Metody i procesy usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych

1. Wstęp

W dziedzinie metalurgii, szczególnie w wydobyciu złota i przetwórstwie rud siarczkowych, obecność Cyjanek na powierzchni Rudy siarczkowe stwarza poważne wyzwania. Cyjanek jest szeroko stosowany w procesie ługowania cyjankowego w celu ekstrakcji złota ze względu na jego zdolność do tworzenia kompleksów ze złotem, ułatwiając jego rozpuszczanie. Jednak po procesie ługowania pozostała cyjanek na powierzchni rud siarczkowych w odpadach nie tylko prowadzi do zanieczyszczenia środowiska, ale także hamuje późniejsze wzbogacanie minerałów siarczkowych, zmniejszając ogólny wskaźnik odzysku cennych metali. Dlatego opracowanie skutecznych metod usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych ma kluczowe znaczenie dla zrównoważonego przetwarzania minerałów i ochrony środowiska.

2. Istniejące problemy z cyjankiem na powierzchniach rud siarczkowych

2.1 Wpływ na środowisko

Cyjanek jest substancją silnie toksyczną. Gdy rudy siarczkowe z powierzchniowo adsorbowanym cyjankiem są odprowadzane do środowiska, cyjanek może stopniowo wypłukiwać i zanieczyszczać glebę, źródła wody i powietrze. Nawet w niskich stężeniach cyjanek może być niezwykle szkodliwy dla organizmów wodnych, roślin i zdrowia ludzi. Na przykład w niektórych obszarach górniczych, gdzie doszło do niewłaściwej utylizacji odpadów zawierających cyjanek, w pobliskich zbiornikach wodnych zaobserwowano znaczny spadek zawartości rozpuszczonego tlenu, co spowodowało śmierć ryb i innych organizmów wodnych.

2.2 Hamowanie wzbogacania minerałów siarczkowych

Cyjanek zaadsorbowany na powierzchni rud siarczkowych, takich jak piryt, chalkopiryt i sfaleryt, może tworzyć warstwę pasywacyjną na powierzchni minerału. Ta warstwa zmniejsza reaktywność minerałów siarczkowych podczas późniejszej flotacji lub innych procesów wzbogacania. Na przykład podczas flotacji rud siarczkowych zawierających miedź obecność cyjanku na powierzchni chalkopirytu może osłabić jego interakcję z kolektorami, utrudniając skuteczne oddzielanie minerałów miedzi od minerałów gangowych, co zmniejsza klasę i szybkość odzysku koncentratów miedzi.

3. Metody usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych

3.1 Metoda aktywacji kwasowej

3.1.1 Zasada

Metoda aktywacji kwasowej wykorzystuje głównie kwasy takie jak kwas siarkowy lub szczawiowy do reakcji ze związkami zawierającymi cyjanek na powierzchni rud siarczkowych. Gdy dodawany jest kwas, powoduje on rozkład kompleksów cyjanek-metal. W rezultacie powstaje gaz cyjanku wodoru. Jednak w dobrze zaprojektowanym procesie ten lotny cyjanowodór można odzyskać i ponownie wykorzystać za pomocą odpowiednich systemów absorpcyjnych.

3.1.2 Etapy procesu

1. Przygotowanie pulpy rudowej: Najpierw wymieszaj odpady rudy siarczkowej z powierzchniowo zaadsorbowanym cyjankiem i wodą, aby uzyskać jednorodną pulpę rudy. Stosunek ciała stałego do cieczy pulpy rudy jest zazwyczaj dostosowywany na podstawie charakterystyki rudy i konkretnych wymagań procesu, zwykle w zakresie 1:2 - 1:5.

2. Dodatek kwasu: Powoli dodawaj kwas siarkowy lub szczawiowy do pulpy rudowej, cały czas mieszając. Ilość dodawanego kwasu musi być dokładnie kontrolowana zgodnie z zawartością cyjanku w pulpie rudowej. Zazwyczaj wartość pH pulpy rudowej jest dostosowywana do 2 - 4. i pH powinno być monitorowane w czasie rzeczywistym za pomocą miernika pH podczas procesu dodawania.

