Rannsóknir á endurheimtaraðferð kopars í sýaníð koparhúðun afrennslisvatni

1. Inngangur

Að koma á umhverfisvænni og auðlindasparandi rafhúðunaraðferð eru nú tvö helstu þemu sjálfbærrar þróunar rafhúðunariðnaðarins. Í ljósi skorts á auðlindum úr járnlausum málmum í heiminum og sívaxandi kostnaðar við rafhúðun málmefna hefur notkun auðlindasparandi rafhúðunartækni vakið mikla athygli. Kínversk rafhúðunarfyrirtæki eiga sér tiltölulega stutta þróunarsögu. Í upphafi þróunar var skortur á fjármagni og tæknin var afturför. Flestar litlar rafhúðunarverksmiðjur skortir vitund um endurheimt málmefna í rafhúðunarskólpi, hvað þá rannsóknir á endurheimtaraðferðum. Fyrir rafhúðun með sýaníði og rafhúðun á koparblöndum eru útfellingarnar sem myndast við tvígildan kopar eftir sýaníðbrot fínar agnir, sem leiðir til erfiðrar útfellingar og aðskilnaðar og mikils kostnaðar. Þess vegna er brýnt að rannsaka nýjar endurheimtaraðferðir.

2. Aðferðarreglur

2.1 Meðhöndlun á sýaníð koparhúðun og afrennsli úr koparblendi

Í hefðbundnu ferli við að brjóta niður sýaníð með natríumhýpóklóríti þarf að stilla pH sýaníð-innihaldandi skólps á 11-12, venjulega með því að bæta við natríumhýdroxíði. Við sýaníðbrotið breytist sýaníð í koltvísýring og köfnunarefni, og eingildar koparjónir oxast í tvígildar koparjónir, sem síðan mynda fínar agnir af basískum koparkarbónati sem eru sviflausar í skólpinu. Náttúruleg botnfelling tekur meira en heilan dag og samt er ekki hægt að ná fullri úrkomu. Mikið magn af storkuefni og flokkunarefni er nauðsynlegt til að ná fullri úrkomu og aðskilnaði. Áður fyrr, þegar kopar var ekki endurheimtur, var skólpinu eftir sýaníðbrot blandað saman við alhliða sýru-innihaldandi skólp, sem var meðhöndlað með kalkaðferðinni. Basískt koparkarbónat var aðsogað á botnfallið í alhliða skólpinu og að lokum botnfallið og aðskilið.

Nýja sýaníðbrotsferlið er að bæta við kalki til að stilla pH. Koltvísýringurinn sem myndast við sundrun sýaníðs hvarfast við kalsíumoxíð og myndar kalsíumkarbónat. Á sama tíma fellur grunn koparkarbónat út saman við kalsíumkarbónati og myndar stóra agnaútfellingu.

2.2 Meðhöndlun annars frárennslisvatns sem inniheldur kopar

Tvígildar koparjónir í súru björtu koparhúðunafrennsli hvarfast við kalk og myndar koparhýdroxíð og brennisteinssýra hvarfast við kalk og myndar kalsíumsúlfat og vatn. Í koparpýrófosfathúðun frárennslisvatninu eru pýrófosfatróteiningin og koparjónirnar til í formi flókins. Þegar pýrófosfatrótin er meðhöndluð með kalki hvarfast við kalsíumoxíð til að mynda kalsíumpýrófosfat botnfall og koparjónir hvarfast við kalsíumoxíð og mynda koparhýdroxíð.

3. Endurheimtunarferli

3.1 Samsetning afrennslisvatns sem inniheldur kopar

Koparinnihaldandi skólpvatn inniheldur nokkrar gerðir eins og sýaníð koparhúðun, kopar-sink málmblöndum, kopar-tin málmblöndum, súra bjarta koparhúðun og koparpýrófosfat málmblöndum. Skólpvatn frá sýaníð koparhúðun, kopar-sink málmblöndum og kopar-tin málmblöndum rennur í sýaníð innihaldandi skólpsstillingartank, en súrt bjart koparhúðun og koparpýrófosfat málmblöndum rennur í koparinnihaldandi skólpsstillingartank. Skólpvatn frá sýaníð koparhúðun og koparblöndum inniheldur flókabindandi efni eins og natríum sýaníð , kalíumnatríumtartrat og ammóníumþíósýanat, sem mynda fléttur með koparjónum. Skólpvatn frá koparpýrófosfat málmblöndum inniheldur koparpýrófosfat fléttur. Skólpvatn frá sýaníð koparhúðun og koparblöndum nemur um það bil 90% af heildar koparinnihaldandi skólps, en súrt bjart koparhúðun og koparpýrófosfat málmblöndum nemur um það bil 10%.

