Abwasserbehandlungsprozess bei der Goldgewinnung mit Cyanid

Derzeit ist die Zyanid Die Goldgewinnung mittels Cyanidlösung zählt zu den ausgereiftesten Verfahren der Goldverhüttung in China. Sie nutzt Cyanidlösung zur Goldgewinnung aus Erzen und zeichnet sich durch hohe Ausbeute, gute Anpassungsfähigkeit an die Erzeigenschaften und die Möglichkeit zur Goldgewinnung vor Ort aus. Seit der ersten Verwendung von Cyanidlösung zur Goldgewinnung aus Erzen im Jahr 1887 ist diese Methode weit verbreitet. Allerdings entstehen bei der Cyanidlösung große Mengen giftiger und schädlicher Substanzen, die eine enorme Gefahr für Umwelt und Mensch darstellen. Um diese Schäden zu reduzieren, ist es daher notwendig, die Behandlungsmethoden für Cyanidabwässer aus der Goldgewinnung zu untersuchen. Zahlreiche Forscher haben die Behandlungsmethoden, chemischen Prinzipien und Entwicklungstrends von Cyanidabwässern zusammengefasst, die meisten diskutieren jedoch nur ein oder zwei Methoden. Dieser Artikel analysiert daher detailliert verschiedene Behandlungsmethoden für Cyanidabwässer, die derzeit in der Industrie eingesetzt werden, und vergleicht deren Vor- und Nachteile sowie Anwendungsszenarien. Dies hat eine gewisse Bedeutung für ähnliche Anwendungen in der realen Produktion.

I. Quellen und Gefahren von Zyanid-haltigen Abwässern aus der Goldgewinnung

Das Hauptprinzip der Cyanid-Goldextraktion besteht darin, dass in einer aeroben Umgebung Natriumcyanid reagiert mit Gold unter Bildung von Goldkomplexen, die anschließend gelöst werden. Danach kann Gold durch Anreicherung mittels aktivierter Kohlenstoff Die Adsorption oder Verdrängung von Goldcyanid durch Zinkpulver erfolgt dabei. Gleichzeitig bilden auch andere Schwermetalle wie Silber, Kupfer und Zink Komplexe und lösen sich auf.

Die Cyanide Die in der Reaktion verwendeten Substanzen und die entstehenden Komplexe sind allesamt giftige und schädliche Substanzen. Natriumcyanid ist leicht hydrolysierbar und gehört zur hochgiftigen Klasse 1 mit einer tödlichen Dosis von 0.10 g. Wenn Cyanide Wenn es in Gewässer gelangt, ist es äußerst schädlich für die Organismen im Wasser und stellt eine enorme Bedrohung für Mensch und Umwelt dar. Daher ist die Behandlung von Cyanid-Goldgewinnungsabwässern von großer Bedeutung.

II. Wichtigste Behandlungsmethoden für Zyanid-Goldgewinnungsabwässer

Alkalische Chlorierungsmethode

Die alkalische Chlorierung ist derzeit eine der am häufigsten eingesetzten Methoden zur Behandlung von cyanidhaltigem Abwasser aus der Cyanidgoldgewinnung. Dabei werden hauptsächlich chlorbasierte Oxidationsmittel eingesetzt, um die Cyanide im Abwasser unter alkalischen Bedingungen zu oxidieren und in ungiftige Substanzen umzuwandeln. Der Cyanidspaltungsprozess der alkalischen Chlorierung gliedert sich in zwei Phasen:

Der erste Schritt besteht in der Oxidation von Cyanid zu Cyanat, der sogenannten unvollständigen Oxidation. CN⁻ reagiert mit OCl⁻ zunächst zu CNCl und hydrolysiert anschließend zu CNO⁻. Es ist zu beachten, dass CNCl unter sauren Bedingungen hochflüchtig und giftig ist. Daher muss der pH-Wert während des Betriebs streng kontrolliert werden, um einen alkalischen Zustand zu gewährleisten.

In der zweiten Stufe wird Cyanat weiter zu Kohlendioxid und Stickstoff oxidiert. Diese Stufe wird als „vollständige Oxidation“ bezeichnet. Während des Cyanidspaltprozesses hat der pH-Wert einen großen Einfluss auf die Oxidationsreaktion. Der pH-Wert der ersten Oxidationsstufe sollte zwischen 10 und 11 liegen, die Reaktionszeit beträgt 10 bis 15 Minuten. Der pH-Wert der zweiten Oxidationsstufe sollte zwischen 6.5 und 7.0 liegen, die Reaktionszeit beträgt 10 bis 15 Minuten.

