Investigación sobre el método de recuperación de cobre en aguas residuales de la galvanoplastia con cianuro

1. Introducción

Establecer un modelo de galvanoplastia respetuoso con el medio ambiente y que ahorre recursos es actualmente uno de los dos pilares del desarrollo sostenible de la industria de la galvanoplastia. En el contexto de la escasez de metales no ferrosos a nivel mundial y el continuo aumento del coste de los materiales metálicos para la galvanoplastia, la adopción de tecnologías de galvanoplastia que ahorren recursos ha atraído gran atención. Las empresas chinas de galvanoplastia tienen un historial de desarrollo relativamente corto. En sus inicios, se caracterizaron por la escasez de fondos y una tecnología atrasada. La mayoría de las pequeñas fábricas de galvanoplastia desconocen la recuperación de materiales metálicos en las aguas residuales de la galvanoplastia, y mucho menos la investigación sobre métodos de recuperación. cianuro En las aguas residuales del cobreado y la galvanoplastia de aleaciones de cobre, los precipitados de cobre divalente formados tras la descomposición del cianuro son partículas finas, lo que dificulta su precipitación y separación, además de resultar en altos costos. Por lo tanto, es urgente estudiar nuevos procesos de recuperación.

2. Principios del método

2.1 Tratamiento de aguas residuales del recubrimiento de cobre con cianuro y de las aleaciones de cobre

En el proceso tradicional de descomposición del cianuro mediante hipoclorito de sodio, el pH de las aguas residuales que contienen cianuro debe ajustarse a 11-12, generalmente mediante la adición de hidróxido de sodio. Durante el proceso de descomposición del cianuro, el cianuro se convierte en Carbono El dióxido de carbono y el nitrógeno, junto con los iones de cobre monovalentes, se oxidan a iones de cobre divalentes, que luego forman finas partículas de carbonato básico de cobre suspendidas en las aguas residuales. La sedimentación natural tarda más de un día y aun así no se logra la precipitación completa. Se requiere una gran cantidad de coadyuvante de coagulación y floculante para lograr la precipitación y separación completas. En el pasado, cuando no se recuperaba el cobre, las aguas residuales después de la descomposición del cianuro se mezclaban con las aguas residuales ácidas, que se trataban mediante el método de cal. El carbonato básico de cobre se adsorbía en los precipitados de las aguas residuales y finalmente precipitaba y se separaba.

El nuevo proceso de descarbonización consiste en añadir cal para ajustar el pH. El dióxido de carbono generado durante la descarbonización reacciona con el óxido de calcio para formar carbonato de calcio. Simultáneamente, el carbonato de cobre básico coprecipita con el carbonato de calcio para formar precipitados de partículas grandes.

2.2 Tratamiento de otras aguas residuales que contienen cobre

Los iones de cobre divalentes presentes en las aguas residuales ácidas del cobre brillante reaccionan con la cal para formar hidróxido de cobre, y el ácido sulfúrico reacciona con la cal para formar sulfato de calcio y agua. En las aguas residuales del cobre pirofosfato, el radical pirofosfato y los iones de cobre se encuentran en forma de complejo. Al tratarse con cal, el radical pirofosfato reacciona con el óxido de calcio para formar un precipitado de pirofosfato de calcio, y los iones de cobre reaccionan con el óxido de calcio para formar hidróxido de cobre.

3. Proceso de recuperación

3.1 Composición de las aguas residuales que contienen cobre

Las aguas residuales que contienen cobre incluyen varios tipos, como las aguas residuales del cobreado con cianuro, las de aleación de cobre-zinc, las de aleación de cobre-estaño, las de cobreado brillante ácido y las de pirofosfato de cobre. Las aguas residuales del cobreado con cianuro, las de aleación de cobre-zinc y las de aleación de cobre-estaño fluyen al tanque de ajuste de aguas residuales con cianuro, mientras que las aguas residuales del cobreado brillante ácido y las de pirofosfato de cobre fluyen al tanque de ajuste de aguas residuales con cobre. Las aguas residuales del cobreado con cianuro y las de aleación de cobre contienen agentes complejantes como Cianuro de sodio, tartrato de potasio y sodio, y tiocianato de amonio, que forman complejos con iones de cobre. Las aguas residuales del recubrimiento de pirofosfato de cobre contienen complejos de pirofosfato de cobre. Las aguas residuales del recubrimiento de cobre con cianuro y de aleaciones de cobre representan aproximadamente el 90 % del total de aguas residuales con contenido de cobre, mientras que las aguas residuales del recubrimiento de cobre brillante ácido y del recubrimiento de pirofosfato de cobre representan aproximadamente el 10 %.

