Procesul de tratare a apelor uzate cu extracție de aur cu cianură

În prezent, metoda de extracție a aurului cu cianură este unul dintre principalele procese mature pentru topirea aurului în China. Aceasta utilizează soluție de cianură pentru a extrage aurul din minereuri, având o rată ridicată de recuperare, o adaptabilitate puternică la proprietățile minereurilor și capacitatea de a produce aur la fața locului. De la prima utilizare a soluției de cianură pentru levigarea aurului din minereuri în 1887, această metodă a fost aplicată pe scară largă până în prezent. Cu toate acestea, extracția aurului cu cianură generează o cantitate mare de substanțe toxice și nocive, reprezentând o amenințare uriașă pentru mediul înconjurător și pentru oameni. Prin urmare, pentru a reduce daunele, este necesar să se studieze metodele de tratare a apelor uzate de la extracția aurului cu cianură. Un număr mare de cercetători au rezumat metodele de tratare, principiile chimice și tendințele de dezvoltare a apelor uzate care conțin cianură, dar majoritatea discută doar una sau două metode. Prin urmare, acest articol realizează o analiză detaliată a diferitelor metode de tratare a apelor uzate de la extracția aurului cu cianură aplicate în prezent în industrie, comparând avantajele, dezavantajele și scenariile de aplicare ale fiecărei metode, ceea ce are o anumită semnificație călăuzitoare pentru aplicații similare în producția reală.

I. Surse și pericole ale apelor uzate de extracție a aurului cu cianură

Principiul principal al extracției aurului cu cianură este că, într-un mediu aerob, cianura de sodiu reacționează cu aurul pentru a forma complexe de aur, care sunt apoi dizolvate. După aceea, aurul poate fi extras prin îmbogățire prin adsorbție pe cărbune activ sau înlocuit cu pulbere de zinc din cianura de aur. În același timp, alte metale grele, cum ar fi argintul, cuprul și zincul, formează, de asemenea, complexe și se dizolvă.

Cianurile utilizate în reacție și complexele produse sunt substanțe toxice și nocive. Cianura de sodiu este ușor de hidrolizat și este o substanță extrem de toxică de clasa 1, cu o doză letală de 0.10 g. Atunci când cianurile se infiltrează în ape, acestea sunt extrem de dăunătoare organismelor din apă și reprezintă o amenințare uriașă pentru oameni și mediul înconjurător. Prin urmare, tratarea apelor uzate provenite de la extracția aurului cu cianură este de mare importanță.

II. Principalele metode de tratare pentru apele reziduale de extracție cu aur cu cianură

Metoda de clorinare alcalină

Metoda de clorurare alcalină este în prezent una dintre cele mai frecvent utilizate metode de tratare a cianurii - care conțin ape uzate provenite din extracția aurului cu cianură. Folosește în principal oxidanți pe bază de clor pentru a oxida cianurile din apele uzate în condiții alcaline, transformându-le în substanțe netoxice. Procesul de rupere a cianurilor de clorinare alcalină este împărțit în două etape:

Prima etapă este de a oxida cianura în cianat, care se numește etapa de „oxidare incompletă”. CN⁻ reacționează cu OCl⁻ pentru a forma mai întâi CNCl, apoi se hidrolizează la CNO⁻. Trebuie remarcat faptul că CNCl este foarte volatil și toxic în condiții acide. Prin urmare, în timpul funcționării, valoarea pH-ului trebuie controlată strict pentru a fi în stare alcalină.

A doua etapă este de a oxida în continuare cianatul în dioxid de carbon și azot, care se numește etapa de „oxidare completă”. În timpul procesului de rupere a cianurii, valoarea pH-ului are un impact mare asupra reacției de oxidare. Valoarea pH-ului oxidării din prima etapă trebuie controlată la 10 - 11. iar timpul de reacție este de 10 - 15 minute. Valoarea pH-ului oxidării din a doua etapă trebuie controlată la 6.5 ​​- 7.0. iar timpul de reacţie este de 10 - 15 minute.

