Raziskave metode pridobivanja bakra v odpadni vodi pri cianidnem bakrenju

1. Predstavitev

Vzpostavitev okolju prijaznega načina galvanizacije, ki varčuje z viri, sta trenutno dve glavni temi za trajnostni razvoj industrije galvanizacije. V kontekstu pomanjkanja virov barvnih kovin v svetu in nenehnega naraščanja stroškov galvanizacije kovinskih materialov je sprejetje tehnologije galvanizacije, ki varčuje z viri, pritegnilo veliko pozornosti. Kitajska podjetja za galvanizacijo imajo razmeroma kratko zgodovino razvoja. V začetni fazi razvoja je bilo pomanjkanje sredstev in zaostala tehnologija. Večina majhnih tovarn za galvanizacijo se ne zaveda predelave kovinskih materialov v odpadnih vodah galvanizacije, kaj šele raziskav o metodah predelave. Za cianid odpadne vode pri bakrenju in galvanizaciji bakrovih zlitin so oborine, ki jih tvori dvovalentni baker po lomljenju cianida, drobni delci, kar povzroča težko obarjanje in ločevanje ter visoke stroške. Zato je nujno preučiti nove procese predelave.

2. Načela metode

2.1 Obdelava odpadne vode iz cianidnega bakrenja in bakrovih zlitin

Pri tradicionalnem postopku razgradnje cianida z uporabo natrijevega hipoklorita je treba pH odpadne vode, ki vsebuje cianid, prilagoditi na 11–12, običajno z dodajanjem natrijevega hidroksida. Med postopkom razgradnje cianida se cianid pretvori v Carbon Dioksid in dušik, enovalentni bakrovi ioni pa se oksidirajo v dvovalentne bakrove ione, ki nato tvorijo drobne delce bazičnega bakrovega karbonata, suspendirane v odpadni vodi. Naravno sedimentiranje traja več kot cel dan in še vedno ne more doseči popolnega izločanja. Za doseganje popolnega izločanja in ločevanja je potrebna velika količina koagulacijskega sredstva in flokulanta. V preteklosti, ko baker ni bil pridobljen, so odpadno vodo po razgradnji cianida zmešali s celovito odpadno vodo, ki je vsebovala kisline, in jo nato obdelali z apnom. Bazični bakrov karbonat se je adsorbiral na oborine v celoviti odpadni vodi in se na koncu oboril ter ločil.

Nov postopek razgradnje cianida je dodajanje apna za prilagoditev pH. Ogljikov dioksid, ki nastane med razgradnjo cianida, reagira s kalcijevim oksidom in tvori kalcijev karbonat. Istočasno se bazični bakrov karbonat soobori s kalcijevim karbonatom, da tvori velike oborine delcev.

2.2 Čiščenje drugih odpadnih voda, ki vsebujejo baker

Dvovalentni bakrovi ioni v kisli odpadni vodi svetlega bakrenja reagirajo z apnom, da tvorijo bakrov hidroksid, žveplova kislina pa z apnom, da tvorita kalcijev sulfat in vodo. V odpadni vodi pri bakrenem pirofosfatiranju pirofosfatni radikal in bakrovi ioni obstajajo v obliki kompleksa. Pri obdelavi z apnom pirofosfatni radikal reagira s kalcijevim oksidom in tvori oborino kalcijevega pirofosfata, bakrovi ioni pa reagirajo s kalcijevim oksidom in tvorijo bakrov hidroksid.

3. Postopek obnovitve

3.1 Sestava odpadne vode, ki vsebuje baker

Odpadne vode, ki vsebujejo baker, vključujejo več vrst, kot so cianidno bakrenje, zlitine bakra in cinka, zlitine bakra in kositra, kislo svetleče bakrenje in odpadne vode z bakrovim pirofosfatom. Odpadne vode iz cianidnega bakrenja, zlitin bakra in cinka ter zlitin bakra in kositra tečejo v rezervoar za uravnavanje odpadne vode, ki vsebuje cianid, medtem ko odpadne vode iz kislega svetlega bakrenja in bakrovega pirofosfatnega prevleke tečejo v rezervoar za uravnavanje odpadne vode, ki vsebuje baker. Cianidne bakrene prevleke in odpadne vode bakrovih zlitin vsebujejo kompleksirajoče snovi, kot je npr Natrijev cianid, kalijev natrijev tartrat in amonijev tiocianat, ki tvorita komplekse z bakrovimi ioni. Odpadna voda pri prevleki bakrovega pirofosfata vsebuje komplekse bakrovega pirofosfata. Odpadne vode iz cianidnega bakrenja in bakrovih zlitin predstavljajo približno 90 % celotne odpadne vode, ki vsebuje baker, medtem ko kisle svetle odpadne vode iz bakrenega prevleke in bakrovega pirofosfata predstavljajo približno 10 %.

