Istraživanje metode oporabe bakra u otpadnim vodama cijanidnog bakrenja

1. Uvod

Uspostavljanje ekološki prihvatljivog načina galvanizacije koji štedi resurse trenutno su dvije glavne teme za održivi razvoj industrije galvanizacije. U kontekstu nedostatka resursa obojenih metala u svijetu i stalnog porasta troškova galvanizacije metalnih materijala, usvajanje tehnologije galvanizacije koja štedi resurse privuklo je veliku pozornost. Kineska poduzeća za galvanizaciju imaju relativno kratku povijest razvoja. U početnoj fazi razvoja vladao je nedostatak sredstava i zaostala tehnologija. Većina malih tvornica za galvanizaciju nema svijest o oporabi metalnih materijala u otpadnoj vodi za galvanizaciju, a kamoli istraživanje o metodama oporabe. Za cijanid otpadne vode od bakrenja i galvanizacije legura bakra, talog koji stvara dvovalentni bakar nakon razbijanja cijanidom su fine čestice, što dovodi do teškog taloženja i odvajanja i visokih troškova. Stoga je hitno potrebno proučiti nove procese oporabe.

2. Načela metode

2.1 Obrada otpadnih voda cijanidnog bakrenja i bakrenih legura

U tradicionalnom procesu razgradnje cijanida pomoću natrijevog hipoklorita, pH otpadne vode koja sadrži cijanid potrebno je podesiti na 11 - 12, obično dodavanjem natrijevog hidroksida. Tijekom procesa razgradnje cijanida, cijanid se pretvara u ugljen dioksid i dušik, a monovalentni bakreni ioni oksidiraju se u dvovalentne bakrene ione, koji zatim tvore fine čestice bazičnog bakrenog karbonata suspendirane u otpadnoj vodi. Prirodna sedimentacija traje više od cijelog dana i još uvijek ne može postići potpuno taloženje. Za postizanje potpunog taloženja i odvajanja potrebna je velika količina koagulansa i flokulanta. U prošlosti, kada se bakar nije izdvajao, otpadna voda nakon razgradnje cijanidom miješala se u sveobuhvatnu otpadnu vodu koja sadrži kiseline, koja se tretirala vapnom. Bazični bakreni karbonat adsorbiran je na taloge u sveobuhvatnoj otpadnoj vodi te je konačno taložen i odvajan.

Novi postupak razbijanja cijanida je dodavanje vapna za podešavanje pH. Ugljični dioksid koji nastaje tijekom razgradnje cijanida reagira s kalcijevim oksidom stvarajući kalcijev karbonat. U isto vrijeme, bazični bakar karbonat se ko-taloži s kalcijevim karbonatom da bi se formirale precipitate velikih čestica.

2.2 Pročišćavanje ostalih otpadnih voda koje sadrže bakar

Dvovalentni bakreni ioni u kiseloj otpadnoj vodi od svijetlog bakrenja reagiraju s vapnom da bi formirali bakrov hidroksid, a sumporna kiselina reagira s vapnom da bi formirala kalcijev sulfat i vodu. U otpadnoj vodi od bakrenog pirofosfatiranja, pirofosfatni radikal i bakreni ioni postoje u obliku kompleksa. Kada se tretira vapnom, pirofosfatni radikal reagira s kalcijevim oksidom stvarajući talog kalcijevog pirofosfata, a ioni bakra reagiraju s kalcijevim oksidom stvarajući bakrov hidroksid.

3. Proces oporavka

3.1 Sastav otpadne vode koja sadrži bakar

Otpadne vode koje sadrže bakar uključuju nekoliko tipova kao što su cijanidno bakrenje, legure bakra i cinka, legure bakra i kositra, kiselo svijetlo bakrenje i otpadne vode od bakrenog pirofosfata. Otpadne vode od cijanidnog bakrenja, legure bakra i cinka i legure bakra i kositra teku u spremnik za podešavanje otpadne vode koji sadrži cijanid, dok otpadne vode od kiselog svijetlog bakrenja i bakrenog pirofosfatnog premaza teku u spremnik za podešavanje otpadne vode koji sadrži bakar. Otpadne vode cijanidnog bakrenja i bakrenih legura sadrže sredstva za kompleksiranje kao što su Natrijev cijanid, kalijev natrijev tartarat i amonijev tiocijanat, koji tvore komplekse s ionima bakra. Otpadne vode od bakrenog pirofosfata sadrže komplekse bakrenog pirofosfata. Otpadne vode cijanidnog bakrenja i bakrenih legura čine približno 90% ukupnih otpadnih voda koje sadrže bakar, dok otpadne vode kiselog svijetlog bakrenja i bakrenog pirofosfatnog prevlačenja čine oko 10%.