3. Reakcja i obróbka gazu: Po dodaniu kwasu, pozwól reakcji trwać około 1-3 godzin. W tym czasie powstaje gaz cyjanowodór. Aby zapobiec zanieczyszczeniu środowiska tym gazem, instaluje się system zbierania i oczyszczania gazu. Wytworzony gaz cyjanowodór jest kierowany do wieży absorpcyjnej wypełnionej roztworem alkalicznym, takim jak roztwór wodorotlenku sodu. Tutaj cyjanowodór reaguje z wodorotlenkiem sodu, a odzyskany Cyjanek sodowy Jeśli jakość roztworu spełnia wymagania, można go poddać recyklingowi i poddać procesowi cyjanizacji.

3.1.3 Zalety i wady

• Zalety:Ta metoda jest stosunkowo prosta zarówno pod względem zasady, jak i działania. Może skutecznie rozłożyć związki zawierające cyjanek na powierzchni rud siarczkowych i ma potencjał recyklingu cyjanku, zmniejszając całkowity koszt stosowania cyjanku w procesie wydobywczym.

• Wady: Istnieją znaczne zagrożenia bezpieczeństwa. Gaz cyjanowodór jest wysoce toksyczny, a każdy wyciek podczas reakcji może spowodować poważne szkody dla operatorów i środowiska. Ponadto kwasy stosowane w tej metodzie są żrące, co może uszkodzić sprzęt i rurociągi, zwiększając koszty konserwacji i skracając żywotność sprzętu.

3.2 Metoda aktywacji utleniacza

3.2.1 Zasada

Do utleniania cyjanku na powierzchni rud siarczkowych stosuje się utleniacze, takie jak nadtlenek wodoru, nadmanganian potasu i ozon. Utleniacze te rozbijają wiązania chemiczne związków cyjankowych, przekształcając cyjanek w stosunkowo nietoksyczne substancje, takie jak azot i Węgieljadł.

3.2.2 Etapy procesu

1. Przygotowanie pulpy rudowej:Podobnie jak w przypadku metody aktywacji kwasowej, należy przygotować odpady rudy siarczkowej do postaci pulpy rudowej o odpowiednim stosunku fazy stałej do cieczy.

2. Dodatek utleniacza: Dodaj wybrany środek utleniający do pulpy rudowej. Ilość dodanego środka utleniającego zależy od zawartości cyjanku w pulpie rudowej i potencjału utleniającego środka utleniającego. Na przykład, przy stosowaniu nadtlenku wodoru, dawka wynosi zazwyczaj 1 - 5 kg na tonę pulpy rudowej, podczas gdy nadmanganian potasu jest zwykle dodawany w ilości 0.5 - 2 kg na tonę pulpy rudowej. Dodawanie powinno odbywać się powoli, przy ciągłym mieszaniu, aby zapewnić równomierne wymieszanie.

3. Reakcja i monitorowanie: Pozostawić utleniacz do reakcji z cyjankiem w pulpie rudy przez 2-4 godziny. Podczas reakcji monitorować potencjał utleniania-redukcji i zawartość cyjanku w pulpie rudy. Wartość potencjału utleniania-redukcji może odzwierciedlać postęp reakcji utleniania. Gdy wartość się ustabilizuje, a zawartość cyjanku w pulpie rudy spełni wymaganą normę (zwykle poniżej 0.5 mg/l), reakcję uważa się za zakończoną.

3.2.3 Zalety i wady

• Zalety:Ta metoda nie wytwarza toksycznych i lotnych gazów, jak metoda aktywacji kwasowej, co czyni ją bezpieczniejszą dla środowiska operacyjnego. Może skutecznie utleniać i rozkładać cyjanek, osiągając cel usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych. Ponadto produkty reakcji są stosunkowo przyjazne dla środowiska.

