Tsüaniidi kulla ekstraheerimise reoveepuhastusprotsess

Praegu on tsüaniidiga kulla ekstraheerimise meetod Hiinas üks peamisi küpseid kulla sulatamise protsesse. See kasutab tsüaniidilahust kulla eraldamiseks maakidest, mida iseloomustab kõrge saagikuse määr, hea kohanemisvõime maagi omadustega ja võime toota kulda kohapeal. Alates tsüaniidilahuse esmakordsest kasutamisest kulla leostamiseks maakidest 1887. aastal on seda meetodit laialdaselt kasutatud tänaseni. Tsüaniidiga kulla ekstraheerimine tekitab aga suures koguses mürgiseid ja kahjulikke aineid, mis kujutavad endast suurt ohtu ümbritsevale keskkonnale ja inimestele. Seetõttu on kahju vähendamiseks vaja uurida tsüaniidiga kulla ekstraheerimise reovee puhastusmeetodeid. Suur hulk teadlasi on kokku võtnud tsüaniidi sisaldava reovee puhastusmeetodid, keemilised põhimõtted ja arengusuunad, kuid enamik neist käsitleb ainult ühte või kahte meetodit. Seetõttu analüüsib see artikkel üksikasjalikult erinevaid tööstuses praegu kasutatavaid tsüaniidiga kulla ekstraheerimise reovee puhastusmeetodeid, võrdleb iga meetodi eeliseid, puudusi ja rakendusstsenaariume, millel on teatav suunav tähtsus sarnaste rakenduste jaoks tegelikus tootmises.

I. Tsüaniidkulla kaevandamise reovee allikad ja ohud

Tsüaniidi abil kulla ekstraheerimise peamine põhimõte on see, et aeroobses keskkonnas reageerib naatriumtsüaniid kullaga, moodustades kullakomplekse, mis seejärel lahustatakse. Seejärel saab kulda ekstraheerida rikastamise teel aktiivsöe adsorptsiooni teel või asendada kuldtsüaniidist tsinkpulbriga. Samal ajal moodustavad komplekse ja lahustuvad ka teised raskmetallid, näiteks hõbe, vask ja tsink.

Reaktsioonis kasutatavad tsüaniidid ja tekkivad kompleksid on kõik mürgised ja kahjulikud ained. Naatriumtsüaniid hüdrolüüsub kergesti ja on 1. klassi väga mürgine aine, mille surmav annus on 0.10 g. Kui tsüaniidid lekivad veekogudesse , on need vees elavatele organismidele äärmiselt kahjulikud ning kujutavad endast suurt ohtu inimestele ja ümbritsevale keskkonnale. Seetõttu on tsüaniidi kulla ekstraheerimisel tekkinud reovee puhastamine väga oluline.

II. Tsüaniidkulla ekstraheerimise reovee peamised puhastusmeetodid

Leeliselise kloorimise meetod

Leeliseline kloorimine on praegu üks levinumaid meetodeid tsüaniidi sisaldava reovee puhastamiseks tsüaniidi kulla ekstraheerimisel. See kasutab peamiselt klooripõhiseid oksüdeerijaid, et oksüdeerida reovees sisalduvaid tsüaniide leeliselistes tingimustes, muutes need mittetoksilisteks aineteks. Leeliselise kloorimise tsüaniidi lagundav protsess jaguneb kahte etappi:

Esimene etapp on tsüaniidi oksüdeerimine tsüanaadiks, mida nimetatakse "mittetäieliku oksüdeerimise" etapiks. CN⁻ reageerib OCl⁻-ga, moodustades esmalt CNCl⁻, ja seejärel hüdrolüüsub CNO⁻-ks. Tuleb märkida, et CNCl⁻ on happelises keskkonnas väga lenduv ja mürgine. Seetõttu tuleb töötamise ajal pH väärtust rangelt kontrollida, et see oleks aluselises olekus.

Teine etapp on tsüanaadi edasine oksüdeerimine süsinikdioksiidiks ja lämmastikuks, mida nimetatakse "täieliku oksüdeerimise" etapiks. Tsüaniidi lagundamisprotsessi ajal on pH väärtusel oksüdatsioonireaktsioonile suur mõju. Esimese etapi oksüdatsiooni pH väärtust tuleks kontrollida vahemikus 10–11 ja reaktsiooniaeg on 10–15 minutit. Teise etapi oksüdatsiooni pH väärtust tuleks kontrollida vahemikus 6.5–7.0 ja reaktsiooniaeg on 10–15 minutit.

