Postopek za zakisanje natrijevega cianida in težkih kovin iz odpadne vode

Uvod

Odpadna voda, ki vsebuje cianid, nastaja v različnih industrijskih procesih, kot so rudarjenje zlata, galvanizacija in kemična proizvodnja. Zaradi visoke toksičnosti cianida lahko nepravilno odvajanje te odpadne vode povzroči hudo onesnaženje okolja in škoduje zdravju ljudi. Zato sta čiščenje in pridobivanje virov odpadne vode, ki vsebuje cianid, postala ključnega pomena. Med metodami čiščenja je pridobivanje natrijevega cianida in težkih kovin z zakisanjem široko uporabljen in učinkovit pristop, ki ne le zmanjšuje okoljsko tveganje, temveč tudi omogoča recikliranje dragocenih virov.

Načelo okrevanja z zakisljevanjem

Pretvorba cianida v vodikov cianid (HCN)

V procesu zakisanja se odpadni vodi, ki vsebuje cianid, dodajajo močne kisline, kot je žveplova kislina. V kislih pogojih se prosti cianidni ioni v odpadni vodi pretvorijo v vodikov cianid (HCN). Vodikov cianid je hlapna spojina. Ko se pH odpadne vode zniža na nizko vrednost, običajno pod 2, je bolj verjetno, da bo reakcija potekala, kar olajša pretvorbo cianidnih ionov v plin HCN.

Pridobivanje natrijevega cianida

Nastali plin HCN se nato uvede v stolp za absorpcijo alkalij. V stolpu reagira z raztopino natrijevega hidroksida (NaOH). Med potekom reakcije se tvori natrijev cianid (NaCN), ki se kopiči v absorpcijski raztopini. Ko koncentracija NaCN v raztopini doseže približno 10–12 %, ga je mogoče reciklirati in ponovno uporabiti v ustreznih industrijskih procesih, kot je na primer postopek luženja pri rudarjenju zlata.

Sproščanje in obarjanje težkih kovin

Poleg prostega cianida odpadna voda pogosto vsebuje komplekse težkih kovin in cianida, kot sta baker in cink. V kislih pogojih se ti kompleksi razgradijo. Ko se ioni težkih kovin sprostijo, lahko pod določenimi pogoji tvorijo netopne soli in se oborijo. Na primer, prilagajanje pH vrednosti ali dodajanje določenih oborin lahko povzroči, da bakrovi ioni tvorijo oborine.

Procesni koraki

1. korak: Predobdelava odpadne vode

Visoko koncentrirana odpadna voda, ki vsebuje alkalni cianid, najprej prehaja skozi parni toplotni izmenjevalnik, kjer se uravnava njena temperatura. Običajno se temperatura vzdržuje v območju od 20 do 25 °C. Ta nadzor temperature pomaga optimizirati nadaljnjo hitrost reakcije in zagotavlja stabilnost procesa. Koncentracija cianida v visoko koncentrirani odpadni vodi se običajno giblje med 5000 in 5500 ppm, pH pa med 10.5 in 12.5.

2. korak: Zakisanje

Predhodno obdelana odpadna voda se dovaja v razpršilni stolp za zakisanje z določenim pretokom, na primer 2 m³/h. Nato se doda koncentrirana žveplova kislina. Količina dodane žveplove kisline se prilagodi glede na značilnosti odpadne vode, običajno 25–30 kg/m³, da se pH vrednost odpadne vode zniža na manj kot 2. Toplota, ki se sprosti med dodajanjem žveplove kisline, lahko pospeši reakcijo, zaradi česar se prosti cianidni ioni v odpadni vodi lažje pretvorijo v hlapne HCN.

3. korak: Nastajanje in ločevanje HCN

V močno kislem okolju razpršilnega stolpa za zakisanje se pospeši pretvorba cianida v HCN. Nastali plin HCN nato posesa vakuumski centrifugalni ventilator in vstopi v naslednjo stopnjo – stolp za absorpcijo alkalnih snovi. Hkrati se z zniževanjem vrednosti pH začnejo spreminjati nekateri ioni težkih kovin v odpadni vodi. Na primer, koncentracija bakrovih ionov v odpadni vodi se lahko zmanjša, nekatere težke kovine pa začnejo tvoriti oborine.

4. korak: Absorpcija in pridobivanje natrijevega cianida

Plin HCN vstopi v stolp za absorpcijo alkalij, kjer ga absorbira 20–30-odstotna raztopina NaOH. Tekočina za absorpcijo alkalij v stolpu se reciklira, med postopkom recikliranja pa se uporablja ventilator, ki zagotavlja večkratno absorpcijo plina HCN. Med potekom absorpcijske reakcije se koncentracija NaCN v absorpcijski tekočini postopoma povečuje. Ko koncentracija NaCN doseže 10–12 %, se lahko vrne v postopek luženja za ponovno uporabo, s čimer se doseže pridobivanje natrijevega cianida.

