Metoder och processer för att avlägsna cyanid på ytan av sulfidmalmer

1. Inledning

Inom metallurgin, särskilt vid guldutvinning och sulfidmalmsbearbetning, utgör närvaron av cyanid på ytan av sulfidmalmer betydande utmaningar. Cyanid används ofta i cyanideringslakningsprocessen för guldutvinning på grund av dess förmåga att bilda komplex med guld, vilket underlättar dess upplösning. Efter urlakningsprocessen leder dock den kvarvarande cyaniden på ytan av sulfidmalmer i anrikningssand inte bara till miljöföroreningar utan hämmar också den efterföljande anrikningen av sulfidmineraler, vilket minskar den totala utvinningsgraden av värdefulla metaller. Därför är det avgörande för hållbar mineralbearbetning och miljöskydd att utveckla effektiva metoder för att avlägsna cyanid på ytan av sulfidmalmer.

2. Befintliga problem med cyanid på sulfidmalmytor

2.1 Miljöpåverkan

Cyanid är ett mycket giftigt ämne. När sulfidmalmer med ytadsorberad cyanid släpps ut i miljön kan cyanid gradvis läcka ut och förorena mark, vattenkällor och luft. Även i låga koncentrationer kan cyanid vara extremt skadligt för vattenlevande organismer, växter och människors hälsa. Till exempel, i vissa gruvområden där felaktig hantering av cyanidhaltigt avfall har skett, har närliggande vattendrag visat en betydande minskning av halten löst syre, vilket resulterat i att fisk och annat vattenlevande liv dör.

2.2 Hämning av sulfidmineralförädling

Cyaniden som adsorberas på ytan av sulfidmalmer, såsom pyrit, kopparkis och sfalerit, kan bilda en passiveringsfilm på mineralytan. Denna film minskar reaktiviteten hos sulfidmineraler under efterföljande flotation eller andra anrikningsprocesser. Till exempel, vid flotation av kopparhaltiga sulfidmalmer kan närvaron av cyanid på kopparkisytans yta försvaga dess interaktion med kollektorer, vilket gör det svårt att separera kopparmineraler från gångartsmineraler effektivt, vilket minskar halten och utvinningsgraden för kopparkoncentrat.

3. Metoder för att avlägsna cyanid på ytan av sulfidmalmer

3.1 Syraaktiveringsmetod

3.1.1 Princip

Syraaktiveringsmetoden använder huvudsakligen syror som svavelsyra eller oxalsyra för att reagera med cyanidhaltiga föreningar på ytan av sulfidmalmer. När en syra tillsätts orsakar det nedbrytning av cyanid-metallkomplex. Som ett resultat genereras vätecyanidgas. Men i en väl utformad process kan denna flyktiga vätecyanid återvinnas och återanvändas genom lämpliga absorptionssystem.

3.1.2 Processsteg

1. Beredning av malmmassa : Blanda först sulfidmalmsand med ytadsorberad cyanid och vatten för att skapa en enhetlig malmmassa. Förhållandet mellan fast och flytande ämnen i malmmassan justeras vanligtvis baserat på malmens egenskaper och specifika processkrav, vanligtvis inom intervallet 1:2–1:5.

2. Syratillsats : Tillsätt långsamt svavelsyra eller oxalsyra till malmmassan under kontinuerlig omrörning. Mängden tillsatt syra måste noggrant kontrolleras i enlighet med cyanidhalten i malmmassan. Vanligtvis justeras malmmassans pH-värde till 2-4, och pH-värdet bör övervakas i realtid med hjälp av en pH-mätare under tillsatsprocessen.

3. Reaktion och gasbehandling : Efter tillsats av syran, låt reaktionen fortskrida i cirka 1–3 timmar. Under denna tid produceras vätecyanidgas. För att förhindra att denna gas förorenar miljön upprättas ett gasuppsamlings- och gasbehandlingssystem. Den genererade vätecyanidgasen leds till ett absorptionstorn fyllt med en alkalisk lösning, såsom natriumhydroxidlösning. Här reagerar vätecyaniden med natriumhydroxiden, och den återvunna natriumcyanidlösningen kan återvinnas till cyanideringsprocessen om dess kvalitet uppfyller kraven.

3.1.3 Fördelar och nackdelar

• Fördelar : Denna metod är relativt enkel både i princip och drift. Den kan effektivt bryta ner cyanidhaltiga föreningar på ytan av sulfidmalmer och har potential att återvinna cyanid, vilket minskar den totala kostnaden för cyanidanvändning i gruvdriftsprocessen.

