Процесс кислотного восстановления цианида натрия и тяжелых металлов из сточных вод

Введение

Сточные воды, содержащие цианид, образуются в результате различных промышленных процессов, таких как добыча золота, гальванопокрытие и химическое производство. Из-за высокой токсичности цианид, неправильный сброс этих сточных вод может привести к серьезному загрязнению окружающей среды и нанести вред здоровью человека. Поэтому очистка и восстановление ресурсов цианидсодержащих сточных вод стали критически важными вопросами. Среди методов очистки, Восстановление подкисления of Цианид натрия и тяжелых металлов — широко используемый и эффективный подход, который не только снижает риск для окружающей среды, но и обеспечивает переработку ценных ресурсов.

Принцип восстановления подкисления

Превращение цианида в цианистый водород (HCN)

В процессе подкисления в цианидсодержащие сточные воды добавляются сильные кислоты, такие как серная кислота. В кислых условиях свободные ионы цианида в сточных водах превращаются в цианистый водород (HCN). Цианистый водород является летучим соединением. Когда pH сточных вод регулируется до низкого значения, обычно ниже 2, реакция протекает с большей вероятностью, способствуя превращению ионов цианида в газ HCN.

Восстановление цианида натрия

Полученный газ HCN затем вводится в щелочную абсорбционную башню. Внутри башни он реагирует с раствором гидроксида натрия (NaOH). По мере протекания реакции цианид натрия (NaCN) образуется и накапливается в абсорбционном растворе. Когда концентрация NaCN в растворе достигает около 10% - 12%, его можно перерабатывать и повторно использовать в соответствующих промышленных процессах, таких как процесс выщелачивания при добыче золота.

Выброс и осаждение тяжелых металлов

Помимо свободного цианида, сточные воды часто содержат комплексы тяжелых металлов и цианида, например, меди и цинка. В кислых условиях эти комплексы распадаются. После высвобождения ионов тяжелых металлов они могут образовывать нерастворимые соли и выпадать в осадок при определенных условиях. Например, регулировка значения pH или добавление определенных осаждающих агентов может привести к образованию осадка ионов меди.

Шаги процесса

Шаг 1: Предварительная очистка сточных вод

Сточные воды с высокой концентрацией щелочного цианида сначала проходят через паровой теплообменник для регулирования температуры. Обычно температура поддерживается в диапазоне 20–25 °C. Такой контроль температуры помогает оптимизировать скорость последующей реакции и обеспечивает стабильность процесса. Концентрация цианида в сточных водах с высокой концентрацией обычно составляет от 5000 до 5500 ppm, а значение pH составляет от 10.5 до 12.5.

Шаг 2: Подкисление

Предварительно очищенные сточные воды подаются в распылительную башню подкисления с определенной скоростью потока, например, 2 м³/ч. Затем добавляется концентрированная серная кислота. Количество добавляемой серной кислоты регулируется в соответствии с характеристиками сточных вод, как правило, 25 - 30 кг/м³, чтобы снизить значение pH сточных вод до менее 2. Тепло, выделяющееся при добавлении серной кислоты, может ускорить реакцию, облегчая превращение свободных ионов цианида в сточных водах в летучий HCN.

Шаг 3: Генерация и разделение HCN

В сильнокислой среде распылительной башни подкисления ускоряется превращение цианида в HCN. Образовавшийся газ HCN затем всасывается вакуумным центробежным вентилятором и поступает на следующую стадию — в щелочную абсорбционную башню. В то же время, по мере снижения значения pH, некоторые ионы тяжелых металлов в сточных водах начинают изменяться. Например, концентрация ионов меди в сточных водах может снизиться, а некоторые тяжелые металлы начнут образовывать осадки.

Шаг 4: Поглощение и извлечение цианида натрия

Газ HCN поступает в щелочную абсорбционную башню и поглощается 20% - 30% раствором NaOH. Щелочная абсорбционная жидкость в башне рециркулируется, и во время процесса рециркуляции используется вентилятор, чтобы обеспечить повторное поглощение газа HCN. По мере продолжения реакции поглощения концентрация NaCN в абсорбционной жидкости постепенно увеличивается. Когда концентрация NaCN достигает 10% - 12%, ее можно вернуть в процесс выщелачивания для повторного использования, таким образом достигая восстановления Цианид натрия.

