Verfahren zur Rückgewinnung von Natriumcyanid und Schwermetallen aus Abwasser durch Ansäuerung

Einführung

Cyanidhaltiges Abwasser entsteht bei verschiedenen industriellen Prozessen wie Goldgewinnung, Galvanisierung und chemischer Produktion. Aufgrund der hohen Toxizität von Cyanid kann eine unsachgemäße Einleitung dieses Abwassers zu schwerwiegenden Umweltverschmutzungen und Gesundheitsschäden führen. Daher sind die Behandlung und die Rückgewinnung von cyanidhaltigem Abwasser zu entscheidenden Themen geworden. Unter den Behandlungsmethoden ist die Rückgewinnung von Natriumcyanid und Schwermetallen durch Ansäuerung ein weit verbreitetes und effektives Verfahren, das nicht nur das Umweltrisiko reduziert, sondern auch die Wiederverwertung wertvoller Ressourcen ermöglicht.

Prinzip der Versauerungsrückgewinnung

Umwandlung von Cyanid in Blausäure (HCN)

Beim Ansäuerungsprozess werden dem cyanidhaltigen Abwasser starke Säuren wie Schwefelsäure zugesetzt. Unter sauren Bedingungen wandeln sich freie Cyanidionen im Abwasser in Cyanwasserstoff (HCN) um. Cyanwasserstoff ist eine flüchtige Verbindung. Ein niedriger pH-Wert des Abwassers, üblicherweise unter 2, erleichtert die Reaktion und erleichtert die Umwandlung von Cyanidionen in HCN-Gas.

Rückgewinnung von Natriumcyanid

Das entstehende HCN-Gas wird anschließend in einen Alkali-Absorptionsturm eingeleitet. Dort reagiert es mit einer Natriumhydroxid-Lösung (NaOH). Im Verlauf der Reaktion bildet sich Natriumcyanid (NaCN), das sich in der Absorptionslösung anreichert. Sobald die NaCN-Konzentration in der Lösung etwa 10–12 % erreicht hat, kann das Gas recycelt und in relevanten industriellen Prozessen, wie beispielsweise der Laugung in der Goldgewinnung, wiederverwendet werden.

Freisetzung und Ausfällung von Schwermetallen

Neben freiem Cyanid enthält das Abwasser häufig Komplexe aus Schwermetallen und Cyanid, beispielsweise Kupfer und Zink. Unter sauren Bedingungen zerfallen diese Komplexe. Werden die Schwermetallionen freigesetzt, können sie unlösliche Salze bilden und unter bestimmten Bedingungen ausfallen. So kann beispielsweise die Anpassung des pH-Werts oder die Zugabe bestimmter Fällungsmittel dazu führen, dass Kupferionen Niederschläge bilden.

Prozessschritte

Schritt 1: Abwasservorbehandlung

Das alkalische, cyanidhaltige Abwasser mit hoher Konzentration durchläuft zunächst einen Dampfwärmetauscher, um seine Temperatur zu regulieren. Typischerweise wird die Temperatur im Bereich von 20–25 °C gehalten. Diese Temperaturkontrolle trägt zur Optimierung der nachfolgenden Reaktionsgeschwindigkeit bei und gewährleistet die Stabilität des Prozesses. Die Cyanidkonzentration im Abwasser mit hoher Konzentration liegt in der Regel zwischen 5000 und 5500 ppm, der pH-Wert zwischen 10.5 und 12.5.

Schritt 2: Ansäuerung

Das vorgereinigte Abwasser wird mit einer bestimmten Durchflussrate, beispielsweise 2 m³/h, in einen Versäuerungssprühturm geleitet. Anschließend wird konzentrierte Schwefelsäure zugegeben. Die Menge der zugegebenen Schwefelsäure wird den Eigenschaften des Abwassers angepasst und beträgt in der Regel 25–30 kg/m³, um den pH-Wert des Abwassers auf unter 2 zu senken. Die bei der Schwefelsäurezugabe freigesetzte Wärme kann die Reaktion beschleunigen und die Umwandlung freier Cyanidionen im Abwasser in flüchtiges HCN erleichtern.