• Nackdelar : Det finns betydande säkerhetsrisker. Vätecyanidgas är mycket giftig, och eventuella läckage under reaktionen kan orsaka allvarliga skador för operatörer och miljön. Dessutom är syrorna som används i denna metod frätande, vilket kan skada utrustning och rörledningar, öka underhållskostnaderna och förkorta utrustningens livslängd.

3.2 Oxidantaktiveringsmetod

3.2.1 Princip

Oxidanter som väteperoxid, kaliumpermanganat och ozon används för att oxidera cyaniden på ytan av sulfidmalmer. Dessa oxidanter bryter de kemiska bindningarna i cyanidföreningar och omvandlar cyanid till relativt giftfria ämnen som kvävgas och karbonater.

3.2.2 Processsteg

1. Beredning av malmmassa : I likhet med syraaktiveringsmetoden, bered sulfidmalmsand till en malmmassa med ett lämpligt förhållande fast ämne/vätska.

2. Tillsats av oxidant : Tillsätt det valda oxidationsmedlet till malmmassan. Mängden tillsatt oxidationsmedel beror på cyanidhalten i malmmassan och oxidationsmedlets oxidationspotential. Till exempel, vid användning av väteperoxid är doseringen vanligtvis 1–5 kg per ton malmmassa, medan kaliumpermanganat vanligtvis tillsätts med 0.5–2 kg per ton malmmassa. Tillsatsen bör ske långsamt under kontinuerlig omrörning för att säkerställa jämn blandning.

3. Reaktion och övervakning : Låt oxidationsmedlet reagera med cyaniden i malmmassan i 2–4 timmar. Under reaktionen ska oxidations- och reduktionspotentialen och cyanidhalten i malmmassan övervakas. Värdet för oxidations- och reduktionspotentialen kan återspegla oxidationsreaktionens förlopp. När värdet stabiliseras och cyanidhalten i malmmassan uppfyller den erforderliga standarden (vanligtvis mindre än 0.5 mg/L) anses reaktionen vara avslutad.

3.2.3 Fördelar och nackdelar

• Fördelar : Denna metod producerar inte giftiga och flyktiga gaser som syraaktiveringsmetoden, vilket gör den säkrare för driftsmiljön. Den kan effektivt oxidera och sönderdela cyanid, vilket uppnår målet att avlägsna cyanid från ytan av sulfidmalmer. Dessutom är reaktionsprodukterna relativt miljövänliga.

• Nackdelar : Kostnaden för oxidanter är relativt hög, särskilt för starka oxidanter som ozon, vilket ökar bearbetningskostnaden för sulfidmalmer. Dessutom påverkas oxidationsreaktionen lätt av faktorer som malmmassans pH-värde, temperatur och närvaron av andra föroreningar, vilket kräver strikt kontroll av reaktionsförhållandena.

3.3 Kopparsaltmetoden

3.3.1 Princip

Kopparsalter, såsom kopparsulfat, tillsätts sulfidmalmsmassan med ytadsorberad cyanid. Kopparjonerna reagerar med cyanid och bildar olösliga koppar-cyanidkomplex. Dessa komplex kan sedan separeras från malmsmassan genom fast-vätskeseparationsmetoder, vilket uppnår avlägsnande av cyanid.

3.3.2 Processsteg

1. Beredning av malmmassa : Bered sulfidmalmsavfall till en malmmassa med ett lämpligt förhållande fast ämne/vätska.

2. Kopparsalttillsats : Tillsätt en lämplig mängd kopparsulfat till malmmassan. Mängden tillsatt kopparsulfat bestäms av cyanidhalten i malmmassan, vanligtvis med ett molärt förhållande kopparjoner till cyanidjoner på 1-2:1. Kopparsulfat tillsätts vanligtvis som en vattenlösning, och tillsatsprocessen bör åtföljas av kontinuerlig omrörning för att säkerställa en jämn fördelning av kopparjoner i malmmassan.

3. Reaktion och separation av fast ämne och vätska : Efter tillsats av kopparsaltet, låt reaktionen fortskrida i 1–2 timmar. Utför sedan separation av fast ämne och vätska på malmmassan med hjälp av metoder som filtrering eller sedimentation. Det separerade fasta ämnet innehåller kopparcyanidfällningar och sulfidmineraler, medan den separerade vätskan kan behandlas ytterligare för att uppfylla utsläppsstandarden eller återvinnas för andra ändamål.