O anumită mină folosește metoda de clorinare alcalină pentru a trata supernatantul nămolului de coadă de cianură (cu un conținut de cianură de 200 mg/L) și apa de infiltrație din rezervorul de sedimentare (cu un conținut de cianură de 5 mg/L). Valoarea pH-ului este controlată la 10 - 11. și se adaugă pulbere de albire într-un raport de 35 - 40 de ori conținutul de cianură pentru amestecare și agitare. După sedimentare într-un agent de îngroșare, conținutul total de cianură poate fi redus la 0.1 mg/L.

Metoda de clorinare alcalină este cea mai utilizată metodă pentru tratarea apelor uzate care conțin cianuri, iar pulberea de albire este cel mai frecvent utilizat oxidant pe bază de clor. Această metodă este potrivită pentru tratarea apelor uzate de extracție cu aur cu cianură cu concentrații mari sau scăzute. De asemenea, poate elimina complexele care conțin tiocianați și cianuri (cu excepția complexelor de ferocianuri). Medicamentul este disponibil pe scară largă, reziduurile generate sunt ușor de filtrat, iar funcționarea este simplă. Cu toate acestea, mediul de operare este relativ dur atunci când se utilizează pulbere de albire pentru tratarea apelor uzate. Acum, unele întreprinderi folosesc în schimb lichid de albire sau dioxid de clor, ceea ce îmbunătățește într-o oarecare măsură mediul de funcționare. Dar gazele toxice sunt generate în timpul procesului de reacție și are o corozivitate relativ mare pentru echipament. Costul medicamentului și costul de întreținere sunt relativ mari.

Metoda de complexare a sării feroase

Metoda de complexare a sării feroase este o metodă de tratare a apelor reziduale de extracție a aurului cu cianură care a apărut în ultimii ani. Prin controlul valorii pH-ului reacției la 7 - 8. ionii feroși reacționează cu cianura liberă și unele complexe de cianuri din apa uzată de extracție cu aur cu cianuri pentru a forma precipitate.

Experimentele au arătat că, în general, adăugarea numai de sulfat feros pentru a trata apele uzate de extracție cu aur cu cianură nu poate face ca apele uzate să îndeplinească standardele de descărcare. Prin urmare, un oxidant general trebuie adăugat la apa uzată tratată pentru îndepărtarea profundă a cianurii. Atâta timp cât condițiile sunt bine controlate, oxidantul poate fi adăugat direct pentru tratare fără a separa precipitatul, iar standardul de descărcare poate fi de asemenea atins. Acest lucru are o semnificație pozitivă în comparație cu metoda tradițională de separare mai întâi și apoi de tratament.

O anumită topitorie de aur folosește metoda sulfurei de sodiu - sulfat feros pentru a trata cianura - lichid sărac. Influentul are un conținut de cianuri de 2500 mg/L. După tratare, efluentul are un conținut de cianuri mai mic de 20mg/L, cu o rată de îndepărtare de 99.2%, arătând rezultate remarcabile. Tratamentul ulterioar profund folosește metoda metabisulfitului de sodiu - aer pentru a reduce cianura totală la mai puțin de 0.4 mg/L.

Metoda de complexare a sării feroase este o metodă de tratare recent apărută, utilizată în principal pentru tratarea apelor uzate cu concentrație mare de cianură. Procesul său este simplu, investiția unică este mică, este ușor de utilizat, medicamentul (în principal sulfatul feros) este disponibil pe scară largă, ieftin și ușor de utilizat. Cu toate acestea, deoarece soluția de sulfat feros este acidă, atunci când este amestecată cu apa reziduală de extracție a aurului cu cianură, zona locală devine acidă și există posibilitatea de a genera gaz cianhidric. Mai mult, nu poate elimina tiocianatul, iar apa uzată tratată necesită încă o tratare profundă pentru a îndeplini standardele de descărcare.

