金鉱山におけるシアン化物含有液の処理方法に関する実験的研究

イントロダクション

金採掘業界において、シアン化物含有量の少ない廃液の処理は非常に重要です。シアン化処理における金抽出後の溶液など、シアン化物含有量の少ない廃液には、様々な汚染物質、特にシアン化合物が含まれており、適切に処理されないと深刻な環境汚染を引き起こす可能性があります。そのため、シアン化物含有量の少ない廃液に対する効率的かつ費用対効果の高い処理方法の開発は喫緊の課題です。本ブログ記事では、ある金鉱山におけるシアン化物含有量の少ない廃液の処理方法に関する実験的研究に焦点を当て、業界にとって有益な知見と参考情報を提供することを目的としています。

シアン化物含有液体の処理方法の概要

一般的に、シアン含有量の少ない液の処理方法は、精製法と回収（再生）法の2つに大別されます。

精製方法

1.アルカリ塩素酸化法

• これは廃水中のシアン化物を分解する比較的成熟した方法であり、電気めっき工場、コークス工場、金精錬工場などで広く使用されています。pH 11～12の条件下で、シアン化物を含む廃水中のシアン化物と金属錯イオンはシアン酸塩に酸化され、その後、塩素が2回目に添加されて二酸化炭素、窒素などに酸化されます。

• 利点：このプロセスは比較的成熟しており、治療効果が高く、幅広い用途があります。治療プロセスは容易に自動化できます。

• 欠点：シアン化物はリサイクルできず、処理コストが高く、鉄シアン化物錯体を除去できない。二次汚染の問題もある。

2.二酸化硫黄 - 空気酸化法

• 撹拌容器に廃液を加え、空気とSO₂（液体または気体、亜硫酸塩溶液、あるいは元素硫黄を燃焼させて得られる）を導入する。pHは7～10に制御され、石灰は酸化反応中に発生する酸を中和するために使用される。この反応には、可溶性銅（触媒として）の存在が必要である。

• Inco - SO₂ /空気酸化法は、鉄シアン化物を含むすべてのシアン化物を分解することができ、安全で安価な試薬を使用して鉄シアン化物を沈殿させて除去することができます。

3.過酸化水素法

• このプロセスは、低濃度のシアン化物含有廃水の処理に適しています。過酸化水素は、尾鉱中のシアン化物を比較的弱く加水分解されやすいシアン酸（HCNO）に酸化し、その後、さらなる酸化と加水分解によって除去します。

4.オゾン酸化法

• オゾンは強力な酸化剤です。シアン含有廃水処理にオゾンを用いると、アルカリ塩素酸化法よりも完全な処理が可能になり、シアン除去効果も向上します。オゾン処理後、廃水溶液中の溶存酸素が増加し、これをシアン化処理システムに再循環させることで、金の溶解を促進し、金浸出効率を向上させます。

• 利点：操作が簡単で便利、制御が容易で、生産の自動化度が高い。オゾンを現場で生成できるため、輸送が不便だが電力供給が十分なシアン化プラントにとって非常に重要である。浄化効率が高く、二次汚染が発生しない。

• 欠点：オゾン生成に必要な電力消費量が多く、製造コストも高いため、その幅広い応用が制限される。

5.電解酸化法

• 電気分解を行う前に、まずシアン化物が少ない液体のpHを7以上に調整し、少量の塩を加え、黒鉛を陽極、チタン板を陰極とし、アルカリ性の銅亜鉛水溶液を電解液として使用します。直流電流を流すと、陰極で金属銅と亜鉛が生成され、水素も発生します。陽極では、CN⁻がCNO⁻、CO₂、N₂に酸化され、Cl⁻がCl₂に酸化され、Cl₂が溶液中に浸透してHClOが発生します。

6.微生物酸化法

• この方法は、微生物の生化学的性質を利用して、シアン化物、チオシアン酸塩、鉄シアン化物を分解し、アンモニア、二酸化炭素、硫酸塩を生成するか、シアン化物を加水分解してホルムアミドを生成します。同時に、細菌が重金属イオンを吸着し、バイオフィルムとともに剥離して除去します。

• 重要な特徴：適切なシアン化物除去率を維持するためには、温度を常に10℃以上に維持する必要があります。

回復（再生）方法

1.酸性化法

• この方法の主な原理は、シアン化物含有廃水に硫酸を加え、pHを約1.5に調整し、CN⁻をHCNに変換することです。漏れ出したHCNガスは吸収塔に導入され、アルカリ溶液（水酸化ナトリウムまたは水酸化カルシウム溶液）に吸収され、20%～30%のシアン化物溶液が得られます。この溶液はリサイクル可能です。

