روشها و فرآیندهای حذف سیانید روی سطوح معدنی سولفیدی

معرفی

در فرآیندهای فرآوری و ذوب سنگ معدن سولفید فلزات غیر آهنی، سیانید اغلب برای افزایش نرخ بازیابی فلز استفاده می‌شود. با این حال، سیانید باقی مانده روی سطح سنگ معدن سولفیدی نه تنها تأثیر منفی بر جریان‌های فرآیند بعدی دارد، بلکه باعث مشکلات جدی زیست‌محیطی نیز می‌شود. بنابراین، توسعه روش‌های کارآمد و سازگار با محیط زیست برای حذف سیانید روی سطح سنگ معدن سولفیدی از اهمیت عملی بالایی برخوردار است.

وضعیت فعلی و خطرات باقیمانده سیانید بر روی سطوح معدنی سولفید

وضعیت فعلی

در فرآیند فلوتاسیون سنتی سنگ معدن سولفید، سیانید به طور گسترده ای به عنوان یک بازدارنده استفاده می شود. این می تواند به طور انتخابی برخی از مواد معدنی ناخواسته را در سنگ معدن سولفید مهار کند، بنابراین به جداسازی کانی های هدف از کانی های گانگی دست می یابد. اما پس از فلوتاسیون، مقدار زیادی سیانید در سطح سنگ معدن سولفیدی جذب می شود. بر اساس تحقیقات مربوطه، در برخی از تغلیظ ها، محتوای سیانید روی سطح کنسانتره سنگ سولفیدی پس از فلوتاسیون می تواند به چند صد میلی گرم در کیلوگرم برسد.

خطرات

از دیدگاه تکنولوژیکی، سیانید باقیمانده در فرآیند ذوب بعدی تداخل خواهد داشت. به عنوان مثال، در حین ذوب سنگ معدن سولفید مس، سیانید با مس کمپلکس هایی تشکیل می دهد که باعث کاهش راندمان ذوب مس و افزایش مصرف انرژی می شود. از منظر زیست محیطی، سیانید یک ماده بسیار سمی است. هنگامی که فاضلاب باطله حاوی سیانید به محیط طبیعی تخلیه می شود، آب و خاک را آلوده می کند، موجودات آبزی و پوشش گیاهی اطراف را به خطر می اندازد و حتی سلامت انسان را از طریق زنجیره غذایی تهدید می کند.

روشهای حذف سیانید از سطوح معدنی سولفیدی

روش اکسیداسیون

1. روش اکسیداسیون شیمیایی

• اصل: از اکسیدان‌های قوی برای اکسید کردن سیانید به مواد کم‌سمی‌تر یا غیرسمی استفاده کنید. اکسیدان‌های رایج شامل پراکسید هیدروژن (H2O2)، هیپوکلریت سدیم (NaClO) و غیره هستند. به عنوان مثال، با در نظر گرفتن پراکسید هیدروژن، معادله واکنش آن به صورت زیر است: (2CN+5H2O2 = 2HCO3 + N2↑+4H2O).

• فرآیند عملیات : ابتدا، خمیر سنگ معدن سولفیدی حاوی سیانید را در مخزن واکنش قرار دهید و مقدار pH خمیر را در محدوده مناسبی تنظیم کنید (به طور کلی، برای اکسیداسیون پراکسید هیدروژن، مقدار pH ترجیحاً بین 9 تا 11 است). سپس، به آرامی محلول پراکسید هیدروژن را در حین هم زدن اضافه کنید تا اکسیدان کاملاً با خمیر تماس پیدا کرده و واکنش دهد. زمان واکنش معمولاً بین 1 تا 3 ساعت است و زمان خاص به غلظت سیانید در خمیر و خواص سنگ معدن بستگی دارد.

• مزایا : سرعت واکنش نسبتاً سریع است و اثر حذف سیانید خوب است که می‌تواند غلظت سیانید را به سطح نسبتاً پایینی کاهش دهد.

