폐수에서 시안화나트륨 및 중금속의 산성화 회수 공정

개요

금 채굴, 전기 도금, 화학 생산 등 다양한 산업 공정에서 시안화물 함유 폐수가 발생합니다. 시안화물 은 독성이 매우 강하기 때문에 이러한 폐수를 부적절하게 방류할 경우 심각한 환경 오염과 인체 건강에 해를 끼칠 수 있습니다. 따라서 시안화물 함유 폐수의 처리 및 자원 회수는 매우 중요한 과제입니다. 다양한 처리 방법 중에서도 산성화 회수법을 이용한 시안화 나트륨 및 중금속 회수는 환경 위험을 줄일 뿐만 아니라 귀중한 자원을 재활용할 수 있는 효과적인 방법으로 널리 사용되고 있습니다.

산성화 회복의 원리

시안화물에서 시안화수소(HCN)로의 전환

산성화 공정에서는 황산과 같은 강산을 시안화물이 포함된 폐수에 첨가합니다. 산성 조건에서는 폐수 내 유리 시안화물 이온이 시안화수소(HCN)로 변환됩니다. 시안화수소는 휘발성 화합물입니다. 폐수의 pH를 일반적으로 2 미만으로 낮추면 반응이 더 잘 진행되어 시안화물 이온이 HCN 가스로 전환되는 것이 더 쉬워집니다.

시안화나트륨 회수

생성된 HCN 가스는 알칼리 흡수탑으로 유입됩니다. 탑 내부에서 HCN 가스는 수산화나트륨(NaOH) 용액과 반응합니다. 반응이 진행됨에 따라 시안화나트륨 (NaCN)이 생성되어 흡수 용액에 축적됩니다. 용액 내 NaCN 농도가 약 10~12%에 도달하면 금광 채굴의 침출 공정과 같은 관련 산업 공정에 재활용 및 재사용할 수 있습니다.

중금속의 방출 및 침전

폐수에는 유리 시안화물 외에도 구리와 아연과 같은 중금속과 시안화물의 복합체가 종종 포함되어 있습니다. 산성 조건에서는 이러한 복합체가 분해됩니다. 중금속 이온이 방출되면 불용성 염을 형성하고 특정 조건에서 침전될 수 있습니다. 예를 들어, pH 값을 조절하거나 특정 침전제를 첨가하면 구리 이온이 침전물을 형성할 수 있습니다.

프로세스 단계

1단계: 폐수 전처리

알칼리성 시안화물을 함유한 고농도 폐수는 먼저 증기 열교환기를 통과하여 온도를 조절합니다. 일반적으로 온도는 20~25°C로 유지됩니다. 이러한 온도 조절은 후속 반응 속도를 최적화하고 공정의 안정성을 보장하는 데 도움이 됩니다. 고농도 폐수의 시안화물 농도는 일반적으로 5000~5500ppm이며, pH는 10.5~12.5입니다.

2단계: 산성화

전처리된 폐수는 산성화 분무탑에 일정 유량(예: 2m³/h)으로 유입됩니다. 그런 다음 진한 황산을 첨가합니다. 황산 첨가량은 폐수의 특성에 따라 일반적으로 25~30kg/m³로 조절하여 폐수의 pH를 2 미만으로 낮춥니다. 황산 첨가 시 발생하는 열은 반응 속도를 높여 폐수 내 유리 시안화 이온이 휘발성 HCN으로 전환되는 것을 용이하게 합니다.

3단계: HCN 생성 및 분리

산성화 분무탑의 강산성 환경에서는 시안화물이 HCN으로 전환되는 과정이 촉진됩니다. 생성된 HCN 가스는 진공 원심 팬에 의해 흡입되어 다음 단계인 알칼리 흡수탑으로 이동합니다. 동시에 pH 값이 감소함에 따라 폐수 내 일부 중금속 이온이 변하기 시작합니다. 예를 들어, 폐수 내 구리 이온 농도가 감소하고 일부 중금속이 침전물을 형성하기 시작할 수 있습니다.

4단계: 시안화나트륨의 흡수 및 회수

HCN 가스는 알칼리 흡수탑으로 유입되어 20~30% NaOH 용액에 흡수됩니다. 흡수탑 내의 알칼리 흡수액은 재순환되며, 재순환 과정에서 팬을 사용하여 HCN 가스가 반복적으로 흡수되도록 합니다. 흡수 반응이 진행됨에 따라 흡수액 내 NaCN 농도는 점차 증가합니다. NaCN 농도가 10~12%에 도달하면 침출 공정으로 되돌려 재사용할 수 있으며, 이로써 시안화 나트륨을 회수할 수 있습니다.