3.2 Proces oksidacije bakrenih kompleksa

Prije oporabe bakra, potrebno je razbiti bakrene komplekse u otpadnoj vodi galvanizacije i oksidirati Cu⁺ ione u Cu²⁺ ione. Metoda kombinacije otopine natrijevog hipoklorita i vodikovog peroksida koristi se za razbijanje cijanida i sredstava za stvaranje kompleksa kao što je kalijev natrijev tartarat. Postoje tri spremnika za razbijanje cijanida. Otpadne vode koje sadrže cijanid i otpadne vode koje sadrže bakar pumpaju se u spremnik za razbijanje cijanida prvog stupnja. Dodaje se vapneno mlijeko da se pH podesi na 11 - 12. Dodatna količina vapnenog mlijeka se podešava sustavom za kontrolu pH. Istodobno se dodaje otopina natrijeva hipoklorita za razbijanje cijanida. Vodikov peroksid dodaje se u drugi stupanj spremnika za razbijanje cijanida kako bi se nastavilo razbijanje cijanida i oksidirajućih kompleksirajućih sredstava kao što je kalijev natrijev tartarat. Zbog spore reakcije, dodan je spremnik trećeg stupnja za razbijanje cijanida. U spremniku trećeg stupnja za razbijanje cijanida, uklanjanje cijanida i sredstava za kompleksiranje kao što je kalijev natrijev tartarat provjerava se prema podacima kemijske analize i iskustvu. Završetkom reakcije oksidacije, Cu⁺ u otpadnoj vodi potpuno se pretvara u Cu²⁺, a nastaju bazični bakrov karbonat i bakrov hidroksid. Tijekom ovog procesa, nakon što otpadna voda bakrenog pirofosfata reagira s vapnom, kompleks formiran od bakra i pirofosfatnog radikala se razbija i nastaje bakrov hidroksid. Podaci analize pokazuju da ovim procesom otpadna voda može zadovoljiti standarde ispuštanja. Dodavanje vapna za prilagodbu pH i taloženje bakrenih iona smanjuje troškove obrade, a vapno također ima ulogu pomoćnog sredstva za zgrušavanje i potpuno taloži pirofosfatni radikal.

3.3 Oporaba bakra

U gornjem procesu, bakreni ioni u otpadnoj vodi od galvanizacije pretvaraju se u bazične precipitate bakrenog karbonata. Ako je količina dodanog vapna velika, ioni bakra također se mogu pretvoriti u talog bakrenog hidroksida. Budući da je vapno potrebno za taloženje pirofosfatnog radikala u otpadnoj vodi od bakrenog pirofosfata, količina dodanog vapna ne smije biti premala. Cijena vapna je vrlo niska, a može se dodati u odgovarajućem višku tijekom procesa obrade.

Nakon što se otpadne vode koje sadrže cijanid i bakar pročišćavaju u trostupanjskom spremniku za razbijanje cijanida, otječu u spremnik za flokulaciju. Natrijev pirosulfit dodaje se u spremnik za flokulaciju kako bi se smanjio višak vodikovog peroksida, a dodaje se poliakrilamidni flokulant kako bi se čestice taloga povećale. Ako se natrijev pirosulfit ne doda u spremnik za flokulaciju, zaostali vodikov peroksid nakon razgradnje cijanida se razgrađuje i proizvodi kisik, koji se adsorbira na površini čestica taloga i uzrokuje plutanje taloga. Količina dodanog natrijevog pirosulfita treba biti takva da talog ne pluta, a prihvatljiv je odgovarajući višak.

Nakon prolaska kroz spremnik za flokulaciju, otpadna voda otječe u taložnik s kosom cijevi. Nakon što se talog odvoji od vode, ulazi u taložnik za zgušnjavanje, a zatim se filtrira pomoću filter preše. Filtarski kolač se obnavlja, a filtrat teče natrag u spremnik za podešavanje. Oporavljeni filterski kolač koji sadrži bakar kupuje profesionalna tvrtka i šalje ga profesionalnom proizvođaču za proizvodnju bakrenog sulfata ili se također može koristiti za proizvodnju elektrolitičkog bakra.

4. Prednosti

Otpadne vode koje sadrže bakar nastaju u četiri galvanističke radionice. Podaci analize i monitoringa pokazuju da je prosječna masena koncentracija bakra u Otpadne vode od bakrenja cijanidom iznosi 345 mg/L, odnosno svaka tona otpadne vode sadrži 0.345 kg bakra. Ukupna količina otpadnih voda cijanidnog bakrenja mjesečno iznosi približno 4600t, a sadrži 1587kg bakra. Zajedno s bakrom u drugim otpadnim vodama koje sadrže bakar, mjesečno se može obnoviti oko 1700 kg bakra. Mjesečni prihod tvrtke od prodaje mulja koji sadrži bakar iznosi 30.000 - 40.000 RMB. Oporaba bakra iz galvanskih otpadnih voda tvrtke izbjegava neučinkovitu potrošnju metalnog bakra, ne samo smanjujući troškove galvanizacije, već i smanjujući sekundarno onečišćenje okoliša galvanskim muljem, postižući dobre ekonomske i društvene koristi.

5. Zaključak

Industrija galvanizacije je industrija koja jako zagađuje okoliš. U trenutnoj situaciji u kojoj su procesi i tehnologije obrade otpadne vode od galvanizacije u Kini relativno zaostali, aktivno proučavanje metoda oporabe obojenih metala u otpadnoj vodi od galvanizacije od velike je važnosti za uspostavu načina galvanizacije koji štedi resurse i ekološki prihvatljivog načina te za održavanje održivog razvoja industrije galvanizacije. Metoda obrade cijanidnog pobakrenja i drugih otpadnih voda koje sadrže bakar za dobivanje bakra pomoću vapna proučavana u ovom radu pokazala je dobre rezultate u praktičnim primjenama, pružajući izvediv način za zeleni razvoj industrije galvanizacije.