Teatud kaevanduses kasutatakse tsüaniidijäägi suspensiooni (tsüaniidisisaldusega 200 mg/l) ja settepaagi imbvee (tsüaniidisisaldusega 5 mg/l) töötlemiseks leeliselist kloorimismeetodit. pH väärtust hoitakse vahemikus 10–11 ja pleegituspulbrit lisatakse segamiseks ja loksutamiseks vahekorras 35–40 korda tsüaniidi sisaldusest. Pärast paksendajas setitamist saab tsüaniidi kogusisaldust vähendada 0.1 mg/l-ni.

Aluseline kloorimismeetod on tsüaniidi sisaldava reovee puhastamiseks kõige sagedamini kasutatav meetod ja pleegituspulber on kõige sagedamini kasutatav klooripõhine oksüdeerija. See meetod sobib tsüaniidi kulla ekstraheerimise reovee puhastamiseks nii kõrge kui ka madala kontsentratsiooniga. See suudab eemaldada ka tiotsüanaati ja tsüaniidi sisaldavaid komplekse (välja arvatud ferrotsüaniidkompleksid). Ravim on laialdaselt saadaval, tekkivat jäätmejääki on lihtne filtreerida ja selle kasutamine on lihtne. Pleegituspulbri kasutamisel reovee puhastamiseks on aga töökeskkond suhteliselt karm. Nüüd kasutavad mõned ettevõtted selle asemel pleegitusvedelikku või kloordioksiidi, mis parandab teatud määral töökeskkonda. Kuid reaktsiooniprotsessi käigus tekivad mürgised gaasid ja see on seadmetele suhteliselt söövitav. Ravimi hind ja hoolduskulud on suhteliselt kõrged.

Raudsoola komplekseerimise meetod

Raud(II)soola komplekseerimise meetod on viimastel aastatel esile kerkinud tsüaniidist kulla ekstraheerimise reovee puhastusmeetod. Reaktsiooni pH väärtuse reguleerimisega vahemikus 7–8 reageerivad raud(II)ioonid vaba tsüaniidi ja mõnede tsüaniidkompleksidega tsüaniidist kulla ekstraheerimise reovees, moodustades saendi.

Katsed on näidanud, et üldiselt ei saa tsüaniidi kulla ekstraheerimise reovee puhastamiseks lisada ainult raud(II)sulfaati, et see vastaks heitvee standarditele. Seetõttu tuleb töödeldud reoveele tsüaniidi sügaveraldamiseks lisada üldist oksüdeerijat. Kui tingimused on hästi kontrollitud, saab oksüdeerija otse töötlemiseks lisada ilma sadet eraldamata ja saavutada ka heitvee standardi. Sellel on positiivne tähtsus võrreldes traditsioonilise meetodiga, kus kõigepealt eraldatakse ja seejärel töödeldakse.

Teatud kullasulatustehas kasutab tsüaniidivaese vedeliku töötlemiseks naatriumsulfiidi ja raud(II)sulfaadi meetodit. Sissevoolu tsüaniidi sisaldus on 2500 mg/l. Pärast töötlemist on väljavoolu tsüaniidi sisaldus alla 20 mg/l, eemaldamismäär on 99.2%, mis näitab märkimisväärseid tulemusi. Järgnev süvatöötlus kasutab naatriummetabisulfit-õhu meetodit, et vähendada tsüaniidi kogusisaldust alla 0.4 mg/l.

Raud(II)soolade komplekseerimise meetod on uus ja arenev puhastusmeetod, mida kasutatakse peamiselt kõrge kontsentratsiooniga tsüaniidi sisaldava reovee puhastamiseks. Selle protsess on lihtne, ühekordne investeering on väike, seda on lihtne kasutada, ravim (peamiselt raud(II)sulfaat) on laialdaselt saadaval, odav ja hõlpsasti kasutatav. Kuna raud(II)sulfaadi lahus on happeline, muutub tsüaniidi ja kulla ekstraheerimise reoveega segamisel piirkond happeliseks ja on võimalik vesiniktsüaniidgaasi teke. Lisaks ei suuda see eemaldada tiotsüanaati ja töödeldud reovesi vajab heitvee standarditele vastamiseks siiski põhjalikku puhastamist.