• Wady:Koszt utleniaczy jest stosunkowo wysoki, zwłaszcza w przypadku silnych utleniaczy, takich jak ozon, co zwiększa koszt przetwarzania rud siarczkowych. Ponadto reakcja utleniania jest łatwo podatna na wpływ czynników, takich jak wartość pH pulpy rudowej, temperatura i obecność innych zanieczyszczeń, co wymaga ścisłej kontroli warunków reakcji.

3.3 Metoda soli miedzi

3.3.1 Zasada

Sole miedzi, takie jak siarczan miedzi, są dodawane do pulpy rudy siarczkowej z powierzchniowo adsorbowanym cyjankiem. Jony miedzi reagują z cyjankiem, tworząc nierozpuszczalne kompleksy miedzi z cyjankiem. Kompleksy te można następnie oddzielić od pulpy rudy za pomocą metod separacji ciało stałe - ciecz, co pozwala na usunięcie cyjanku.

3.3.2 Etapy procesu

1. Przygotowanie pulpy rudowej:Przygotować odpady rudy siarczkowej do postaci pulpy rudowej o odpowiednim stosunku fazy stałej do cieczy.

2. Dodatek soli miedziowej: Dodaj odpowiednią ilość siarczanu miedzi do pulpy rudy. Ilość dodawanego siarczanu miedzi jest określana przez zawartość cyjanku w pulpie rudy, zazwyczaj przy stosunku molowym jonów miedzi do jonów cyjanku wynoszącym 1 - 2:1. Siarczan miedzi jest zwykle dodawany jako roztwór wodny, a procesowi dodawania powinno towarzyszyć ciągłe mieszanie, aby zapewnić równomierne rozprowadzenie jonów miedzi w pulpie rudy.

3. Reakcja i rozdzielenie ciała stałego od cieczy: Po dodaniu soli miedziowej, pozwól reakcji trwać przez 1-2 godziny. Następnie przeprowadź separację ciała stałego od cieczy w pulpie rudowej, stosując metody takie jak filtracja lub sedymentacja. Oddzielona substancja stała zawiera osady cyjanku miedzi i minerały siarczkowe, podczas gdy oddzieloną ciecz można poddać dalszej obróbce, aby spełnić normę zrzutu lub poddać recyklingowi w innych celach.

3.3.3 Zalety i wady

• Zalety:Ta metoda może skutecznie usuwać cyjanek z powierzchni rud siarczkowych poprzez tworzenie nierozpuszczalnych osadów. Proces operacyjny jest stosunkowo prosty, a siarczan miedzi jest powszechnym i niedrogim odczynnikiem chemicznym, oferującym pewne korzyści ekonomiczne.

• Wady:Dodanie soli miedzi może wprowadzić zanieczyszczenia miedzią do pulpy rudy, co może mieć wpływ na późniejsze wzbogacanie minerałów siarczkowych. Na przykład podczas flotacji rud siarczku ołowiu i cynku, nadmierne jony miedzi mogą aktywować sfaleryt, zakłócając rozdzielanie minerałów ołowiu i cynku. Ponadto, oddzielone osady cyjanku miedzi muszą zostać odpowiednio zutylizowane, aby zapobiec wtórnemu zanieczyszczeniu.

3.4 Nowa metoda odczynników kompozytowych

3.4.1 Zasada

Niektóre nowo opracowane odczynniki kompozytowe, takie jak połączenie polisulfidów i metabisulfitu sodu, są używane. Polisulfidy reagują z zawierającymi siarkę składnikami w związkach zawierających cyjanek na powierzchni rud siarczkowych, podczas gdy metabisulfit sodu reguluje potencjał redoks układu i wspomaga rozkład cyjanku, ułatwiając w ten sposób jego usuwanie.