• معایب : اکسیدان‌هایی مانند پراکسید هیدروژن نسبتاً گران هستند و اکسیدان‌های بیش از حد ممکن است بر فرآیندهای غنی‌سازی یا ذوب بعدی تأثیر بگذارند.

روش جذب

1. روش جذب کربن فعال

• اصول : کربن فعال دارای سطح ویژه بزرگ و ساختارهای منافذ غنی است که می‌تواند سیانید را از طریق جذب فیزیکی و شیمیایی روی سطح خود جذب کند.

• فرآیند عملیات : کربن فعال را به تفاله سنگ معدن سولفیدی حاوی سیانید اضافه کنید و کاملاً هم بزنید تا کربن فعال کاملاً با سیانید موجود در تفاله تماس پیدا کند. زمان جذب معمولاً 30 دقیقه تا 2 ساعت است. پس از جذب، کربن فعال را با فیلتراسیون یا روش دیگر از تفاله جدا کنید.

• مزایا : عملیات ساده است و اثر جذب خوبی روی سیانید با غلظت کم دارد. کربن فعال را می‌توان احیا و دوباره استفاده کرد.

• معایب : برای غلظت بالای سیانید، ظرفیت جذب محدود است و تصفیه نامناسب کربن فعال جذب شده باعث آلودگی ثانویه می‌شود.

2. یون - روش جذب رزین تبادلی

• اصول کار : رزین‌های تبادل یونی حاوی گروه‌های عاملی خاصی هستند که می‌توانند با یون‌های موجود در سیانید تبادل انجام دهند و در نتیجه سیانید را روی رزین جذب کنند.

• فرآیند عملیات : رزین تبادل یونی را در یک ستون تبادل بارگذاری کنید و پالپ سنگ معدن سولفیدی حاوی سیانید را از ستون تبادل عبور دهید. سرعت جریان پالپ را کنترل کنید تا مطمئن شوید که سیانید به طور کامل با رزین تبادل می‌شود. هنگامی که رزین از جذب اشباع شد، از یک شوینده خاص برای شستشو و بازسازی رزین استفاده کنید.

• مزایا : گزینش‌پذیری بالایی در جذب سیانید دارد و می‌تواند به طور مداوم کار کند.

• معایب : هزینه رزین بالا است، فرآیند شویش نسبتاً پیچیده است و ممکن است مایع پساب شویش حاوی سیانید تولید شود.

روشهای دیگر

1. روش خنثی سازی اسید - باز

• اصل مطلب : تحت شرایط خاص، سیانید در محیط‌های اسیدی یا قلیایی واکنش‌های هیدرولیز را انجام می‌دهد تا مواد کم‌سمی‌تر یا غیرسمی تولید کند. به عنوان مثال، در شرایط اسیدی، سیانید با یون‌های هیدروژن واکنش داده و اسید هیدروسیانیک (HCN) تشکیل می‌دهد که می‌توان آن را با تبخیر حذف کرد؛ در شرایط قلیایی، سیانید هیدرولیز شده و سیانات و سایر مواد را تشکیل می‌دهد.

• فرآیند عملیات : اگر هیدرولیز اسیدی انجام شود، به آرامی محلول‌های اسیدی مانند اسید سولفوریک رقیق را به پالپ سنگ معدن سولفیدی حاوی سیانید اضافه کنید، مقدار pH را روی 2 تا 4 تنظیم کنید و سپس هوادهی کنید تا اسید هیدروسیانیک تولید شده تبخیر شود. اگر هیدرولیز قلیایی انجام شود، مواد قلیایی مانند هیدروکسید سدیم اضافه کنید، مقدار pH را روی 10 تا 12 تنظیم کنید و برای مدت معینی (معمولاً 2 تا 4 ساعت) واکنش دهید.

• مزایا : هزینه نسبتاً کم و عملکرد نسبتاً ساده است.

• معایب : اسید هیدروسیانیک تولید شده در طول هیدرولیز اسیدی بسیار سمی است و نیاز به اقدامات حفاظتی دقیق دارد؛ سرعت واکنش هیدرولیز قلیایی کند است و ممکن است پس از تصفیه هنوز مقدار کمی سیانید باقی مانده باشد.