5단계: 중금속 침전 및 분리

HCN 방출 후 폐수의 경우, 산성 조건에서 일부 중금속-시안화물 복합체가 분해되었으므로 중금속을 침전시키기 위한 추가 처리가 가능합니다. 예를 들어, 폐수의 pH를 알칼리성 범위로 조정하면 침전되는 중금속 수산화물이 생성될 수 있습니다. 그런 다음 여과 또는 침전과 같은 고액 분리 방법을 사용하여 침전된 중금속을 폐수에서 분리하여 중금속을 제거하고 회수할 수 있습니다.

산성화 회수법의 장점

자원 재활용

산성화 회수법은 시안화물 함유 폐수에서 시안화나트륨을 효과적으로 회수하여 관련 산업 공정에 재활용할 수 있도록 하여 새로운 시안화나트륨의 소비를 줄이고 생산 비용을 절감합니다. 동시에 중금속도 회수하여 폐기물을 귀중한 자원으로 전환할 수 있습니다.

비용 효율성

시안화물 파괴에만 집중하는 다른 처리 방법과 달리, 산성화 회수법은 폐수 처리뿐만 아니라 귀중한 물질까지 회수합니다. 산과 알칼리의 소비가 필요하지만, 회수된 시안화나트륨과 중금속의 가치는 처리 비용의 일부를 상쇄할 수 있어 장기적으로 전체 처리의 비용 효율성을 높여줍니다.

환경 친 화성

시안화나트륨과 중금속을 회수함으로써 폐수 내 오염물질의 양을 크게 줄일 수 있습니다. 처리된 폐수의 시안화물과 중금속 함량이 낮아 후속 방류 또는 추가 처리에 유리하며, 환경에 미치는 부정적인 영향을 줄일 수 있습니다.

산성화 회수 공정에서의 소비

시안화물 함유 폐수의 산성화 회수 공정에서 소비되는 에너지는 주로 황산, 가성소다(NaOH), 석회, 그리고 전기입니다. 겨울철에는 폐수를 예열해야 하므로 증기도 함께 소비됩니다.

1.산 소모

• 시안화물을 HCN으로 전환 : 폐수 중 시안화물을 HCN으로 전환하는 데 필요한 황산의 양은 폐수 내 시안화물 농도에 따라 다릅니다. 예를 들어, 시안화물 농도가 5000ppm인 폐수 1m³를 처리하려면 특정량의 황산이 필요합니다.

• 폐수 산성화 : 시안화물 전환에 필요한 산 외에도, 폐수의 산성도를 적정 수준으로 조절하기 위해 추가적인 산이 사용됩니다. pH를 2 미만으로 낮추는 데 필요한 산의 양은 중요한 요소입니다.

• 폐수 내 알칼리와의 반응 : 폐수에는 황산과 반응하는 알칼리성 물질이 일부 포함될 수 있지만, 일반적으로 이러한 소모량은 시안화물 전환 및 산성화에 사용되는 양에 비해 상대적으로 적습니다.

• 폐기물 내 탄산염과의 반응 : 시안화물을 함유한 원료에 탄산염 함량이 높은 경우(예: 일부 시안화물 광미 슬러리), 탄산염은 산과 반응하여 이산화탄소를 생성합니다. 이러한 경우 황산 소비량이 크게 증가하며, 해당 원료는 산 회수법으로 처리하기에 적합하지 않을 수 있습니다.

2. 알칼리 소모량 : 알칼리 흡수탑에서는 HCN을 흡수하여 NaCN을 생성하기 위해 가성소다(NaOH)가 사용됩니다. 소모되는 NaOH의 양은 생성되는 HCN의 양과 흡수 효율에 비례합니다.

3. 석회 사용량 : 경우에 따라 폐수 후속 처리 과정에서 석회가 사용될 수 있으며, 예를 들어 중금속 침전을 위한 pH 조절에 사용될 수 있습니다. 필요한 석회의 양은 폐수 내 중금속의 종류와 농도, 그리고 필요한 pH 조절 범위에 따라 달라집니다.

4. 전기 및 증기 소비 : 공정 중 펌프, 팬, 진공 원심 팬 등의 장비에 전기가 사용됩니다. 겨울철에는 폐수 예열 시 반응에 적합한 온도로 올리기 위해 증기가 소비됩니다.

맺음말

시안화물 함유 폐수의 산성화 회수 공법은 시안화나트륨과 중금속을 회수하는 포괄적이고 효과적인 처리 기술입니다. 특정 공정 단계를 거치면 폐수에서 독성 시안화물과 중금속을 제거할 뿐만 아니라 귀중한 자원을 재활용할 수 있습니다. 공정에는 일정량의 재료와 에너지가 소모되지만, 환경적, 경제적 이점을 고려할 때 시안화물 함유 폐수 처리에 광범위한 적용 가능성을 가지고 있습니다. 그러나 실제 운영 시에는 HCN 가스의 독성으로 인해 엄격한 안전 조치가 필요합니다. 동시에 회수 효율을 높이고 비용을 절감하기 위해 공정 매개변수의 지속적인 최적화가 필요합니다.