Naatriummetabisulfit - õhu meetod

Naatriummetabisulfit-õhu meetod on välja töötatud vääveldioksiidi-õhu meetodist. See kasutab peamiselt naatriummetabisulfiti ja õhu sünergistlikku mõju reovee tsüaniididele teatud pH vahemikus koos vaseioonide katalüütilise toimega, et oksüdeerida CN⁻ CNO⁻-ks.

Kui tsüaniidi sisaldus tsüaniidi sisaldavas reovees on kõrge, saab esmalt läbi viia eeltöötluse, et vähendada tsüaniidi kogukontsentratsiooni alla 100 mg/l. Seejärel lisatakse naatriummetabisulfiti ja vasksulfaati, juhitakse sisse piisavalt õhku ja pH väärtust kontrollitakse (üldiselt 7–8), nii et tsüaniid oksüdeerub tsüanaadiks, mis seejärel hüdrolüüsitakse vesinikkarbonaatioonide ja ammoniaagi moodustamiseks.

Naatriummetabisulfit-õhu meetod sobib madala kontsentratsiooniga tsüaniidiga kulla ekstraheerimise reovee puhastamiseks. Ravimi annus on väike, töömahukus madal, kuid eelnev investeering on suhteliselt suur ja vaja on lisada seadmeid, näiteks puhureid. Protsessiindikaatorite nõuded on suhteliselt ranged ja pH väärtuse kontrollimine on väga oluline. Katalüsaatorina tuleb lisada ka vasksulfaati. Reaktsiooniaeg on pikk. Kui töötlemine ei ole õige, tekib suur hulk ammooniumiioone ja tekkinud räbu on raske filtreerida. Kohapeal tekib väike kogus ammoniaagigaasi, millel pole tiotsüaniidide eemaldamisele mingit mõju.

Vesinikperoksiidi oksüdatsioonimeetod

Vesinikperoksiidi oksüdeerimismeetod seisneb tsüaniidide oksüdeerimises CNO⁻-ks normaaltemperatuuril, aluselistes (pH = 10–11) tingimustes, Cu²⁺ katalüsaatori abil, ja seejärel nende hüdrolüüsimises mittetoksilisteks aineteks. Komplekstsüaniidid (Cu, Zn, Pb, Ni, Cd kompleksid) dissotsieeruvad samuti tsüaniidide lagunemise tõttu neis. Ferrotsüaniidioonid ja muud raskmetalliioonid moodustavad ferrotsüaniidi komplekssooli ja eemaldatakse. Lõpuks saab töödeldud reovees tsüaniidi kogukontsentratsiooni vähendada alla 0.5 mg/l.

See meetod sobib madala kontsentratsiooniga tsüaniidi sisaldava reovee puhastamiseks. Vesinikperoksiidi puhastusseadmed on lihtsad ja automaatse juhtimisega. Tekkinud tsüanaat peab aga teatud aja jooksul lagunema CO₂-ks ja NH₃-ks. Puudusteks on see, et vase kasutamine katalüsaatorina võib põhjustada vase taseme ületamist väljavooluvees, tooraine hind on suhteliselt kõrge, tiotsüaniide ei saa oksüdeerida ja tekivad ammooniumiioonid. Tegelikult on reoveel siiski teatav toksilisus. Lisaks, kuna vesinikperoksiid on oksüdeerija, on sellel suur söövitav toime ning transportimisel ja kasutamisel esinevad teatud raskused ja ohud.

Hapestamise meetod

Tsüaniidivaese vedeliku töötlemisel hapestamismeetodi kasutamisel on selle reaktsioonimehhanism suhteliselt keeruline, hõlmates peamiselt kolme protsessi: tsüaniidi sisaldava reovee hapestamisprotsess, HCN-gaasi eraldamise ja absorbeerimise protsess ning eraldatud vedeliku neutraliseerimisprotsessi.

(1) Hapestamisreaktsioon: Tsüaniidivaene vedelik hapestatakse ja puhastatakse happega. Vaeses vedelikus olevad komplekstsüaniidid moodustavad lahustumatuid saendikuid, näiteks CuCN, CuSCN ja Zn₂Fe(CN)₆, mis eemaldatakse, samal ajal tekib vesiniktsüaniid.