3.2 Proceso de oxidación de complejos de cobre

Antes de la recuperación del cobre, es necesario romper los complejos de cobre en las aguas residuales de galvanoplastia y oxidar los iones Cu⁺ a iones Cu²⁺. Se utiliza un método combinado de solución de hipoclorito de sodio y peróxido de hidrógeno para romper el cianuro y los agentes complejantes como el tartrato de sodio y potasio. Hay tres tanques de ruptura de cianuro. Las aguas residuales que contienen cianuro y las que contienen cobre se bombean al tanque de ruptura de cianuro de primera etapa. Se agrega lechada de cal para ajustar el pH a 11-12, y la cantidad de lechada de cal se ajusta mediante el sistema de control de pH. Al mismo tiempo, se agrega solución de hipoclorito de sodio para romper el cianuro. Se agrega peróxido de hidrógeno al tanque de ruptura de cianuro de segunda etapa para continuar rompiendo el cianuro y oxidando los agentes complejantes como el tartrato de sodio y potasio. Debido a la baja velocidad de reacción, se agrega un tanque de ruptura de cianuro de tercera etapa. En el tanque de descianuración de tercera etapa, se verifica la eliminación de cianuro y de agentes complejantes como el tartrato de sodio y potasio según los datos del análisis químico y la experiencia. Al completarse la reacción de oxidación, el Cu⁺ de las aguas residuales se convierte completamente en Cu²⁺, formándose precipitados básicos de carbonato de cobre e hidróxido de cobre. Durante este proceso, tras la reacción de las aguas residuales del pirofosfato de cobre con la cal, se rompe el complejo formado por el cobre y el radical pirofosfato, formándose hidróxido de cobre. Los datos del análisis muestran que este proceso permite que las aguas residuales cumplan con los estándares de vertido. La adición de cal para ajustar el pH y precipitar los iones de cobre reduce el coste del tratamiento, y la cal también actúa como coadyuvante de coagulación y precipita completamente el radical pirofosfato.

3.3 Recuperación de Cobre

En el proceso descrito, los iones de cobre presentes en las aguas residuales de galvanoplastia se convierten en precipitados de carbonato de cobre básico. Si se añade una cantidad elevada de cal, los iones de cobre también pueden convertirse en precipitados de hidróxido de cobre. Dado que la cal es necesaria para precipitar el radical pirofosfato en las aguas residuales de galvanoplastia, la cantidad de cal añadida debe ser mínima. El coste de la cal es muy bajo y puede añadirse en cantidades adecuadas durante el proceso de tratamiento.

Tras el tratamiento de las aguas residuales con cianuro y cobre en los tanques de desintegración de cianuro de tres etapas, estas fluyen al tanque de floculación. Se añade pirosulfito de sodio al tanque de floculación para reducir el exceso de peróxido de hidrógeno, y se añade floculante de poliacrilamida para aumentar el tamaño de las partículas precipitadas. Si no se añade pirosulfito de sodio al tanque de floculación, el peróxido de hidrógeno residual tras la desintegración del cianuro se descompone para producir oxígeno, que se adsorbe en la superficie de las partículas precipitadas y provoca su flotación. La cantidad de pirosulfito de sodio añadida debe ser suficiente para que las partículas precipitadas no floten, y un exceso adecuado es aceptable.

Tras pasar por el tanque de floculación, las aguas residuales fluyen al tanque de sedimentación tubular inclinado. Una vez separados los precipitados del agua, estos ingresan al tanque de espesamiento de sedimentación y se filtran mediante un filtro prensa. La torta de filtración se recupera y el filtrado regresa al tanque de ajuste. Una empresa profesional adquiere la torta de filtración recuperada, que contiene cobre, y la envía a un fabricante especializado para la producción de sulfato de cobre, o bien puede utilizarse para la producción de cobre electrolítico.

4. Beneficios

Se generan aguas residuales con contenido de cobre en cuatro talleres de galvanoplastia. Los datos de análisis y monitoreo muestran que la concentración másica promedio de cobre en... aguas residuales del recubrimiento de cobre con cianuro es de 345 mg/L, es decir, cada tonelada de aguas residuales contiene 0.345 kg de cobre. La cantidad total mensual de aguas residuales de galvanoplastia con cianuro es de aproximadamente 4600 t, con un contenido de 1587 kg de cobre. Junto con el cobre presente en otras aguas residuales que contienen cobre, se pueden recuperar unos 1700 kg de cobre al mes. Los ingresos mensuales de la empresa por la venta de lodos que contienen cobre son de 30.000 a 40.000 RMB. La recuperación de cobre de las aguas residuales de galvanoplastia evita el consumo ineficiente de cobre metálico, lo que no solo reduce el coste de la galvanoplastia, sino que también reduce la contaminación secundaria de los lodos de galvanoplastia al medio ambiente, generando importantes beneficios económicos y sociales.

5. Conclusión

La industria de la galvanoplastia es altamente contaminante. En la situación actual, donde los procesos y tecnologías de tratamiento de aguas residuales de galvanoplastia en China son relativamente atrasados, el estudio activo de los métodos de recuperación de metales no ferrosos en estas aguas es fundamental para establecer un modelo de galvanoplastia que ahorre recursos y sea respetuoso con el medio ambiente, y para mantener el desarrollo sostenible de la industria. El método de tratamiento de aguas residuales de la galvanoplastia con cianuro y otras aguas residuales que contienen cobre para recuperar el cobre mediante cal, estudiado en este artículo, ha mostrado buenos resultados en aplicaciones prácticas, lo que representa una vía viable para el desarrollo sostenible de la industria de la galvanoplastia.