5. korak: Obarjanje in ločevanje težkih kovin

Pri odpadni vodi po izpustu HCN se lahko izvede nadaljnja obdelava, saj so se nekateri kompleksi težkih kovin in cianidov razgradili v kislih pogojih, zato se lahko težke kovine oborijo. Na primer, če se pH vrednost odpadne vode prilagodi na alkalno območje, se lahko tvorijo hidroksidi težkih kovin, ki se oborijo. Nato se lahko za ločevanje oborjenih težkih kovin iz odpadne vode uporabijo metode ločevanja trdnih in tekočih snovi, kot sta filtracija ali sedimentacija, s čimer se doseže odstranitev in predelava težkih kovin.

Prednosti metode zakisljevanja

Recikliranje virov

Metoda zakisljevanja lahko učinkovito pridobi natrijev cianid iz odpadne vode, ki vsebuje cianid, in ga ponovno uporabi v ustreznih industrijskih procesih, s čimer se zmanjša poraba novega natrijevega cianida in znižajo proizvodni stroški. Hkrati je mogoče pridobiti tudi težke kovine, s čimer se odpadki spremenijo v dragocene vire.

Stroškovna učinkovitost

V primerjavi z nekaterimi drugimi metodami čiščenja, ki se osredotočajo le na uničevanje cianida, metoda zakisljevanja ne le čisti odpadno vodo, temveč tudi pridobiva dragocene snovi. Čeprav zahteva porabo kisline in baze, lahko vrednost pridobljenega natrijevega cianida in težkih kovin izravna del stroškov čiščenja, zaradi česar je celotno čiščenje dolgoročno stroškovno učinkovitejše.

Okolju prijaznost

Z rekuperacijo natrijevega cianida in težkih kovin se količina onesnaževal v odpadni vodi znatno zmanjša. Prečiščena odpadna voda ima nižjo vsebnost cianida in težkih kovin, kar je bolj ugodno za nadaljnje izpuste ali čiščenje, s čimer se zmanjša negativni vpliv na okolje.

Poraba v procesu zakisljevanja

Poraba metode zakisljevanja odpadne vode, ki vsebuje cianid, vključuje predvsem žveplovo kislino, kavstično sodo (NaOH), apno in elektriko. Pozimi je potrebno odpadno vodo predhodno segreti, zato se porablja tudi para.

1. Poraba kisline

• Pretvorba cianida v HCN : Količina žveplove kisline, potrebna za pretvorbo cianida v odpadni vodi v HCN, je odvisna od koncentracije cianida v odpadni vodi. Na primer, za čiščenje 1 m³ odpadne vode s koncentracijo cianida 5000 ppm je potrebna določena količina žveplove kisline.

• Zakisanje odpadne vode : Poleg kisline za pretvorbo cianida se uporablja dodatna kislina za uravnavanje kislosti odpadne vode na pravo raven. Pomemben dejavnik je količina, potrebna za znižanje pH pod 2.

• Reakcija z alkalijami v odpadni vodi : V odpadni vodi so lahko nekatere alkalne snovi, ki reagirajo z žveplovo kislino, vendar je ta poraba na splošno relativno majhna v primerjavi s količinami, ki se uporabljajo za pretvorbo cianida in zakisanje.

• Reakcija s karbonatom v odpadkih : Če imajo surovine, ki vsebujejo cianid, visoko vsebnost karbonata , kot je na primer v nekaterih cianidnih odpadkih, bo karbonat reagiral s kislino in tvoril ogljikov dioksid. V takih primerih se bo poraba žveplove kisline znatno povečala in ti materiali morda niso idealni za obdelavo s kislinsko metodo pridobivanja.

2. Poraba alkalij : Kavstična soda (NaOH) se v stolpu za absorpcijo alkalij uporablja za absorpcijo HCN in tvorbo NaCN. Količina porabljenega NaOH je povezana s količino nastalega HCN in učinkovitostjo absorpcije.

3. Poraba apna : V nekaterih primerih se apno lahko uporablja pri nadaljnjem čiščenju odpadne vode, na primer za uravnavanje pH vrednosti za izločanje težkih kovin. Potrebna količina apna je odvisna od vrste in koncentracije težkih kovin v odpadni vodi ter zahtevanega območja uravnavanja pH.

4. Poraba električne energije in pare : Elektriko v procesu porabljajo oprema, kot so črpalke, ventilatorji in vakuumski centrifugalni ventilatorji. Pozimi se pri predgrevanju odpadne vode porablja para, da se temperatura dvigne na ustrezno raven za reakcijo.

zaključek

Metoda zakisljevanja odpadne vode, ki vsebuje cianid, za pridobivanje natrijevega cianida in težkih kovin je celovita in učinkovita tehnologija čiščenja. Z upoštevanjem določenih procesnih korakov lahko ne le odstrani strupene cianide in težke kovine iz odpadne vode, temveč tudi reciklira dragocene vire. Čeprav postopek porabi določeno količino materiala in energije, ima glede na okoljske in ekonomske koristi široke možnosti uporabe pri čiščenju odpadne vode, ki vsebuje cianid. Vendar pa je treba v dejanskem delovanju zaradi toksičnosti plina HCN sprejeti stroge varnostne ukrepe. Hkrati je za izboljšanje učinkovitosti pridobivanja in zmanjšanje stroškov potrebna stalna optimizacija procesnih parametrov.