Methoden en processen voor het ontgiften van cyanideresten

Introductie

Cyanide-afval is vast afval dat ontstaat tijdens het ertsbewerkingsproces in goudmijnen en andere mijnen. Door de aanwezigheid van resterende cyaniden en andere zware metalen kan dit afval, indien niet op de juiste wijze behandeld, grote schade toebrengen aan het milieu en de menselijke gezondheid. De hoge toxiciteit van cyaniden kan zich verspreiden via lucht, water en bodem, waardoor het omliggende ecosysteem wordt vervuild en het voortbestaan ​​van dieren en planten in gevaar komt. Daarom is het dringend noodzakelijk om cyanide-afval te ontgiften . Dit artikel beschrijft in detail de ontgiftingsmethoden en -processen voor cyanide -afval.

Kenmerken en gevaren van cyanide-afval

De samenstelling van cyanideafval is complex. Naast niet-gereageerde cyaniden bevat het ook zware metalen zoals koper, lood, zink en kwik. Deze zware metalen zijn moeilijk af te breken in de natuurlijke omgeving en zullen zich gedurende een lange periode ophopen. Cyaniden kunnen de activiteit van ademhalingsenzymen in biologische cellen remmen, wat leidt tot verstikking en dood van organismen. Wanneer bijvoorbeeld afvalwater met cyanideafval in rivieren wordt geloosd, zal dit leiden tot een groot aantal sterfgevallen van waterorganismen zoals vissen, waardoor het ecologische evenwicht van het water wordt verstoord. Wanneer zware metalen het menselijk lichaam binnendringen, zullen ze zich ophopen in menselijke organen en verschillende ziekten veroorzaken. Loodvergiftiging heeft bijvoorbeeld invloed op de ontwikkeling van het zenuwstelsel en kwikvergiftiging beschadigt de nieren en de hersenen.

Ontgiftingsmethoden

Chemische oxidatiemethode

1. Alkalische chloreringsmethode : Dit is een veelgebruikte chemische oxidatie-ontgiftingsmethode. Onder alkalische omstandigheden (meestal wordt de pH-waarde op 10-11 gehouden) worden oxidatiemiddelen zoals chloorgas of hypochlorieten toegevoegd aan de cyanidehoudende afvalstoffen. Het reactieprincipe is als volgt: Ten eerste worden cyanide-ionen (CN⁻) geoxideerd tot cyanaat-ionen (CNO⁻), volgens de reactievergelijking CN⁻ + ClO⁻ + H₂O → CNO⁻ + Cl⁻ + 2H⁺. Vervolgens wordt cyanaat door verdere oxidatie afgebroken tot onschadelijke stoffen zoals stikstof en koolstofdioxide : 2CNO⁻ + 3ClO⁻ + H₂O → N₂↑ + 3Cl⁻ + 2HCO₃⁻. Het voordeel van deze methode is dat de reactiesnelheid relatief hoog is en het ontgiftende effect duidelijk, maar het nadeel is dat er secundaire verontreinigende stoffen, zoals chloorhoudende uitlaatgassen, kunnen ontstaan.

2. Oxidatiemethode met waterstofperoxide : Waterstofperoxide (H₂O₂) kan cyaniden oxideren en ontleden in aanwezigheid van een geschikte katalysator. Katalysatoren zoals ferro-ionen (Fe²⁺) worden meestal gebruikt. Tijdens het reactieproces ontleedt waterstofperoxide tot hydroxylradicalen (·OH), die extreem sterke oxiderende eigenschappen hebben en cyaniden snel kunnen oxideren. De reactievergelijking is CN⁻ + H₂O₂ → CNO⁻ + H₂O. Het voordeel van de oxidatiemethode met waterstofperoxide is dat de producten na de ontleding van waterstofperoxide water en zuurstof zijn en er geen nieuwe verontreinigende stoffen worden geïntroduceerd. De kosten zijn echter relatief hoog en de eisen aan de reactieomstandigheden zijn relatief streng.

Biologische oxidatiemethode

1. Microbiële uitlogingsmethode : Hierbij worden speciale micro-organismen gebruikt, zoals Thiobacillus ferrooxidans. Deze micro-organismen kunnen cyaniden als stikstof- en koolstofbron gebruiken tijdens hun groeiproces en deze oxideren en afbreken. Door hun eigen metabolische activiteiten zetten de micro-organismen cyaniden om in onschadelijke stoffen zoals koolstofdioxide, water en ammoniak. Het voordeel van deze methode is dat deze milieuvriendelijk is en weinig energie verbruikt, maar het nadeel is dat de groei van de micro-organismen sterk wordt beïnvloed door omgevingsfactoren zoals temperatuur en pH-waarde, en dat de behandelingscyclus relatief lang is.

2. Biofilmmethode : Micro-organismen hechten zich aan het oppervlak van de drager en vormen zo een biofilm. Wanneer cyanidehoudend afval in contact komt met de biofilm, wordt het cyanide afgebroken door de micro-organismen. De biofilm heeft sterke adsorptie- en afbraakeigenschappen, wat de behandelingsefficiëntie van cyanide door micro-organismen kan verbeteren. In vergelijking met de microbiële uitlogingsmethode zijn de micro-organismen in de biofilmmethode minder snel verloren en stabieler, maar ze zijn wel gevoeliger voor omgevingsomstandigheden.

Andere methoden

1. Pyrolysemethode bij hoge temperatuur : Cyanidehoudend afval wordt bij hoge temperaturen (meestal boven 800 °C) gepyrolyseerd, waarbij cyaniden worden afgebroken tot gassen zoals stikstof en koolmonoxide. De pyrolysemethode bij hoge temperatuur kan cyaniden effectief verwijderen, maar vereist een grote hoeveelheid energie. Bovendien kunnen zware metalen vervluchtigen onder hoge temperaturen, wat de daaropvolgende behandeling van de afvalgassen bemoeilijkt.

