Meetodid ja protsessid tsüaniidi eemaldamiseks sulfiidmaakide pinnalt

1. Sissejuhatus

Metallurgia valdkonnas, eriti kulla kaevandamisel ja sulfiidimaakide töötlemisel, tekitab tsüaniidi olemasolu sulfiidimaakide pinnal olulisi väljakutseid. Tsüaniidi kasutatakse laialdaselt tsüaniidleostusprotsessis kulla ekstraheerimiseks, kuna see suudab moodustada kullaga komplekse, mis hõlbustab selle lahustumist. Pärast leostamisprotsessi sulfiidimaakide pinnale jäänud tsüaniid aga mitte ainult ei põhjusta keskkonnareostust, vaid pärsib ka sulfiidimineraalide edasist rikastamist, vähendades väärtuslike metallide üldist taaskasutusmäära. Seetõttu on sulfiidimaakide pinnalt tsüaniidi eemaldamise tõhusate meetodite väljatöötamine ülioluline mineraalide säästva töötlemise ja keskkonnakaitse jaoks.

2. Tsüaniidiga seotud probleemid sulfiidmaagi pindadel

2.1 Keskkonnamõju

Tsüaniid on väga mürgine aine. Kui sulfiidimaagid, mille pinnale on adsorbeerunud tsüaniid, satuvad keskkonda, võib tsüaniid järk-järgult välja leostuda ja saastata pinnast, veeallikaid ja õhku. Isegi madalates kontsentratsioonides võib tsüaniid olla äärmiselt kahjulik veeorganismidele, taimedele ja inimeste tervisele. Näiteks mõnes kaevanduspiirkonnas, kus on toimunud tsüaniidi sisaldavate jäätmete ebaõige kõrvaldamine, on lähedalasuvates veekogudes täheldatud lahustunud hapniku sisalduse olulist vähenemist, mille tulemuseks on kalade ja muu veeelustiku surm.

2.2 Sulfiidmineraalide rikastamise pärssimine

Sulfiidimaakide, näiteks püriidi, kalkopüriidi ja sfaleriidi pinnale adsorbeerunud tsüaniid võib mineraali pinnale moodustada passiivkihi. See kile vähendab sulfiidmineraalide reaktsioonivõimet järgneva flotatsiooni või muude rikastusprotsesside ajal. Näiteks vase sisaldavate sulfiidimaakide flotatsioonil võib tsüaniidi olemasolu kalkopüriidi pinnal nõrgendada selle interaktsiooni kollektoritega, mistõttu on vaskmineraalide efektiivne eraldamine aherainest keeruline, vähendades seeläbi vasekontsentraatide puhtust ja taaskasutusmäära.

3. Tsüaniidi eemaldamise meetodid sulfiidmaakide pinnalt

3.1 Happe aktiveerimise meetod

3.1.1 Põhimõte

Happega aktiveerimise meetod kasutab peamiselt happeid, näiteks väävelhapet või oblikhapet, et reageerida sulfiidimaakide pinnal olevate tsüaniidi sisaldavate ühenditega. Happe lisamisel lagunevad tsüaniidi ja metalli kompleksid. Selle tulemusena tekib vesiniktsüaniidgaas. Kuid hästi kavandatud protsessis saab seda lenduvat vesiniktsüaniidi sobivate absorptsioonisüsteemide abil eraldada ja taaskasutada.

3.1.2 Protsessi etapid

1. Maagimassi ettevalmistamine : esmalt segatakse sulfiidimaagi jäätmed pinnale adsorbeeritud tsüaniidiga veega, et saada ühtlane maagimass. Maagimassi tahke ja vedela aine suhe reguleeritakse tavaliselt maagi omaduste ja konkreetsete protsessinõuete alusel, tavaliselt vahemikus 1:2–1:5.

2. Happe lisamine : Lisage maagimassile aeglaselt väävelhapet või oblikhapet pidevalt segades. Lisatava happe kogust tuleb hoolikalt kontrollida vastavalt maagimassi tsüaniidisisaldusele. Tavaliselt reguleeritakse maagimassi pH väärtus vahemikku 2–4 ja pH-d tuleks lisamisprotsessi ajal reaalajas pH-meetri abil jälgida.