In einem Bergwerk wird das Überstandwasser der Cyanidschlamm-Aufschlämmung (mit einem Cyanidgehalt von 200 mg/l) und das Sickerwasser aus dem Absetzbecken (mit einem Cyanidgehalt von 5 mg/l) mittels alkalischer Chlorierung behandelt. Der pH-Wert wird auf 10–11 geregelt. Zum Mischen und Rühren wird Bleichpulver im Verhältnis 35–40 zum Cyanidgehalt zugegeben. Nach der Sedimentation in einem Eindicker kann der Gesamtcyanidgehalt auf 0.1 mg/l gesenkt werden.

Die alkalische Chlorierung ist die am häufigsten verwendete Methode zur Behandlung von cyanidhaltigem Abwasser, und Bleichpulver ist das am häufigsten verwendete Oxidationsmittel auf Chlorbasis. Diese Methode eignet sich zur Behandlung von cyanidhaltigem Abwasser aus der Goldgewinnung mit hohen oder niedrigen Konzentrationen. Damit können auch Thiocyanat und cyanidhaltige Komplexe (mit Ausnahme von Ferrocyanidkomplexen) entfernt werden. Das Medikament ist überall erhältlich, die entstehenden Abfallrückstände lassen sich leicht filtern, und die Handhabung ist einfach. Allerdings sind die Betriebsumgebungen bei der Abwasserbehandlung mit Bleichpulver relativ rau. Mittlerweile verwenden einige Unternehmen stattdessen Bleichflüssigkeit oder Chlordioxid, was die Betriebsumgebungen bis zu einem gewissen Grad verbessert. Während des Reaktionsprozesses werden jedoch giftige Gase erzeugt, und das Verfahren hat eine relativ hohe Korrosivität für die Geräte. Die Medikamenten- und Wartungskosten sind relativ hoch.

Eisensalzkomplexierungsmethode

Die Eisen(II)-Salzkomplexierungsmethode ist eine in den letzten Jahren entwickelte Behandlungsmethode für Abwässer aus der Cyanid-Goldgewinnung. Durch die Kontrolle des pH-Werts bei 7–8 reagieren Eisen(II)-Ionen mit freiem Cyanid und einigen Cyanidkomplexen im Abwasser der Cyanid-Goldgewinnung und bilden Niederschläge.

Experimente haben gezeigt, dass die alleinige Zugabe von Eisensulfat zur Behandlung von Cyanid-Goldextraktionsabwasser im Allgemeinen nicht ausreicht, um die Abwassernormen zu erfüllen. Daher muss dem behandelten Abwasser zur Tiefenentfernung von Cyanid ein allgemeines Oxidationsmittel zugesetzt werden. Unter guten Bedingungen kann das Oxidationsmittel direkt zur Behandlung zugegeben werden, ohne dass der Niederschlag abgetrennt werden muss, und die Abwassernorm kann ebenfalls eingehalten werden. Dies ist im Vergleich zur herkömmlichen Methode, bei der zunächst abgetrennt und anschließend behandelt wird, von Vorteil.

Eine Goldhütte verwendet das Natriumsulfid-Eisensulfat-Verfahren zur Behandlung von cyanidarmer Flüssigkeit. Der Zulauf hat einen Cyanidgehalt von 2500 mg/l. Nach der Behandlung weist der Ablauf einen Cyanidgehalt von weniger als 20 mg/l auf, mit einer Entfernungsrate von 99.2 %, was bemerkenswerte Ergebnisse zeigt. Die anschließende Tiefenbehandlung nutzt das Natriummetabisulfit-Luft-Verfahren, um den Gesamtcyanidgehalt auf unter 0.4 mg/l zu senken.

Die Eisensalzkomplexierung ist eine neue Behandlungsmethode, die hauptsächlich zur Behandlung von hochkonzentriertem, cyanidhaltigem Abwasser eingesetzt wird. Das Verfahren ist einfach, die einmalige Investition gering, die Handhabung leicht, und das Medikament (hauptsächlich Eisensulfat) ist weit verbreitet, kostengünstig und leicht anzuwenden. Da die Eisensulfatlösung jedoch sauer ist, wird die Umgebung durch die Vermischung mit cyanidhaltigem Goldextraktionsabwasser sauer, und es besteht die Möglichkeit der Bildung von Blausäuregas. Darüber hinaus kann Thiocyanat nicht entfernt werden, und das behandelte Abwasser muss weiterhin gründlich behandelt werden, um die Abwassernormen zu erfüllen.