Metabisulfit de sodiu - Metoda aerului

Metoda metabisulfit de sodiu - aer este dezvoltată din metoda dioxid de sulf - aer. Utilizează în principal efectul sinergic al metabisulfitului de sodiu și al aerului asupra cianurilor din apele uzate într-un anumit interval de pH, cu efectul catalitic al ionilor de cupru, pentru a oxida CN⁻ la CNO⁻.

Dacă conținutul de cianură din apa uzată care conține cianuri este mare, se poate efectua mai întâi o pretratare pentru a reduce concentrația totală de cianuri la mai puțin de 100 mg/L. Apoi se adaugă metabisulfit de sodiu și sulfat de cupru, se introduce suficient aer, iar valoarea pH-ului este controlată (în general controlată la 7 - 8), astfel încât cianura este oxidată la cianat, care este apoi hidrolizat pentru a forma ioni de bicarbonat și amoniac.

Metoda metabisulfit de sodiu - aer este potrivită pentru tratarea apelor reziduale de extracție cu cianuri de aur cu concentrație scăzută. Doza de medicament este mică, intensitatea muncii este scăzută, dar investiția inițială este relativ mare și trebuie adăugate echipamente precum suflante. Cerințele pentru indicatorii de proces sunt relativ stricte, iar controlul valorii pH-ului este foarte important. De asemenea, trebuie adăugat sulfat de cupru ca catalizator. Timpul de reacție este lung. Dacă tratamentul nu este adecvat, se va genera o cantitate mare de ioni de amoniu, iar zgura generată nu este ușor de filtrat. Există o cantitate mică de amoniac gazos generat la fața locului și nu are niciun efect asupra eliminării tiocianurilor.

Metoda de oxidare a peroxidului de hidrogen

Metoda de oxidare a peroxidului de hidrogen constă în oxidarea cianurilor la CNO⁻ în condiții normale de temperatură, alcaline (pH = 10 - 11), cu Cu²⁺ ca catalizator și apoi hidrolizarea lor în substanțe netoxice. Cianurile complexe (complexe de Cu, Zn, Pb, Ni, Cd) sunt de asemenea disociate din cauza distrugerii cianurilor din ele. Ionii de ferocianuri și alți ioni de metale grele formează săruri complexe de ferocianuri și sunt îndepărtați. În cele din urmă, concentrația totală de cianuri din apa uzată tratată poate fi redusă la mai puțin de 0.5 mg/L.

Această metodă este potrivită pentru tratarea apelor reziduale cu concentrație scăzută de cianură. Echipamentul de tratare cu peroxid de hidrogen este simplu și ușor de realizat control automat. Cu toate acestea, cianatul generat trebuie să rămână o anumită perioadă de timp pentru a se descompune în CO₂ și NH₃. Dezavantajele sunt că utilizarea cuprului ca catalizator poate face ca cuprul din apa evacuată să depășească standardul, costul materiilor prime este relativ mare, tiocianurile nu pot fi oxidate și se generează ioni de amoniu. De fapt, apa uzată are încă o anumită toxicitate. Mai mult, deoarece peroxidul de hidrogen este un oxidant, are o mare corozivitate și există anumite dificultăți și pericole în transport și utilizare.

Metoda de acidificare

Atunci când se utilizează metoda de acidificare pentru tratarea cianurii - lichid sărac, mecanismul său de reacție este relativ complex, incluzând în principal trei procese: procesul de acidificare a apei uzate care conține cianura, procesul de stripare și absorbție a gazului HCN și procesul de neutralizare a lichidului stripat.

(1) Reacția de acidificare: Cianură - lichid sărac este acidulat și purificat cu acid. Cianurile complexe din lichidul sărac vor forma precipitate insolubile precum CuCN, CuSCN și Zn₂Fe(CN)₆ și vor fi îndepărtate și, în același timp, se generează cianura de hidrogen.