3. Reaktsioon ja gaasi töötlemine : Pärast happe lisamist laske reaktsioonil toimuda umbes 1–3 tundi. Selle aja jooksul tekib vesiniktsüaniidgaas. Selle gaasi keskkonnareostuse vältimiseks seatakse üles gaasi kogumise ja töötlemise süsteem. Tekkinud vesiniktsüaniidgaas suunatakse leeliselise lahusega, näiteks naatriumhüdroksiidi lahusega, täidetud absorptsioonitorni. Siin reageerib vesiniktsüaniid naatriumhüdroksiidiga ja eraldatud naatriumtsüaniidi lahust saab tsüaniidprotsessis taaskasutada, kui selle kvaliteet vastab nõuetele.

3.1.3 Eelised ja miinused

• Eelised : See meetod on nii põhimõtteliselt kui ka toimimise poolest suhteliselt lihtne. See suudab tõhusalt lagundada tsüaniidi sisaldavaid ühendeid sulfiidimaakide pinnal ja sellel on potentsiaal tsüaniidi taaskasutada, vähendades tsüaniidi kasutamise üldkulusid kaevandusprotsessis.

• Puudused : Sellega kaasnevad märkimisväärsed ohutusriskid. Vesiniktsüaniidgaas on väga mürgine ja igasugune leke reaktsiooni ajal võib tekitada tõsist kahju operaatoritele ja keskkonnale. Lisaks on selles meetodis kasutatavad happed söövitavad, mis võivad kahjustada seadmeid ja torustikke, suurendades hoolduskulusid ja lühendades seadmete eluiga.

3.2 Oksüdeerija aktiveerimise meetod

3.2.1 Põhimõte

Sulfiidimaakide pinnal oleva tsüaniidi oksüdeerimiseks kasutatakse oksüdeerijaid nagu vesinikperoksiid, kaaliumpermanganaat ja osoon. Need oksüdeerijad lõhuvad tsüaniidiühendite keemilisi sidemeid, muutes tsüaniidi suhteliselt mittetoksilisteks aineteks, näiteks lämmastikgaasiks ja karbonaatideks.

3.2.2 Protsessi etapid

1. Maagi tselluloosi ettevalmistamine : Sarnaselt happe aktiveerimise meetodile valmistage sulfiidimaagi jäätmed maagi tselluloosiks sobiva tahke ja vedela aine suhtega.

2. Oksüdeerija lisamine : Lisage valitud oksüdeerija maagimassile. Lisatava oksüdeerija kogus sõltub tsüaniidi sisaldusest maagimassis ja oksüdeerija oksüdatsioonipotentsiaalist. Näiteks vesinikperoksiidi kasutamisel on annus tavaliselt 1–5 kg maagimassi tonni kohta, samas kui kaaliumpermanganaati lisatakse tavaliselt 0.5–2 kg maagimassi tonni kohta. Lisamine peaks toimuma aeglaselt, pidevalt segades, et tagada ühtlane segunemine.

3. Reaktsioon ja jälgimine : Laske oksüdeerijal reageerida maagi tselluloosis oleva tsüaniidiga 2–4 ​​tundi. Reaktsiooni ajal jälgige maagi tselluloosi oksüdatsiooni-redutseerimise potentsiaali ja tsüaniidi sisaldust. Oksüdatsiooni-redutseerimise potentsiaali väärtus võib kajastada oksüdatsioonireaktsiooni kulgu. Kui väärtus stabiliseerub ja tsüaniidi sisaldus maagi tselluloosis vastab nõutavale standardile (tavaliselt alla 0.5 mg/l), loetakse reaktsioon lõppenuks.

3.2.3 Eelised ja miinused

• Eelised : See meetod ei tekita mürgiseid ja lenduvaid gaase nagu happe aktiveerimise meetod, mistõttu on see töökeskkonnale ohutum. See suudab tsüaniidi tõhusalt oksüdeerida ja lagundada, saavutades eesmärgi eemaldada tsüaniidi sulfiidimaakide pinnalt. Lisaks on reaktsioonisaadused suhteliselt keskkonnasõbralikud.