2. Adsorptiemethode : Adsorbenten zoals actieve kool en zeoliet worden gebruikt om cyaniden te adsorberen. Adsorbenten hebben een groot specifiek oppervlak en kunnen cyaniden aan hun oppervlak adsorberen, waardoor ontgifting wordt bereikt. De adsorptiemethode is eenvoudig in gebruik, maar de adsorptiecapaciteit van het adsorbens is beperkt en het adsorbens moet regelmatig worden vervangen. Bovendien is de behandeling van het geadsorbeerde adsorbens relatief complex.

Ontgiftingsproces

voorbehandeling

1. Breken en zeven : De enorme hoeveelheden cyanidehoudend afval worden vermalen om de deeltjesgrootte te verkleinen, zodat de daaropvolgende ontgiftingsreactie vollediger kan verlopen. Veelgebruikte breekmachines zijn kaakbrekers, kegelbrekers, enz. Het vermalen afval wordt vervolgens gezeefd met behulp van zeefapparatuur zoals trilzeven om deeltjes van verschillende groottes eruit te filteren, waardoor materiaal met de juiste deeltjesgrootte voor verdere behandeling wordt verkregen.

2. Uitloging : Om cyaniden beter in contact te brengen met het ontgiftingsmiddel en de reactie ervan te bevorderen, worden de cyanidehoudende residuen meestal uitgeloogd met water of andere geschikte oplosmiddelen. Het uitlogingsproces vindt plaats in een geroerde tank, waarbij de residuen en het oplosmiddel grondig worden gemengd door te roeren. Factoren zoals de uitlogingstijd, de temperatuur en de vloeistof-vaststofverhouding beïnvloeden het uitlogingseffect en moeten over het algemeen worden geoptimaliseerd op basis van de feitelijke omstandigheden.

Ontgiftingsoperatie

1. Werkwijze van de chemische oxidatiemethode : Neem bijvoorbeeld de alkalische chloreringsmethode. Aan de residuoplossing na het uitlogen wordt eerst natriumhydroxide toegevoegd om de pH-waarde van de oplossing op 10-11 te brengen. Vervolgens wordt langzaam chloorgas of natriumhypochlorietoplossing toegevoegd, terwijl tegelijkertijd geroerd wordt om de reactie volledig te laten verlopen. Tijdens het reactieproces moet de cyanideconcentratie in de oplossing continu worden gecontroleerd. Wanneer de cyanideconcentratie onder de vastgestelde norm daalt, wordt de toevoeging van het oxidatiemiddel gestopt.

2. Werkwijze van de biologische oxidatiemethode : Bij de microbiële uitlogingsmethode worden goed gekweekte Thiobacillus ferrooxidans en andere micro-organismen geënt in de uitlogingsoplossing die cyanidehoudend afval bevat. De temperatuur van het reactiesysteem wordt geregeld binnen het geschikte groeibereik voor de micro-organismen (doorgaans 25-35 °C) en de pH-waarde wordt aangepast tot het juiste bereik (doorgaans 2-4). Tijdens het reactieproces moeten voedingsstoffen regelmatig worden aangevuld om te voorzien in de groeibehoeften van de micro-organismen. De voortgang van de ontgiftingsreactie wordt beoordeeld door de cyanideconcentratie en de groei van de micro-organismen te monitoren.

Volgende behandeling

1. Scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen : Nadat de ontgiftingsreactie is voltooid, moeten de behandelde residuen worden gescheiden van de vaste stoffen en vloeistoffen. Gangbare methoden voor deze scheiding zijn filtratie en centrifugatie. Door middel van filtratieapparatuur zoals plaat- en framefilterpersen worden de vaste residuen van de vloeistof gescheiden. De gescheiden vloeistof moet vervolgens worden getest op cyanide- en zware metalengehalte om te garanderen dat deze kan worden geloosd nadat aan de lozingsnormen is voldaan.

2. Afvalverwerking : Na ontgifting en scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen, is verdere behandeling nodig als het gehalte aan zware metalen in het afvalmateriaal nog steeds hoog is. Een voorbeeld hiervan is de technologie van solidificatie en stabilisatie, waarbij het afvalmateriaal wordt gemengd met verstevigingsmiddelen zoals cement en kalk om de zware metalen in het gestolde materiaal te binden en hun mobiliteit in het milieu te verminderen. Het behandelde afvalmateriaal kan worden gestort of, afhankelijk van de omstandigheden, op diverse manieren worden hergebruikt, bijvoorbeeld bij de productie van bouwmaterialen.

Conclusie

De detoxificatiebehandeling van cyanide-afval is van groot belang voor de bescherming van het milieu en het duurzame gebruik van hulpbronnen. Verschillende detoxificatiemethoden hebben hun eigen voor- en nadelen. In praktische toepassingen moeten geschikte detoxificatiemethoden en -processen uitgebreid worden geselecteerd op basis van factoren zoals de kenmerken van cyanide-afval, behandelingskosten en milieuvereisten. Tegelijkertijd ontstaan ​​er met de voortdurende vooruitgang van wetenschap en technologie voortdurend nieuwe detoxificatietechnologieën en -processen. In de toekomst wordt verwacht dat er efficiëntere, milieuvriendelijkere en economischere detoxificatiemethoden voor cyanide-afval worden ontwikkeld, die betere oplossingen bieden voor de milieuproblemen die door cyanide-afval worden veroorzaakt.