3.2 Oksidacijski proces bakrovih kompleksov

Pred predelavo bakra je treba razbiti bakrene komplekse v odpadni vodi pri galvanizaciji in oksidirati ione Cu⁺ v ione Cu²⁺. Kombinirana metoda raztopine natrijevega hipoklorita in vodikovega peroksida se uporablja za razgradnjo cianida in kompleksirnih sredstev, kot je kalijev natrijev tartrat. Obstajajo trije rezervoarji za razgradnjo cianida. Odpadna voda, ki vsebuje cianid, in odpadna voda, ki vsebuje baker, se prečrpava v rezervoar za razgradnjo cianida prve stopnje. Dodano je apneno mleko, da se pH nastavi na 11 - 12. Dodatna količina apnenega mleka se prilagodi s sistemom za nadzor pH. Istočasno dodamo raztopino natrijevega hipoklorita, da razbijemo cianid. Vodikov peroksid se doda v rezervoar za razgradnjo cianida druge stopnje, da se nadaljuje razgradnja cianida in oksidacijskih kompleksirnih sredstev, kot je kalijev natrijev tartrat. Zaradi počasne hitrosti reakcije je dodan rezervoar za razgradnjo cianida tretje stopnje. V rezervoarju za lomljenje cianida tretje stopnje se preverja odstranitev cianida in kompleksirnih sredstev, kot je kalijev natrijev tartrat, glede na podatke kemijske analize in izkušnje. Po zaključku oksidacijske reakcije se Cu⁺ v odpadni vodi popolnoma pretvori v Cu²⁺ in nastaneta bazični bakrov karbonat in oborina bakrovega hidroksida. Med tem postopkom, potem ko odpadna voda bakrenega pirofosfata reagira z apnom, se kompleks, ki ga tvorita baker in pirofosfatni radikal, zlomi in nastane bakrov hidroksid. Podatki analize kažejo, da lahko s tem postopkom odpadna voda izpolnjuje standarde izpusta. Dodajanje apna za uravnavanje pH in obarjanje bakrovih ionov zmanjša stroške obdelave, apno pa ima tudi vlogo koagulanta in popolnoma obori pirofosfatni radikal.

3.3 Pridobivanje bakra

V zgornjem postopku se bakrovi ioni v odpadni vodi pri galvanizaciji pretvorijo v bazične oborine bakrovega karbonata. Če je količina dodanega apna velika, se lahko tudi bakrovi ioni pretvorijo v oborino bakrovega hidroksida. Ker je apno potrebno za obarjanje pirofosfatnega radikala v odpadni vodi pri nanosu bakrovega pirofosfata, količina dodanega apna ne sme biti premajhna. Stroški apna so zelo nizki in ga lahko med postopkom obdelave dodamo v ustreznem presežku.

Ko se odpadne vode, ki vsebujejo cianid in baker, očistijo v tristopenjskih rezervoarjih za razgradnjo cianida, te odtečejo v rezervoar za flokulacijo. V posodo za flokulacijo se doda natrijev pirosulfit, da se zmanjša presežek vodikovega peroksida, in poliakrilamidni flokulant, da se delci oborine povečajo. Če natrijevega pirosulfita ne dodamo v posodo za flokulacijo, ostanek vodikovega peroksida po razgradnji cianida razpade, da nastane kisik, ki se adsorbira na površini delcev oborine in povzroči, da oborina lebdi. Količina dodanega natrijevega pirosulfita mora biti tolikšna, da oborina ne plava, ustrezen presežek pa je sprejemljiv.

Po prehodu skozi flokulacijski rezervoar odpadna voda teče v nagnjeni cevni usedalnik. Ko se oborine ločijo od vode, pridejo v sedimentacijsko zgoščevalno posodo, nato pa se filtrirajo s filtrirno stiskalnico. Filtrska pogača se rekuperira in filtrat teče nazaj v prilagoditveni rezervoar. Regenerirano filtrirno pogačo, ki vsebuje baker, kupi strokovno podjetje in ga pošlje profesionalnemu proizvajalcu za proizvodnjo bakrovega sulfata ali pa se lahko uporabi tudi za proizvodnjo elektrolitskega bakra.

4. Prednosti

Odpadne vode, ki vsebujejo baker, nastajajo v štirih galvanskih delavnicah. Podatki analize in monitoringa kažejo, da je povprečna masna koncentracija bakra v Odpadne vode za bakrenje s cianidom je 345 mg/L, kar pomeni, da vsaka tona odpadne vode vsebuje 0.345 kg bakra. Skupna količina odpadne vode zaradi cianidnega bakrenja na mesec je približno 4600 t, ki vsebuje 1587 kg bakra. Skupaj z bakrom v drugih odpadnih vodah, ki vsebujejo baker, je mogoče pridobiti približno 1700 kg bakra na mesec. Mesečni dohodek podjetja od prodaje blata, ki vsebuje baker, je 30.000 - 40.000 RMB. Pridobivanje bakra iz odpadne vode pri galvanizaciji, ki ga izvaja podjetje, preprečuje neučinkovito porabo kovinskega bakra, s čimer ne le zmanjša stroške galvanizacije, ampak tudi zmanjša sekundarno onesnaževanje okolja z blatom pri galvanizaciji, kar prinaša dobre gospodarske in družbene koristi.

5. Zaključek

Industrija galvanizacije je industrija, ki zelo onesnažuje okolje. V trenutnih razmerah, ko so postopki in tehnologije čiščenja odpadne vode pri galvanizaciji na Kitajskem razmeroma zaostali, je aktivno preučevanje metod predelave barvnih kovin v odpadno vodo pri galvanizaciji zelo pomembno za vzpostavitev okolju prijaznega načina galvanizacije, ki varčuje z viri, in ohranjanje trajnostnega razvoja industrije galvanizacije. Metoda obdelave cianidne bakrene prevleke in drugih odpadnih voda, ki vsebujejo baker, za pridobivanje bakra z uporabo apna, proučenega v tem prispevku, je pokazala dobre rezultate v praktičnih aplikacijah in zagotavlja izvedljiv način za zeleni razvoj industrije galvanizacije.