Шаг 5: Осаждение и разделение тяжелых металлов

Для сточных вод после выброса HCN, поскольку некоторые комплексы тяжелых металлов и цианидов были разрушены в кислых условиях, может быть проведена дополнительная обработка для осаждения тяжелых металлов. Например, корректировка значения pH сточных вод до щелочного диапазона может привести к образованию гидроксидов тяжелых металлов, которые выпадают в осадок. Затем можно использовать методы разделения твердого вещества и жидкости, такие как фильтрация или седиментация, для отделения осажденных тяжелых металлов из сточных вод, достигая удаления и восстановления тяжелых металлов.

Преимущества метода восстановления подкислением

Переработка ресурсов

Метод восстановления кислотностью позволяет эффективно извлекать цианид натрия из цианидсодержащих сточных вод, которые можно повторно использовать в соответствующих промышленных процессах, сокращая потребление нового цианида натрия и снижая производственные затраты. В то же время тяжелые металлы также могут быть извлечены, превращая отходы в ценные ресурсы.

Стоимость - Эффективность

По сравнению с некоторыми другими методами очистки, которые фокусируются только на уничтожении цианида, метод восстановления кислотностью не только очищает сточные воды, но и извлекает ценные вещества. Хотя он требует потребления кислоты и щелочи, стоимость извлеченного цианида натрия и тяжелых металлов может компенсировать часть стоимости очистки, делая общую очистку более экономически эффективной в долгосрочной перспективе.

Экологичность

Благодаря извлечению цианида натрия и тяжелых металлов количество загрязняющих веществ в сточных водах значительно снижается. Очищенные сточные воды имеют более низкое содержание цианида и тяжелых металлов, что более благоприятно для последующего сброса или дальнейшей очистки, что снижает негативное воздействие на окружающую среду.

Потребление в процессе восстановления подкислением

Расходы метода кислотной регенерации цианидсодержащих сточных вод в основном включают серную кислоту, едкий натр (NaOH), известь и электроэнергию. Зимой необходимо предварительно подогревать сточные воды, поэтому также потребляется пар.

1.Потребление кислоты

• Превращение цианида в HCN: Количество серной кислоты, необходимое для преобразования цианида в сточных водах в HCN, зависит от концентрации цианида в сточных водах. Например, для обработки 1 м³ сточных вод с концентрацией цианида 5000 ppm для этого преобразования требуется определенное количество серной кислоты.

• Подкисление сточных вод: Помимо кислоты для преобразования цианида, дополнительная кислота используется для корректировки сточных вод до нужного уровня кислотности. Количество, необходимое для снижения pH до значения ниже 2, является важным фактором.

• Реакция со щелочью в сточных водах: В сточных водах могут присутствовать некоторые щелочные вещества, которые реагируют с серной кислотой, но, как правило, их расход относительно невелик по сравнению с объемами, используемыми для конверсии цианида и подкисления.

• Реакция с карбонатом в отходах: Если цианидсодержащее сырье имеет высокое содержание карбоната, как в некоторых цианидных хвостах, карбонат будет реагировать с кислотой с образованием диоксида углерода. В таких случаях расход серной кислоты значительно увеличится, и эти материалы могут оказаться не идеальными для обработки методом кислотной регенерации.

2.Потребление щелочи: Каустическая сода (NaOH) используется в щелочной абсорбционной башне для поглощения HCN и образования NaCN. Количество потребляемого NaOH связано с количеством образующегося HCN и эффективностью поглощения.

3.Расход извести: В некоторых случаях известь может использоваться при последующей очистке сточных вод, например, для корректировки значения pH для осаждения тяжелых металлов. Количество необходимой извести зависит от типа и концентрации тяжелых металлов в сточных водах и требуемого диапазона корректировки pH.

4.Потребление электроэнергии и пара: Электроэнергия используется оборудованием, таким как насосы, вентиляторы и вакуумные центробежные вентиляторы в процессе. Зимой при предварительном нагреве сточных вод потребляется пар для повышения температуры до уровня, соответствующего реакции.

Заключение

Метод восстановления кислотностью цианидсодержащих сточных вод для извлечения цианида натрия и тяжелых металлов является комплексной и эффективной технологией очистки. Соблюдая определенные этапы процесса, он может не только удалять токсичные цианиды и тяжелые металлы из сточных вод, но и перерабатывать ценные ресурсы. Хотя в этом процессе есть определенные материальные и энергетические затраты, учитывая его экологические и экономические преимущества, он имеет широкие перспективы применения при очистке цианидсодержащих сточных вод. Однако в реальной эксплуатации необходимо соблюдать строгие меры безопасности из-за токсичности газа HCN. В то же время требуется постоянная оптимизация параметров процесса для повышения эффективности извлечения и снижения затрат.