3.2 Oxunarferli koparfléttna

Áður en kopar er endurheimt er nauðsynlegt að brjóta koparflétturnar í rafhúðunuðu skólpvatninu og oxa Cu⁺ jónir í Cu²⁺ jónir. Samsett aðferð af natríumhýpóklórítlausn og vetnisperoxíði er notuð til að brjóta sýaníð og fléttuefni eins og kalíumnatríumtartrat. Það eru þrír sýaníðbrjótandi tankar. Afrennslisvatni sem inniheldur blásýru og afrennsli sem inniheldur kopar er dælt í fyrsta stigs blásýrubrjótandi tank. Kalkmjólk er bætt út í til að stilla sýrustigið í 11 - 12. og magn kalkmjólkur sem bætt er við er stillt með sýrustigi stjórnkerfisins. Á sama tíma er natríumhýpóklórítlausn bætt við til að brjóta sýaníðið. Vetnisperoxíði er bætt við annars stigs sýaníðbrjótandi tankinn til að halda áfram að brjóta sýaníðið og oxandi fléttuefni eins og kalíumnatríumtartrat. Vegna hægs hvarfhraða er þriðja stigs sýaníðbrjótandi tankur bætt við. Í þriðja stigs sýaníðbrjótandi tankinum er fjarlæging sýaníðs og fléttuefna eins og kalíumnatríumtartrats athugað í samræmi við efnagreiningargögn og reynslu. Þegar oxunarhvarfinu er lokið breytist Cu⁺ í frárennslisvatninu að fullu í Cu²⁺ og botnfall úr koparkarbónati og koparhýdroxíði myndast. Í þessu ferli, eftir að koparpýrófosfathúðun frárennslisvatns hvarfast við kalk, brotnar flókið sem myndast af kopar og pýrófosfatróteiningum og koparhýdroxíð myndast. Greiningargögnin sýna að þetta ferli getur gert það að verkum að skólpið uppfyllir losunarstaðla. Að bæta við kalki til að stilla sýrustigið og fella koparjónir dregur úr meðferðarkostnaði og kalk gegnir einnig hlutverki storkuefnis og fellur algjörlega út pýrófosfatróteininguna.

3.3 Koparendurheimtur

Í ofangreindu ferli er koparjónunum í rafhúðunafrennslisvatninu breytt í grunn koparkarbónatútfellingar. Ef magn kalks sem bætt er við er mikið er einnig hægt að breyta koparjónunum í koparhýdroxíðútfellingar. Þar sem kalk þarf til að fella út pýrófosfatróteininguna í koparpýrófosfathúðun frárennslisvatni, getur magn kalks sem bætt er við ekki verið of lítið. Kostnaður við kalk er mjög lágur og hægt er að bæta því við í hæfilegu magni meðan á meðferð stendur.

Eftir að afrennslisvatn sem inniheldur sýaníð og kopar hefur verið meðhöndlað í þriggja þrepa sýaníðbrjótandi tönkum renna það inn í flokkunartankinn. Natríumpýrósúlfíti er bætt við flokkunartankinn til að draga úr umfram vetnisperoxíði og pólýakrýlamíðflöguefni er bætt við til að láta botnfallsagnirnar stækka. Ef natríumpýrósúlfíti er ekki bætt í flokkunartankinn, brotnar vetnisperoxíð sem eftir er eftir að sýaníð hefur brotnað niður og myndar súrefni sem aðsogast á yfirborð botnfallsagnanna og veldur því að botnfallið fljóti. Magn natríumpýrósúlfíts sem bætt er við ætti að vera þannig að botnfallið fljóti ekki og viðeigandi umframmagn er ásættanlegt.

Eftir að hafa farið í gegnum flokkunartankinn rennur skólpvatnið inn í botnfallstankinn með hallandi rör. Eftir að botnfallið hefur verið skilið frá vatninu fer það inn í botnfallsþykknunartankinn og er síðan síað með síupressu. Síukakan er endurheimt og síuvökvinn rennur aftur í stillitankinn. Endurheimta kopar-innihaldandi síukakan er keypt af fagaðila og send til fagaðila til að framleiða koparsúlfat eða einnig hægt að nota til að framleiða rafgreiningarkopar.

4. Kostir

Koparinnihaldandi skólpvatn myndast í fjórum rafhúðunarverkstæðum. Greiningar- og eftirlitsgögn sýna að meðalþéttni kopars í sýaníð koparhúðunarskólpi er 345 mg/L, það er að segja að hvert tonn af skólpi inniheldur 0.345 kg af kopar. Heildarmagn sýaníð koparhúðunarskólps á mánuði er um það bil 4600 tonn, sem inniheldur 1587 kg af kopar. Samhliða koparnum í öðru koparinnihaldandi skólpi er hægt að endurheimta um 1700 kg af kopar á mánuði. Mánaðarlegar tekjur fyrirtækisins af sölu á koparinnihaldandi sey eru 30.000 - 40.000 RMB. Endurheimt fyrirtækisins á kopar úr rafhúðunarskólpi kemur í veg fyrir óhagkvæma notkun á málmkopar, sem dregur ekki aðeins úr kostnaði við rafhúðun heldur dregur einnig úr aukamengun rafhúðunarseys í umhverfið, sem skilar góðum efnahagslegum og félagslegum ávinningi.

5. Niðurstaða

Rafhúðun iðnaður er mjög mengandi iðnaður. Í núverandi ástandi þar sem meðferðarferlar og tækni við rafhúðun skólps í Kína eru tiltölulega aftur á bak, er virkan rannsókn á endurheimtunaraðferðum málma sem ekki eru járn í rafhúðun skólps af mikilli þýðingu fyrir að koma á auðlindasparandi og umhverfisvænum rafhúðununarham og viðhalda sjálfbærri þróun rafhúðununariðnaðarins. Aðferðin við að meðhöndla sýaníð koparhúðun og annað afrennslisvatn sem inniheldur kopar til að endurheimta kopar með því að nota kalk sem rannsakað er í þessari grein hefur sýnt góðan árangur í hagnýtri notkun, sem gefur raunhæfa leið fyrir græna þróun rafhúðunariðnaðarins.