3.4.2 Etapy procesu

1. Przygotowanie pulpy rudowej:Przygotować odpady rudy siarczkowej do postaci pulpy rudowej.

2. Dodatek odczynnika kompozytowego: Dodaj odczynnik złożony składający się z polisulfidów i metabisulfitu sodu do pulpy rudy. Stosunek wagowy polisulfidów do metabisulfitu sodu wynosi zazwyczaj 1:1. a ilość dodanego odczynnika złożonego jest określana na podstawie zawartości cyjanku w pulpie rudy i rodzaju rudy siarczkowej, zwykle w zakresie od 0.5 do 2 kg na tonę pulpy rudy.

3. Reakcja i monitorowanie: Po dodaniu odczynnika kompozytowego, pozwól reakcji trwać przez 1-3 godziny. Podczas reakcji monitoruj zawartość cyjanku i odpowiednie parametry chemiczne, takie jak potencjał redoks i wartość pH, w pulpie rudowej. Dostosuj warunki reakcji niezwłocznie zgodnie z wynikami monitorowania, aby zapewnić całkowite usunięcie cyjanku.

3.4.3 Zalety i wady

• Zalety:Ta metoda wykazuje dobrą adaptowalność do różnych typów rud siarczkowych. Odczynnik kompozytowy działa synergicznie, aby skutecznie usuwać cyjanek z powierzchni rud siarczkowych. W porównaniu z metodami z pojedynczym odczynnikiem może oferować lepszą wydajność usuwania i mieć mniejszy wpływ na późniejsze wzbogacanie minerałów siarczkowych.

• Wady:Rozwój i produkcja odczynników kompozytowych są stosunkowo skomplikowane, a koszty mogą być wyższe niż w przypadku niektórych tradycyjnych metod z pojedynczym odczynnikiem. Ponadto specyficzny mechanizm reakcji odczynników kompozytowych nie jest jeszcze w pełni poznany, co może wprowadzać niepewność w rzeczywistych zastosowaniach przemysłowych.

4. Optymalizacja procesu i rozważania

4.1 Wstępna obróbka rud

Przed użyciem którejkolwiek z powyższych metod usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych często konieczne jest odpowiednie wstępne przetworzenie rudy. Na przykład, jeśli odpady rudy siarczkowej zawierają dużą ilość drobnoziarnistych minerałów gangowych, można przeprowadzić wstępne przesiewanie lub klasyfikację w celu usunięcia trudnych do przetworzenia drobnoziarnistych frakcji. Może to zwiększyć wydajność kontaktu między odczynnikiem a minerałami siarczkowymi z powierzchniowo zaadsorbowanym cyjankiem i zmniejszyć zakłócenia minerałów gangowych w procesie reakcji.

4.2 Kontrola warunków reakcji

• wartość PH: Wartość pH pulpy rudy ma znaczący wpływ na proces reakcji. Metoda aktywacji kwasem wymaga niższego pH, aby promować rozkład związków zawierających cyjanek, podczas gdy metoda aktywacji utleniacza i metoda soli miedzi muszą utrzymywać odpowiedni zakres pH. Na przykład, gdy jako utleniacz stosuje się nadtlenek wodoru, optymalna wartość pH pulpy rudy wynosi zwykle 8 - 10. a gdy stosuje się siarczan miedzi, wartość pH pulpy rudy jest zazwyczaj kontrolowana na poziomie 6 - 8.

• Temperatura: Temperatura reakcji wpływa również na szybkość i wydajność reakcji. Ogólnie rzecz biorąc, zwiększenie temperatury może przyspieszyć szybkość reakcji. Jednak w przypadku niektórych reakcji, takich jak utlenianie cyjanku nadtlenkiem wodoru, zbyt wysoka temperatura może spowodować rozkład utleniacza, zmniejszając wydajność utleniania. Dlatego temperatura reakcji musi być zoptymalizowana zgodnie ze specyficznym systemem reakcji, zwykle w zakresie 20 - 40 °C.