Schritt 3: HCN-Erzeugung und -Trennung

In der stark sauren Umgebung des Versäuerungssprühturms wird die Umwandlung von Cyanid in HCN gefördert. Das gebildete HCN-Gas wird anschließend von einem Vakuum-Radialventilator abgesaugt und gelangt in die nächste Stufe – den Alkali-Absorptionsturm. Gleichzeitig beginnen sich mit sinkendem pH-Wert einige Schwermetallionen im Abwasser zu verändern. Beispielsweise kann die Konzentration von Kupferionen im Abwasser sinken, und einige Schwermetalle beginnen, Niederschläge zu bilden.

Schritt 4: Absorption und Rückgewinnung von Natriumcyanid

Das HCN-Gas gelangt in den Alkaliabsorptionsturm und wird von einer 20–30%igen NaOH-Lösung absorbiert. Die Absorptionsflüssigkeit im Turm wird recycelt, wobei ein Ventilator während des Recyclingprozesses die wiederholte Absorption des HCN-Gases gewährleistet. Mit fortschreitender Absorptionsreaktion steigt die NaCN-Konzentration in der Absorptionsflüssigkeit allmählich an. Sobald die NaCN-Konzentration 10–12 % erreicht hat, kann die Flüssigkeit dem Laugungsprozess zur Wiederverwendung zugeführt werden, wodurch Natriumcyanid zurückgewonnen wird.

Schritt 5: Schwermetallfällung und -trennung

Da einige Schwermetall-Cyanid-Komplexe im Abwasser nach der HCN-Freisetzung unter sauren Bedingungen abgebaut wurden, kann eine weitere Behandlung zur Ausfällung der Schwermetalle durchgeführt werden. Beispielsweise kann durch die Einstellung des pH-Werts des Abwassers in den alkalischen Bereich Schwermetallhydroxide gebildet werden, die ausfallen. Anschließend können Fest-Flüssig-Trennverfahren wie Filtration oder Sedimentation eingesetzt werden, um die ausgefällten Schwermetalle vom Abwasser zu trennen und so deren Entfernung und Rückgewinnung zu erreichen.

Vorteile der Versäuerungsrückgewinnungsmethode

Ressourcenrecycling

Mit dem Ansäuerungsverfahren lässt sich Natriumcyanid effektiv aus cyanidhaltigem Abwasser zurückgewinnen. Dieses kann in relevanten industriellen Prozessen wiederverwendet werden. Dadurch wird der Verbrauch von neuem Natriumcyanid reduziert und die Produktionskosten gesenkt. Gleichzeitig können auch Schwermetalle zurückgewonnen werden, wodurch Abfälle zu wertvollen Ressourcen werden.

Kosteneffizienz

Im Vergleich zu anderen Behandlungsmethoden, die sich ausschließlich auf die Zerstörung von Cyanid konzentrieren, reinigt die Versäuerungsrückgewinnungsmethode nicht nur das Abwasser, sondern gewinnt auch wertvolle Substanzen zurück. Obwohl Säure und Lauge verbraucht werden, kann der Wert des zurückgewonnenen Natriumcyanids und der Schwermetalle einen Teil der Behandlungskosten decken, was die Gesamtbehandlung langfristig kostengünstiger macht.

Umweltfreundlichkeit

Durch die Rückgewinnung von Natriumcyanid und Schwermetallen wird die Schadstoffmenge im Abwasser deutlich reduziert. Das behandelte Abwasser weist einen geringeren Cyanid- und Schwermetallgehalt auf, was die nachfolgende Einleitung oder Weiterbehandlung erleichtert und die negativen Auswirkungen auf die Umwelt verringert.