Natriummetabisulfit – Luftmethode

Das Natriummetabisulfit-Luft-Verfahren ist eine Weiterentwicklung des Schwefeldioxid-Luft-Verfahrens. Es nutzt hauptsächlich die synergistische Wirkung von Natriummetabisulfit und Luft auf die Cyanide im Abwasser innerhalb eines bestimmten pH-Bereichs, zusammen mit der katalytischen Wirkung von Kupferionen, um CN⁻ zu CNO⁻ zu oxidieren.

Bei hohem Cyanidgehalt im cyanidhaltigen Abwasser kann zunächst eine Vorbehandlung durchgeführt werden, um die Gesamtcyanidkonzentration auf unter 100 mg/l zu senken. Anschließend werden Natriummetabisulfit und Kupfersulfat zugegeben, ausreichend Luft eingeleitet und der pH-Wert kontrolliert (in der Regel 7–8), sodass Cyanid zu Cyanat oxidiert wird, das anschließend zu Bicarbonat-Ionen und Ammoniak hydrolysiert wird.

Das Natriummetabisulfit-Luft-Verfahren eignet sich zur Behandlung von Cyanid-Abwasser niedriger Konzentration aus der Goldgewinnung. Die Dosierung des Medikaments ist gering, der Arbeitsaufwand gering, die Anfangsinvestitionen sind jedoch relativ hoch, und es müssen zusätzliche Geräte wie Gebläse eingesetzt werden. Die Anforderungen an die Prozessindikatoren sind relativ streng, und die Kontrolle des pH-Werts ist von entscheidender Bedeutung. Kupfersulfat muss zusätzlich als Katalysator zugesetzt werden. Die Reaktionszeit ist lang. Bei unsachgemäßer Behandlung entstehen große Mengen Ammoniumionen, und die entstehende Schlacke ist schwer zu filtern. Vor Ort entsteht eine geringe Menge Ammoniakgas, das jedoch keinen Einfluss auf die Entfernung von Thiocyaniden hat.

Wasserstoffperoxid-Oxidationsmethode

Bei der Wasserstoffperoxid-Oxidation werden Cyanide bei Normaltemperatur und alkalischen Bedingungen (pH = 10–11) mit Cu²⁺ als Katalysator zu CNO⁻ oxidiert und anschließend zu ungiftigen Substanzen hydrolysiert. Komplexe Cyanide (Komplexe von Cu, Zn, Pb, Ni, Cd) werden durch die Zerstörung der enthaltenen Cyanide ebenfalls dissoziiert. Ferrocyanidionen und andere Schwermetallionen bilden Ferrocyanidkomplexsalze und werden entfernt. Schließlich kann die Gesamtcyanidkonzentration im behandelten Abwasser auf unter 0.5 mg/l gesenkt werden.

Dieses Verfahren eignet sich zur Behandlung von cyanidhaltigem Abwasser mit niedriger Konzentration. Die Anlage zur Wasserstoffperoxid-Behandlung ist einfach und lässt sich leicht automatisch steuern. Das entstehende Cyanat muss jedoch eine gewisse Zeit stehen bleiben, um sich in CO₂ und NH₃ zu zersetzen. Nachteile sind, dass die Verwendung von Kupfer als Katalysator zu einem Kupferüberschuss im Abwasser führen kann, die Rohstoffkosten relativ hoch sind, Thiocyanide nicht oxidiert werden können und Ammoniumionen entstehen. Das Abwasser ist zudem weiterhin toxisch. Da Wasserstoffperoxid zudem ein Oxidationsmittel ist, wirkt es stark korrosiv, und Transport und Anwendung sind mit Schwierigkeiten und Gefahren verbunden.

Ansäuerungsmethode

Bei der Behandlung cyanidarmer Flüssigkeiten mit der Ansäuerungsmethode ist der Reaktionsmechanismus relativ komplex und umfasst im Wesentlichen drei Prozesse: den Ansäuerungsprozess des cyanidhaltigen Abwassers, den Stripp- und Absorptionsprozess des HCN-Gases und den Neutralisationsprozess der gestrippten Flüssigkeit.

(1) Ansäuerungsreaktion: Die cyanidarme Flüssigkeit wird angesäuert und mit Säure gereinigt. Die komplexen Cyanide in der armen Flüssigkeit bilden unlösliche Niederschläge wie CuCN, CuSCN und Zn₂Fe(CN)₆ und werden entfernt. Gleichzeitig entsteht Cyanwasserstoff.