• Intensywność mieszania: Wystarczające mieszanie jest niezbędne, aby zapewnić równomierne rozprowadzenie odczynników w pulpie rudowej i zwiększyć prawdopodobieństwo kontaktu między odczynnikiem a substancjami zawierającymi cyjanek na powierzchni rud siarczkowych. Jednak nadmierne mieszanie może prowadzić do niepotrzebnego zużycia energii i mechanicznego zużycia sprzętu. Właściwą intensywność mieszania należy określić poprzez badania eksperymentalne i praktyczne doświadczenie produkcyjne.

4.3 Separacja substancji stałych od cieczy i oczyszczanie ścieków

Po reakcji usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych, wymagana jest skuteczna separacja ciało stałe-ciecz, aby oddzielić przetworzone minerały siarczkowe od roztworu reakcyjnego. Powszechnie stosowane metody separacji ciało stałe-ciecz obejmują filtrację, sedymentację i wirowanie. Oddzielone ścieki zazwyczaj nadal zawierają resztki cyjanku i inne zanieczyszczenia, które należy poddać dalszej obróbce, aby spełnić normę zrzutu. Procesy oczyszczania ścieków mogą obejmować takie metody, jak dalsze utlenianie, adsorpcja i oczyszczanie biologiczne.

5. Studia przypadków

5.1 Zastosowanie metody aktywacji kwasem w kopalni złota

W pewnej kopalni złota, po procesie ługowania cyjankowego, odpady rudy siarczkowej zawierały pewną ilość powierzchniowo zaadsorbowanego cyjanku. Kopalnia stosowała metodę aktywacji kwasowej do oczyszczania. Najpierw odpady przerabiano na pulpę rudy o stosunku ciało stałe-ciecz 1:3. Następnie dodawano kwas siarkowy, aby dostosować wartość pH pulpy rudy do 3. Po 2 godzinach reakcji, wytworzony gaz cyjanku wodoru został zebrany i zaabsorbowany przez roztwór wodorotlenku sodu. Po oczyszczeniu, zawartość cyjanku w pulpie rudy spadła z 5 mg/l do mniej niż 0.5 mg/l, a późniejsza szybkość odzysku minerałów siarczkowych z flotacji wzrosła o około 10%. Jednak podczas eksploatacji wyciek gazu cyjanku wodoru stwarzał zagrożenia dla bezpieczeństwa w miejscu eksploatacji, a rurociągi urządzeń uległy stosunkowo poważnej korozji.

5.2 Metoda aktywacji utleniacza w kopalni rudy siarczkowej polimetalicznej

Kopalnia rudy siarczkowej polimetalicznej stosowała nadtlenek wodoru jako utleniacz do usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych. Wartość pH pulpy rudy została najpierw dostosowana do 9, a następnie dodano nadtlenek wodoru w dawce 3 kg na tonę pulpy rudy. Po 3 godzinach reakcji zawartość cyjanku w pulpie rudy została zredukowana do bardzo niskiego poziomu. Na późniejsze wzbogacanie minerałów siarczku miedzi, ołowiu i cynku nie miał wpływu pozostały cyjanek, a ogólny wskaźnik odzysku metali uległ poprawie. Jednak wysoki koszt nadtlenku wodoru doprowadził do wzrostu kosztów przetwarzania rudy o około 5 USD na tonę.

6. Wniosek

Usuwanie cyjanku z powierzchni rud siarczkowych jest kluczowym zadaniem w dziedzinie przetwórstwa minerałów. Metoda aktywacji kwasowej, metoda aktywacji utleniacza, metoda soli miedziowej i nowa metoda odczynników kompozytowych mają swoje zalety i wady. W rzeczywistych zastosowaniach przemysłowych konieczne jest kompleksowe rozważenie czynników, takich jak charakter rud siarczkowych, wymogi ochrony środowiska i koszty ekonomiczne, aby wybrać najbardziej odpowiednią metodę. Tymczasem poprzez optymalizację warunków procesu, wstępną obróbkę rud i właściwe postępowanie z separacją ciało stałe-ciecz i oczyszczaniem ścieków, wydajność usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych może zostać dodatkowo zwiększona, osiągając cele odzyskiwania zasobów i ochrony środowiska.