(2) Reacție de volatilizare și absorbție: lichidul sărac este preîncălzit la aproximativ 30 ℃ înainte de acidificare. Deoarece punctul de fierbere al HCN este de numai 26.5 ℃, acesta este extrem de volatil. Prin urmare, un turn împachetat este utilizat ca echipament de transfer de masă pentru contactul dintre gaz - lichid în două faze în metoda de acidificare, care este ușor de realizat striparea și absorbția HCN.

(3) Reacție de neutralizare: Pentru neutralizarea lichidului rezidual, acidulat este utilizat var sau alcali lichizi. Moleculele de HCN reziduale din soluție vor fi transformate în forma CN⁻. Metoda de acidificare poate recupera cianura de sodiu din apele uzate care conțin cianură și poate realiza recuperarea resurselor. Cu toate acestea, aceasta are cerințe ridicate pentru etanșarea echipamentelor, o investiție inițială relativ mare, necesită abilități operaționale de nivel înalt, iar întreținerea echipamentelor este dificilă. Există, de asemenea, anumite riscuri pentru siguranță. Apele uzate generate după recuperare necesită încă un tratament profund pentru a îndeplini standardele de evacuare.

Metoda de electroliză

Metoda electrolizei folosește reacții redox electrochimice pentru a distruge cianurile din apa uzată. În timpul electrolizei ionice, cianurile pierd electroni la anod și sunt oxidate în cianat, carbonat, azot sau amoniu. Cianatul este oxidat în continuare la CO₂ și H2O. Principalele reactii sunt:

CN⁻ + 2OH⁻ - 2e → CNO⁻ + H₂O (24)

2CN⁻ + 4OH⁻ - 6e → 2CO₂ + N₂ + 2H₂O (25)

Experimentele de electroliză folosind o tijă de electrod de dioxid de plumb pe bază de ceramică și o placă catodică din oțel inoxidabil au dovedit că prin utilizarea metodei de electroliză pentru tratarea apelor reziduale care conțin cianuri, după 2 ore de electroliză, concentrația de CN⁻ poate fi redusă de la 385mg/L la 58mg/L, iar concentrația de Cu²m⁺ poate fi redusă de la 450mg/L. 48 mg/L. În plus, Hunan Zhongnan Gold Smelter utilizează metoda electrochimică pentru a trata apele uzate de extracție cu aur cu cianuri, ceea ce poate reduce cianura totală de la 4 g/L la 0.8 g/L. Diferența față de cele de mai sus este că atât plăcile anodului cât și catodul sunt realizate din plăci de fier. În timpul procesului de funcționare, nu se consumă doar energie electrică, ci și plăcile de fier.

Metoda electrolizei este utilizată în principal pentru tratarea apelor reziduale cu concentrație mare de cianuri. Echipamentul ocupă o suprafață mică, procesul este simplu și ușor de controlat, dar consumă o cantitate mare de energie electrică, iar costul de funcționare este mai mare decât cel al metodei de clorinare alcalină. Rata de îndepărtare a cianurilor este medie și nu are niciun efect asupra eliminării complexelor de cianuri.

În prezent, printre metodele de tratare a apelor reziduale de extracție a aurului cu cianură sunt utilizate pe scară largă metoda clorării alcaline, metoda acidificării și metoda metabisulfitului de sodiu - aer. Metoda electrolizei și metoda complexării sărurilor feroase sunt metode nou apărute care au fost aplicate cu succes în tratarea industrială. Metoda de oxidare a peroxidului de hidrogen este în principal o metodă de tratament de urgență. Există multe alte metode de tratare pentru tratarea apelor reziduale de extracție a aurului cu cianură, cum ar fi metoda de purificare naturală, metoda biologică, metoda de separare prin membrană, metoda schimbului de ioni etc. Cu toate acestea, ca aplicații industriale, toate au anumite limitări și necesită încă îmbunătățiri continue.