(2) Verflüchtigungs- und Absorptionsreaktion: Die arme Flüssigkeit wird vor der Ansäuerung auf ca. 30 °C vorgewärmt. Da der Siedepunkt von HCN nur 26.5 °C beträgt, ist es extrem flüchtig. Daher wird ein Füllkörperturm als Stoffaustauschvorrichtung für den Kontakt der beiden Gas-Flüssigkeits-Phasen im Ansäuerungsverfahren verwendet, wodurch die Strippung und Absorption von HCN leicht erreicht wird.

(3) Neutralisationsreaktion: Kalk oder flüssiges Alkali wird verwendet, um die säuregestrippte Restflüssigkeit zu neutralisieren. Die verbleibenden HCN-Moleküle in der Lösung werden in die CN⁻-Form umgewandelt. Die Ansäuerungsmethode kann zurückgewinnen Natriumcyanid Aus dem cyanidhaltigen Abwasser können Ressourcen zurückgewonnen werden. Allerdings sind hohe Anforderungen an die Abdichtung der Anlagen, eine relativ hohe Anfangsinvestition, hohe Bedienkenntnisse und eine aufwändige Wartung der Anlagen erforderlich. Zudem bestehen Sicherheitsrisiken. Das nach der Rückgewinnung entstehende Abwasser muss noch gründlich behandelt werden, um die Abwassernormen zu erfüllen.

Elektrolyseverfahren

Das Elektrolyseverfahren nutzt elektrochemische Redoxreaktionen, um die Cyanide im Abwasser zu zerstören. Bei der Ionenelektrolyse verlieren Cyanide an der Anode Elektronen und werden zu Cyanat, Carbonat, Stickstoff oder Ammonium oxidiert. Cyanat wird weiter zu CO₂ und H₂O oxidiert. Die wichtigsten Reaktionen sind:

CN⁻ + 2OH⁻ - 2e → CNO⁻ + H₂O (24)

2CN⁻ + 4OH⁻ - 6e → 2CO₂ + N₂ + 2H₂O (25)

Elektrolyseexperimente mit einer selbst hergestellten Bleidioxid-Elektrode auf Keramikbasis und einer Kathodenplatte aus Edelstahl haben gezeigt, dass durch die Elektrolyse zur Behandlung von cyanidhaltigem Abwasser nach zweistündiger Elektrolyse die CN⁻-Konzentration von 2 mg/l auf 385 mg/l und die Cu²⁺-Konzentration von 58 mg/l auf 450 mg/l gesenkt werden kann. Darüber hinaus verwendet die Goldhütte Hunan Zhongnan das elektrochemische Verfahren zur Behandlung von cyanidhaltigem Abwasser aus der Goldgewinnung, wodurch der Gesamtcyanidgehalt von 48 g/l auf 4 g/l gesenkt werden kann. Der Unterschied besteht darin, dass sowohl die Anoden- als auch die Kathodenplatte aus Eisenplatten bestehen. Während des Betriebs wird nicht nur elektrische Energie verbraucht, sondern auch die Eisenplatten.

Das Elektrolyseverfahren wird hauptsächlich zur Behandlung von hochkonzentriertem, cyanidhaltigem Abwasser eingesetzt. Die Anlage benötigt nur wenig Platz, der Prozess ist einfach und leicht zu steuern, verbraucht jedoch viel Strom und die Betriebskosten sind höher als bei der alkalischen Chlorierung. Die Cyanidentfernungsrate ist durchschnittlich und hat keinen Einfluss auf die Entfernung von Cyanidkomplexen.

Derzeit werden zur Behandlung von Abwässern aus der Cyanidgoldgewinnung häufig die alkalische Chlorierung, die Ansäuerung und das Natriummetabisulfit-Luft-Verfahren eingesetzt. Elektrolyse und Eisensalzkomplexierung sind neue Verfahren, die sich bereits in der industriellen Behandlung bewährt haben. Die Wasserstoffperoxidoxidation wird hauptsächlich als Notfallbehandlung eingesetzt. Es gibt zahlreiche weitere Behandlungsmethoden zur Behandlung von Abwässern aus der Cyanidgoldgewinnung, wie z. B. natürliche Reinigungsverfahren, biologische Verfahren, Membrantrennverfahren und Ionenaustauschverfahren. Als industrielle Anwendungen unterliegen sie jedoch alle gewissen Einschränkungen und müssen kontinuierlich verbessert werden.