(2) Lendumis- ja absorptsioonireaktsioon: Enne hapustamist kuumutatakse vaest vedelikku umbes 30 ℃-ni. Kuna HCN keemistemperatuur on vaid 26.5 ℃, on see äärmiselt lenduv. Seetõttu kasutatakse hapustamismeetodis gaasi ja vedeliku kahe faasi vahelise kontakti tagamiseks massiülekandeseadmena täidetud torni, mis hõlbustab HCN eraldamist ja absorbeerimist.

(3) Neutraliseerimisreaktsioon: Happega eraldatud jääkvedeliku neutraliseerimiseks kasutatakse lupja või vedelat leelist. Lahuses olevad jääk-HCN-molekulid muundatakse CN⁻-vormiks. Hapestamismeetodi abil saab tsüaniidi sisaldavast reoveest naatriumtsüaniidi eraldada ja ressursse taaskasutada. Sellel meetodil on aga seadmete tihendamisele kõrged nõuded, suhteliselt suur eelnev investeering, kõrgetasemelised käitusoskused ja seadmete hooldus on keeruline. Samuti on teatud ohutusriskid. Pärast taaskasutamist tekkiv reovesi vajab väljalaskestandarditele vastamiseks põhjalikku töötlemist.

Elektrolüüsi meetod

Elektrolüüsimeetod kasutab reovees sisalduvate tsüaniidide lagundamiseks elektrokeemilisi redoksreaktsioone. Ioonelektrolüüsi käigus kaotavad tsüaniidid anoodil elektrone ja oksüdeeruvad tsüanaadiks, karbonaadiks, lämmastikuks või ammooniumiks. Tsüanaat oksüdeerub edasi CO₂-ks ja H₂O-ks. Peamised reaktsioonid on:

CN⁻ + 2OH⁻ - 2e → CNO⁻ + H24O (XNUMX)

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

Elektrolüüsikatsed, milles kasutati isevalmistatud keraamilist pliioksiidi elektroodivarda ja roostevabast terasest katoodplaati, on tõestanud, et tsüaniidi sisaldava reovee töötlemisel elektrolüüsimeetodi abil saab pärast 2-tunnist elektrolüüsi vähendada CN⁻ kontsentratsiooni 385 mg/l-lt 58 mg/l-ni ja Cu²⁺ kontsentratsiooni 450 mg/l-lt 48 mg/l-ni. Lisaks kasutab Hunan Zhongnan Gold Smelter tsüaniidi kulla ekstraheerimise reovee töötlemiseks elektrokeemilist meetodit, mis vähendab tsüaniidi koguhulka 4 g/l-lt 0.8 g/l-ni. Erinevus eelnevast seisneb selles, et nii anood- kui ka katoodplaadid on valmistatud raudplaatidest. Tööprotsessi käigus ei tarbita mitte ainult elektrienergiat, vaid ka raudplaate ennast.

Elektrolüüsi meetodit kasutatakse peamiselt kõrge kontsentratsiooniga tsüaniidi sisaldava reovee puhastamiseks. Seadmed võtavad enda alla väikese ala, protsess on lihtne ja hõlpsasti juhitav, kuid tarbib palju elektrienergiat ja tegevuskulud on kõrgemad kui aluselise kloorimise meetodil. Tsüaniidi eemaldamise kiirus on keskmine ja see ei mõjuta tsüaniidkomplekside eemaldamist.

Praegu on tsüaniidi kulla ekstraheerimise reovee puhastusmeetodite hulgas laialdaselt kasutusel aluseline kloorimismeetod, hapestamismeetod ja naatriummetabisulfit-õhu meetod. Elektrolüüsimeetod ja raud(II)soola komplekseerimismeetod on uued meetodid, mida on edukalt rakendatud tööstuslikus töötlemises. Vesinikperoksiidi oksüdeerimismeetod on peamiselt erakorraline puhastusmeetod. Tsüaniidi kulla ekstraheerimise reovee töötlemiseks on palju teisi puhastusmeetodeid, näiteks looduslik puhastusmeetod, bioloogiline meetod, membraaneraldusmeetod, ioonvahetusmeetod jne. Tööstuslike rakendustena on neil kõigil aga teatud piirangud ja need vajavad pidevat täiustamist.