• Puudused : Oksüdeerijate hind on suhteliselt kõrge, eriti tugevate oksüdeerijate, näiteks osooni puhul, mis suurendab sulfiidimaakide töötlemiskulusid. Lisaks mõjutavad oksüdatsioonireaktsiooni kergesti sellised tegurid nagu maagi tselluloosi pH väärtus, temperatuur ja muude lisandite olemasolu, mis nõuab reaktsioonitingimuste ranget kontrolli.

3.3 Vasesoola meetod

3.3.1 Põhimõte

Vasesoolad, näiteks vasksulfaat, lisatakse sulfiidimaagi tselluloosile koos pinnale adsorbeeritud tsüaniidiga. Vaseioonid reageerivad tsüaniidiga, moodustades lahustumatuid vask-tsüaniidi komplekse. Neid komplekse saab seejärel maagi tselluloosist eraldada tahke-vedela eraldusmeetodite abil, saavutades seeläbi tsüaniidi eemaldamise.

3.3.2 Protsessi etapid

1. Maagi tselluloosi ettevalmistamine : valmistage sulfiidimaagi jäätmed ette maagi tselluloosiks sobiva tahke ja vedela aine suhtega.

2. Vasesoola lisamine : Lisage maagimassile sobiv kogus vasksulfaati. Lisatava vasksulfaadi kogus määratakse maagimassi tsüaniidisisalduse järgi, üldiselt vaseioonide ja tsüaniidioonide molaarne suhe on 1–2:1. Vasksulfaati lisatakse tavaliselt vesilahusena ja lisamisprotsessiga peaks kaasnema pidev segamine, et tagada vaseioonide ühtlane jaotumine maagimassis.

3. Reaktsioon ja tahke-vedeliku eraldamine : Pärast vasesoola lisamist laske reaktsioonil 1-2 tundi jätkuda. Seejärel teostage maagimassi tahke-vedeliku eraldamine selliste meetoditega nagu filtreerimine või settimine. Eraldatud tahke aine sisaldab vasktsüaniidi sadet ja sulfiidmineraale, samas kui eraldatud vedelikku saab edasi töödelda, et see vastaks heitvee standardile, või taaskasutada muul otstarbel.

3.3.3 Eelised ja miinused

• Eelised : See meetod võimaldab tsüaniidi tõhusalt eemaldada sulfiidimaakide pinnalt lahustumatute sadestiste moodustamise teel. Tööprotsess on suhteliselt lihtne ning vasksulfaat on tavaline ja odav keemiline reagent, mis pakub teatud majanduslikke eeliseid.

• Puudused : Vasesoolade lisamine võib maagi tselluloosi sisse viia vase lisandeid, mis võivad mõjutada sulfiidmineraalide edasist rikastamist. Näiteks plii-tsinksulfiidimaakide flotatsioonil võivad liigsed vaseioonid aktiveerida sfaleriiti, mis takistab plii- ja tsingimeraalide eraldamist. Lisaks tuleb eraldatud vase-tsüaniidi sade nõuetekohaselt kõrvaldada, et vältida teisest reostust.

3.4 Uus komposiitreagendi meetod

3.4.1 Põhimõte

Kasutatakse mõningaid äsja väljatöötatud komposiitreagente, näiteks polüsulfiidide ja naatriummetabisulfiti kombinatsiooni. Polüsulfiidid reageerivad sulfiidimaakide pinnal olevate tsüaniidi sisaldavate ühendite väävlit sisaldavate komponentidega, samal ajal kui naatriummetabisulfit reguleerib süsteemi redokspotentsiaali ja soodustab tsüaniidi lagunemist, hõlbustades seeläbi selle eemaldamist.