• 利点：このプロセスは、シアン化物の回収率を最大化し、シアン化物の有効利用率を向上させ、生産コストを削減することができます。

• デメリット：初期投資費用が大きい、処理工程が複雑である、処理後のシアン化物含有残留液が排出基準を満たすことが難しい。

2.イオン交換法

• シアン化物の少ない液体の処理では、イオン交換樹脂を使用してシアン化物を濃縮することができます。

3.吸着法

• 活性炭吸着：活性炭の吸着は、主にその多数の内部細孔と大きな比表面積に依存します。吸着プロセスには、物理​​吸着と化学吸着が含まれます。シアン化物の除去には、主に酸化、加水分解、およびストリッピングの3つの方法があります。主なプロセスは、活性炭表面で過酸化水素を用いてシアン化物含有廃水中のシアン化物を酸化分解する反応です。

4.溶媒抽出法

• 溶剤は、シアン化物の少ない液体から貴重な成分とシアン化物を抽出するために使用されます。

5.液膜法

• シアン含有量の少ない液体の処理では、主に水中油滴分離システムが用いられます。基本原理は、まずシアン含有廃水を酸性化し、廃水に含まれるシアンイオンをHCNに変換することです。HCNは油相液膜を通過し、内水相に入り、NaOHと反応してNaCNを生成します。

6.電気透析法

• この方法は、電界を利用してイオン交換膜を介したイオンの移動を促進し、物質の分離と回収を実現します。

金鉱山のシアン化物含有液に関する実験的研究

実験の背景

ある金鉱山のシアン含有量の低い廃液は、総シアン含有量が非常に高く、13000mg/Lに達します。このような高濃度のシアン含有廃水は環境に大きな脅威をもたらし、効果的な処理が必要です。

実験方法

1.H₂O₂ + ClO₂ + C吸着法

• この方法では、まず過酸化水素（H₂O₂）と二酸化塩素（ClO₂）を酸化剤として用いて、シアン化物希薄液中のシアン化物を酸化します。その後、活性炭（C）吸着によって残留汚染物質をさらに除去します。

2.三段階酸化（H₂O₂ + 触媒「M」）+塩素処理曝気+C吸着法

• 三段階酸化：三段階酸化では、過酸化水素（H₂O₂）と特定の触媒「M」を使用します。これは、複雑なシアン化物を含む様々なシアン化物化合物をより徹底的に酸化するためです。

• 塩素処理曝気：3段階の酸化処理後、塩素処理曝気を行います。曝気中に液体に塩素を導入することで、残存するシアン化物関連物質やその他の還元性汚染物質をさらに酸化することができます。

• C吸着：最後に、活性炭吸着を使用して、残りの微粒子汚染物質と残留シアン化物関連物質を吸着し、シアン化物含有量の少ない液体を浄化するという目的を達成します。

実験結果と比較

1.H₂O₂ + ClO₂ + C吸着法

• この方法ではある程度のシアン化物除去は達成されましたが、処理後の液体中の最終的なシアン化物含有量は依然として比較的高く、厳しい国の排出基準を満たすことができませんでした。

2.三段階酸化（H₂O₂ + 触媒「M」）+塩素処理曝気+C吸着法

• この方法はより満足のいく結果を示し、最終的な総シアン含有量は0.44mg/Lに低減され、国家排出基準を満たしました。さらに、その他の重金属含有量も関連する国家基準の要求を満たしました。

• 費用対効果：触媒を用いた3段階酸化プロセスと追加の塩素化曝気は、より複雑な操作と特定の触媒および塩素の使用を必要としますが、他の過度に複雑または高コストな方法と比較すると、全体的に見てコストは比較的妥当です。高濃度のシアン化物を含む液体を効果的に処理しながら、コストを許容範囲内に抑えることができます。

結論

金鉱山におけるシアン化物含有汚泥液の処理は複雑かつ極めて重要な課題です。ある金鉱山のシアン化物含有汚泥液を対象とした実験研究を通じて、様々な処理方法にはそれぞれ長所と短所があることがわかりました。この金鉱山における総シアン含有量の高いシアン化物含有汚泥液に対して、三段階酸化（H₂O₂ + 触媒「M」）+塩素処理曝気+C吸着法は、比較的理想的な処理効果と費用対効果を示しました。しかしながら、金鉱山における環境保護と持続可能な発展の要件をより適切に満たすためには、より効率的で費用対効果が高く、環境に優しい処理方法を開発するために、継続的な研究と改善が必要です。