طراحی جریان فرآیند برای حذف سیانید روی سطوح معدنی سولفید

مرحله پیش درمان

1. تنظیم پالپ : غلظت پالپ سنگ معدن سولفیدی را پس از شناورسازی تنظیم کنید. به طور کلی، غلظت پالپ برای تصفیه بعدی بین 20 تا 40 درصد کنترل می‌شود. همزمان، غلظت اولیه سیانید در پالپ را تشخیص دهید تا مبنایی برای تعیین پارامترهای فرآیند بعدی فراهم شود.

2. حذف ناخالصی : ناخالصی‌های ذرات بزرگ و برخی مواد جامد معلق در خمیر کاغذ را با فیلتراسیون، رسوب‌گذاری و غیره حذف کنید تا از تداخل آنها با فرآیندهای تصفیه بعدی جلوگیری شود.

مرحله حذف

1. انتخاب روش : یک روش حذف مناسب را با توجه به عواملی مانند غلظت سیانید در پالپ، خواص سنگ معدن، هزینه تصفیه و الزامات حفاظت از محیط زیست انتخاب کنید. به عنوان مثال، برای سیانید با غلظت بالا و مواردی که هزینه مهم نیست، روش اکسیداسیون شیمیایی می‌تواند در اولویت قرار گیرد؛ برای سیانید با غلظت کم و موارد حساس به محیط زیست، روش اکسیداسیون بیولوژیکی یا روش جذب سطحی ممکن است مناسب‌تر باشد.

2. کنترل پارامترهای فرآیند : به عنوان مثال، با در نظر گرفتن اکسیداسیون پراکسید هیدروژن در روش اکسیداسیون شیمیایی ، مقدار پراکسید هیدروژن اضافه شده (که معمولاً بر اساس غلظت سیانید و معادله واکنش محاسبه می‌شود)، دمای واکنش (معمولاً 20 تا 30 درجه سانتیگراد)، مقدار pH (9 تا 11) و سرعت هم زدن (100 تا 300 دور در دقیقه) و سایر پارامترها را به شدت کنترل کنید تا از واکنش کارآمد اطمینان حاصل شود.

مرحله پس از درمان

1. جداسازی جامد-مایع : پس از حذف سیانید، پالپ را با فیلتراسیون، سانتریفیوژ و غیره جدا کنید تا کنسانتره‌های خالص سنگ معدن سولفید و فاضلاب حاوی مقدار کمی سیانید به دست آید.

2. تصفیه فاضلاب : فاضلاب جدا شده را برای رعایت استانداردهای ملی تخلیه، تصفیه بیشتر کنید. اکسیداسیون ثانویه، جذب و سایر روش‌ها می‌توانند برای حذف عمیق سیانید موجود در فاضلاب و اطمینان از تخلیه ایمن آن استفاده شوند.

نتیجه

روش های مختلفی برای حذف سیانید از سطح کانی های سولفیدی وجود دارد که هر روش مزایا و معایب خاص خود را دارد. در کاربردهای عملی، لازم است به طور جامع عواملی مانند خواص سنگ معدن، غلظت سیانید، هزینه تصفیه و الزامات حفاظت از محیط زیست برای انتخاب روش‌ها و جریان‌های فرآیند مناسب در نظر گرفته شود. با توجه به الزامات سختگیرانه حفاظت از محیط زیست و پیشرفت مداوم فناوری، توسعه فن آوری های کارآمدتر، سازگار با محیط زیست و کم هزینه تر برای حذف سیانید از سطح سنگ معدن سولفید جهت تحقیقات کلیدی در آینده خواهد بود. از طریق بهینه‌سازی مداوم فرآیند، انتظار می‌رود که تخلیه سیانید در فرآیندهای ذوب و بهره‌برداری از سنگ‌های سولفیدی به صفر برسد و توسعه پایدار صنعت فلزات غیرآهنی را ارتقا دهد.