3.4.2 Protsessi etapid

1. Maagi tselluloosi ettevalmistamine : valmistage sulfiidimaagi jäätmed maagi tselluloosiks.

2. Komposiitreagendi lisamine : Lisage maagimassile polüsulfiididest ja naatriummetabisulfitist koosnev komposiitreagent. Polüsulfiidide ja naatriummetabisulfiti massisuhe on tavaliselt 1:1 ning lisatava komposiitreagendi kogus määratakse maagimassi tsüaniidisisalduse ja sulfiidimaagi olemuse põhjal, jäädes üldiselt vahemikku 0.5–2 kg maagimassi tonni kohta.

3. Reaktsioon ja jälgimine : Pärast liitreaktiivi lisamist laske reaktsioonil 1–3 tundi jätkuda. Reaktsiooni ajal jälgige maagi tselluloosi tsüaniidisisaldust ja olulisi keemilisi parameetreid, nagu redokspotentsiaal ja pH väärtus. Reguleerige reaktsioonitingimusi koheselt vastavalt seiretulemustele, et tagada tsüaniidi täielik eemaldamine.

3.4.3 Eelised ja miinused

• Eelised : See meetod on hästi kohandatav erinevat tüüpi sulfiidimaakide puhul. Liitreagent toimib sünergiliselt, et eemaldada tsüaniidi tõhusalt sulfiidimaakide pinnalt. Võrreldes ühe reagendiga meetoditega võib see pakkuda paremat eemaldamise efektiivsust ja avaldada vähem mõju sulfiidmineraalide järgnevale rikastamisele.

• Puudused : Komposiitreagentide väljatöötamine ja tootmine on suhteliselt keeruline ning kulud võivad olla kõrgemad kui mõnedel traditsioonilistel ühe reagendiga meetoditel. Lisaks ei ole komposiitreagentide spetsiifiline reaktsioonimehhanism veel täielikult mõistetav, mis võib tekitada ebakindlust tegelikes tööstuslikes rakendustes.

4. Protsessi optimeerimine ja kaalutlused

4.1 Maakide eeltöötlus

Enne kui mõnda ülaltoodud meetodit kasutatakse tsüaniidi eemaldamiseks sulfiidimaagi pinnalt, on sageli vajalik maagi eeltöötlus. Näiteks kui sulfiidimaagi jäätmed sisaldavad suures koguses peeneteralisi aheraineid, saab raskesti töödeldavate peeneteraliste fraktsioonide eemaldamiseks läbi viia eelsõelumise või klassifitseerimise. See võib parandada reagendi ja sulfiidimineraalide vahelist kontakti efektiivsust pinnale adsorbeerunud tsüaniidiga ning vähendada aheraineid reaktsiooniprotsessis.

4.2 Reaktsioonitingimuste kontroll

• pH väärtus : Maagi tselluloosi pH väärtus mõjutab oluliselt reaktsiooniprotsessi. Happe aktiveerimise meetod nõuab tsüaniidi sisaldavate ühendite lagunemise soodustamiseks madalamat pH-d, samas kui oksüdeerija aktiveerimise meetod ja vasesoola meetod peavad säilitama sobiva pH vahemiku. Näiteks vesinikperoksiidi kasutamisel oksüdeerijana on maagi tselluloosi optimaalne pH väärtus tavaliselt 8–10 ja vasksulfaadi kasutamisel kontrollitakse maagi tselluloosi pH väärtust üldiselt 6–8 juures.

• Temperatuur : Reaktsioonitemperatuur mõjutab samuti reaktsiooni kiirust ja efektiivsust. Üldiselt võib temperatuuri tõstmine reaktsioonikiirust kiirendada. Mõnede reaktsioonide puhul, näiteks tsüaniidi oksüdeerimisel vesinikperoksiidiga, võib liiga kõrge temperatuur aga põhjustada oksüdandi lagunemist, vähendades oksüdeerimise efektiivsust. Seetõttu tuleb reaktsioonitemperatuuri optimeerida vastavalt konkreetsele reaktsioonisüsteemile, tavaliselt vahemikus 20–40 °C.

• Segamise intensiivsus : Piisav segamine on oluline, et tagada reagentide ühtlane jaotumine maagi tselluloosis ja suurendada reagendi ja tsüaniidi sisaldavate ainete kokkupuute tõenäosust sulfiidimaagi pinnal. Liigne segamine võib aga põhjustada tarbetut energiatarbimist ja seadmete mehaanilist kulumist. Sobiv segamise intensiivsus tuleks määrata eksperimentaalsete uuringute ja praktilise tootmiskogemuse abil.

