischen den Reagenzien und den cyanidhaltigen Substanzen auf der Oberfläche der Sulfiderze zu erhöhen. Übermäßiges Rühren kann jedoch zu unnötigem Energieverbrauch und mechanischem Verschleiß der Geräte führen. Die geeignete Rührintensität sollte durch experimentelle Untersuchungen und praktische Produktionserfahrungen ermittelt werden.

4.3 Fest-Flüssig-Trennung und Abwasserbehandlung

Nach der Reaktion zur Entfernung von Cyanid auf der Oberfläche von Sulfiderzen ist eine effiziente Fest-Flüssig-Trennung erforderlich, um die behandelten Sulfidmineralien von der Reaktionslösung zu trennen. Gängige Fest-Flüssig-Trennverfahren sind Filtration, Sedimentation und Zentrifugation. Das abgetrennte Abwasser enthält in der Regel noch Restcyanid und andere Verunreinigungen, die weiter behandelt werden müssen, um die Abwassernorm zu erfüllen. Abwasserbehandlungsverfahren können Methoden wie weitere Oxidation, Adsorption und biologische Behandlung umfassen.

5. Fallstudien

5.1 Anwendung der Säureaktivierungsmethode in einer Goldmine

In einer Goldmine wiesen die Sulfiderzrückstände nach der Cyanidlaugung eine gewisse Menge an oberflächlich adsorbiertem Cyanid auf. Zur Behandlung wurde das Säureaktivierungsverfahren eingesetzt. Zunächst wurden die Rückstände zu einem Erzbrei mit einem Fest-Flüssig-Verhältnis von 1:3 verarbeitet. Anschließend wurde Schwefelsäure hinzugefügt, um den pH-Wert des Erzbreis auf 3 einzustellen. Nach einer Reaktionszeit von zwei Stunden wurde das entstandene Cyanwasserstoffgas aufgefangen und von einer Natriumhydroxidlösung absorbiert. Nach der Behandlung sank der Cyanidgehalt im Erzbrei von 2 mg/l auf unter 5 mg/l, und die anschließende Flotationsausbeute an Sulfidmineralien stieg um etwa 0.5 %. Während des Betriebs stellte jedoch austretendes Cyanwasserstoffgas ein Sicherheitsrisiko für die Baustelle dar, und die Rohrleitungen der Anlage litten unter relativ starker Korrosion.

5.2 Oxidationsmittelaktivierungsmethode in einer polymetallischen Sulfiderzmine

In einer polymetallischen Sulfiderzmine wurde Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel eingesetzt, um Cyanid von der Oberfläche der Sulfiderze zu entfernen. Der pH-Wert des Erzbreis wurde zunächst auf 9 eingestellt, anschließend wurde Wasserstoffperoxid in einer Dosierung von 3 kg pro Tonne Erzbrei zugegeben. Nach dreistündiger Reaktion war der Cyanidgehalt im Erzbrei auf ein sehr niedriges Niveau gesunken. Die anschließende Aufbereitung der Kupfer-, Blei- und Zinksulfidmineralien wurde durch das verbleibende Cyanid nicht beeinträchtigt, und die Metallausbeute verbesserte sich insgesamt. Die hohen Kosten für Wasserstoffperoxid erhöhten jedoch die Erzaufbereitungskosten um etwa 3 US-Dollar pro Tonne.

6. Fazit

Die Entfernung von Cyanid auf der Oberfläche von Sulfiderzen ist eine entscheidende Aufgabe in der Mineralaufbereitung. Säureaktivierungsverfahren, Oxidationsmittelaktivierungsverfahren, Kupfersalzverfahren und neue Verbundreagenzienverfahren haben jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile. In der industriellen Praxis müssen Faktoren wie die Art der Sulfiderze, Umweltschutzanforderungen und wirtschaftliche Kosten umfassend berücksichtigt werden, um das optimale Verfahren auszuwählen. Durch Optimierung der Prozessbedingungen, Vorbehandlung der Erze sowie fachgerechte Fest-Flüssig-Trennung und Abwasserbehandlung kann die Effizienz der Cyanidentfernung auf der Oberfläche von Sulfiderzen weiter gesteigert und so die Ziele der Ressourcenrückgewinnung und des Umweltschutzes erreicht werden.