Verbrauch im Versauerungsrückgewinnungsprozess

Der Verbrauch des Versäuerungsverfahrens zur Rückgewinnung von cyanidhaltigem Abwasser umfasst hauptsächlich Schwefelsäure, Natronlauge (NaOH), Kalk und Strom. Im Winter muss das Abwasser vorgewärmt werden, daher wird auch Dampf verbraucht.

1. Säureverbrauch

• Umwandlung von Cyanid in HCN : Die zur Umwandlung von Cyanid im Abwasser in HCN benötigte Menge an Schwefelsäure hängt von der Cyanidkonzentration im Abwasser ab. Beispielsweise ist zur Behandlung von 1 m³ Abwasser mit einer Cyanidkonzentration von 5000 ppm eine bestimmte Menge Schwefelsäure erforderlich.

• Abwasseransäuerung : Neben der Säure zur Cyanidumwandlung wird zusätzliche Säure verwendet, um den pH-Wert des Abwassers auf das gewünschte Niveau einzustellen. Die benötigte Menge, um den pH-Wert unter 2 zu senken, ist ein wichtiger Faktor.

• Reaktion mit Alkali im Abwasser : Im Abwasser können einige alkalische Substanzen enthalten sein, die mit Schwefelsäure reagieren, aber im Allgemeinen ist dieser Verbrauch relativ gering im Vergleich zu den Mengen, die für die Cyanidumwandlung und die Ansäuerung verwendet werden.

• Reaktion mit Carbonat in Abfällen : Weisen die cyanidhaltigen Rohstoffe einen hohen Carbonatgehalt auf , wie beispielsweise in manchen Cyanid-Rückständen, reagiert das Carbonat mit der Säure zu Kohlendioxid. In solchen Fällen steigt der Schwefelsäureverbrauch deutlich an, und diese Materialien eignen sich möglicherweise nicht optimal für die Behandlung mittels Säurerückgewinnung.

2. Alkaliverbrauch : Im Alkaliabsorptionsturm wird Ätznatron (NaOH) verwendet, um HCN zu absorbieren und NaCN zu bilden. Die verbrauchte NaOH-Menge hängt von der Menge des erzeugten HCN und der Absorptionseffizienz ab.

3. Kalkverbrauch : In manchen Fällen wird Kalk bei der nachfolgenden Abwasserbehandlung eingesetzt, beispielsweise zur pH-Wert-Einstellung für die Schwermetallfällung. Die benötigte Kalkmenge hängt von der Art und Konzentration der Schwermetalle im Abwasser sowie dem erforderlichen pH-Wert-Bereich ab.

4. Strom- und Dampfverbrauch : Im Prozess wird Strom für Geräte wie Pumpen, Ventilatoren und Vakuum-Radialventilatoren benötigt. Im Winter wird Dampf zur Vorwärmung des Abwassers verbraucht, um die für die Reaktion erforderliche Temperatur zu erreichen.

Fazit

Die Ansäuerungsrückgewinnungsmethode für cyanidhaltiges Abwasser zur Rückgewinnung von Natriumcyanid und Schwermetallen ist eine umfassende und effektive Behandlungstechnologie. Durch die Befolgung spezifischer Prozessschritte können nicht nur giftiges Cyanid und Schwermetalle aus dem Abwasser entfernt, sondern auch wertvolle Ressourcen recycelt werden. Obwohl der Prozess mit einem gewissen Material- und Energieverbrauch verbunden ist, bietet er angesichts seiner ökologischen und wirtschaftlichen Vorteile breite Anwendungsmöglichkeiten in der Behandlung cyanidhaltiger Abwässer. Im praktischen Betrieb sind jedoch aufgrund der Toxizität von HCN-Gas strenge Sicherheitsmaßnahmen erforderlich. Gleichzeitig ist eine kontinuierliche Optimierung der Prozessparameter erforderlich, um die Rückgewinnungseffizienz zu verbessern und die Kosten zu senken.