4.3 Tahkete ja vedelate ainete eraldamine ja reovee puhastamine

Pärast tsüaniidi eemaldamise reaktsiooni sulfiidimaakide pinnalt on töödeldud sulfiidmineraalide eraldamiseks reaktsioonilahusest vaja tõhusat tahke ja vedeliku eraldamist. Tavaliselt kasutatavate tahke ja vedeliku eraldamise meetodite hulka kuuluvad filtreerimine, settimine ja tsentrifuugimine. Eraldatud reovesi sisaldab tavaliselt endiselt jääktsüaniidi ja muid lisandeid, mida tuleb heitvee standardile vastamiseks edasi töödelda. Reovee puhastamise protsessid võivad hõlmata selliseid meetodeid nagu edasine oksüdeerimine, adsorptsioon ja bioloogiline puhastamine.

5. Juhtumiuuringud

5.1 Happe aktiveerimise meetodi rakendamine kullakaevanduses

Teatud kullakaevanduses oli pärast tsüaniidleostusprotsessi sulfiidimaagi jäätmetes teatud kogus pinnale adsorbeerunud tsüaniidi. Kaevanduses kasutati töötlemiseks happeaktiveerimismeetodit. Esmalt töödeldi jäätmeid maagimassiks tahke ja vedela aine suhtega 1:3. Seejärel lisati väävelhapet, et viia maagimassi pH väärtus väärtuseni 3. Pärast 2-tunnist reageerimist koguti tekkiv vesiniktsüaniidgaas ja absorbeeriti naatriumhüdroksiidi lahuses. Pärast töötlemist langes tsüaniidi sisaldus maagimassis 5 mg/l-lt alla 0.5 mg/l-ni ja järgnev sulfiidmineraalide flotatsiooni teel saagikuse määr suurenes umbes 10%. Töötamise ajal tekitas vesiniktsüaniidi gaasi leke aga ohutusriske tööpiirkonnas ning seadmete torustikud kannatasid suhteliselt tugeva korrosiooni all.

5.2 Oksüdeerija aktiveerimise meetod polümetallsulfiidimaagi kaevanduses

Polümetallilise sulfiidimaagi kaevanduses kasutati sulfiidimaakide pinnalt tsüaniidi eemaldamiseks oksüdeerijana vesinikperoksiidi. Maagi tselluloosi pH väärtus viidi esmalt 9-ni ja seejärel lisati vesinikperoksiidi annuses 3 kg maagi tselluloosi tonni kohta. Pärast 3-tunnist reageerimist vähenes maagi tselluloosi tsüaniidi sisaldus väga madalale tasemele. Vase, plii ja tsinksulfiidi mineraalide rikastamist ei mõjutanud järelejäänud tsüaniid ning metallide üldine taaskasutusmäär paranes. Vesinikperoksiidi kõrge hind tõi aga kaasa maagi töötlemise kulude suurenemise umbes 5 dollari võrra tonni kohta.

6. järeldus

Tsüaniidi eemaldamine sulfiidimaakide pinnalt on mineraalide töötlemise valdkonnas ülioluline ülesanne. Happe aktiveerimismeetodil, oksüdeerija aktiveerimismeetodil, vasesoola meetodil ja uuel komposiitreagentide meetodil on oma eelised ja puudused. Tegelikes tööstuslikes rakendustes on vaja põhjalikult arvestada selliste teguritega nagu sulfiidimaakide olemus, keskkonnakaitsenõuded ja majanduslikud kulud, et valida kõige sobivam meetod. Samal ajal saab protsessitingimuste optimeerimise, maakide eeltöötlemise ning tahke ja vedela eraldamise ja reovee puhastamise nõuetekohase käitlemise abil veelgi suurendada tsüaniidi eemaldamise efektiivsust sulfiidimaakide pinnalt, saavutades ressursside taaskasutamise ja keskkonnakaitse eesmärgid.