3.3.3 Fördelar och nackdelar

• Fördelar : Denna metod kan effektivt avlägsna cyanid från ytan av sulfidmalmer genom att bilda olösliga fällningar. Arbetsprocessen är relativt enkel, och kopparsulfat är ett vanligt och billigt kemiskt reagens, vilket erbjuder vissa ekonomiska fördelar.

• Nackdelar : Tillsats av kopparsalter kan introducera kopparföroreningar i malmmassan, vilket kan påverka den efterföljande anrikningen av sulfidmineraler. Till exempel, vid flotation av bly-zinksulfidmalmer kan överskott av kopparjoner aktivera sfalerit, vilket stör separationen av bly- och zinkmineraler. Dessutom måste de separerade koppar-cyanidfällningarna omhändertas på rätt sätt för att förhindra sekundär förorening.

3.4 Ny metod för kompositreagens

3.4.1 Princip

Några nyutvecklade kompositreagenser, som en kombination av polysulfider och natriummetabisulfit, används. Polysulfiderna reagerar med svavelhaltiga komponenter i cyanidhaltiga föreningar på ytan av sulfidmalmer, medan natriummetabisulfit justerar systemets redoxpotential och främjar nedbrytningen av cyanid, vilket underlättar dess borttagning.

3.4.2 Processsteg

1. Beredning av malmmassa : Bered sulfidmalmsavfall till malmmassa.

2. Tillsats av kompositreagens : Tillsätt kompositreagenset bestående av polysulfider och natriummetabisulfit till malmmassan. Viktförhållandet mellan polysulfider och natriummetabisulfit är vanligtvis 1:1, och mängden tillsatt kompositreagens bestäms baserat på cyanidhalten i malmmassan och sulfidmalmens natur, vanligtvis mellan 0.5 och 2 kg per ton malmmassa.

3. Reaktion och övervakning : Efter tillsats av kompositreagenset, låt reaktionen fortskrida i 1–3 timmar. Under reaktionen, övervaka cyanidhalten och relevanta kemiska parametrar, såsom redoxpotential och pH-värde, i malmmassan. Justera reaktionsförhållandena omedelbart enligt övervakningsresultaten för att säkerställa fullständigt avlägsnande av cyanid.

3.4.3 Fördelar och nackdelar

• Fördelar : Denna metod uppvisar god anpassningsförmåga till olika typer av sulfidmalmer. Kompositreagenset arbetar synergistiskt för att effektivt avlägsna cyanid från ytan av sulfidmalmer. Jämfört med metoder med ett enda reagens kan den erbjuda bättre borttagningseffektivitet och ha mindre inverkan på den efterföljande anrikningen av sulfidmineraler.

• Nackdelar : Utveckling och produktion av kompositreagens är relativt komplexa, och kostnaden kan vara högre än för vissa traditionella metoder med ett enda reagens. Dessutom är den specifika reaktionsmekanismen för kompositreagens ännu inte helt förstådd, vilket kan skapa osäkerheter i faktiska industriella tillämpningar.

4. Processoptimering och överväganden

4.1 Förbehandling av malmer

Innan någon av ovanstående metoder används för att avlägsna cyanid på ytan av sulfidmalmer är lämplig förbehandling av malmen ofta nödvändig. Om till exempel sulfidmalmsavfallet innehåller en stor mängd finkorniga gångartsmineraler kan förbehandling eller klassificering utföras för att avlägsna de svårbehandlade finkorniga fraktionerna. Detta kan förbättra kontakteffektiviteten mellan reagenset och sulfidmineralerna med ytadsorberad cyanid och minska gångartsmineralens påverkan på reaktionsprocessen.

4.2 Kontroll av reaktionsförhållanden

• pH-värde : Malmmassans pH-värde påverkar reaktionsprocessen avsevärt. Syraaktiveringsmetoden kräver ett lägre pH för att främja nedbrytningen av cyanidhaltiga föreningar, medan oxidantaktiveringsmetoden och kopparsaltmetoden behöver bibehålla ett lämpligt pH-intervall. Till exempel, när väteperoxid används som oxidant är det optimala pH-värdet för malmmassan vanligtvis 8-10, och när kopparsulfat används kontrolleras malmmassans pH-värde generellt till 6-8.

• Temperatur : Reaktionstemperaturen påverkar också reaktionshastigheten och effektiviteten. Generellt sett kan en ökning av temperaturen påskynda reaktionshastigheten. För vissa reaktioner, såsom oxidation av cyanid med väteperoxid, kan dock en alltför hög temperatur orsaka att oxidanten sönderfaller, vilket minskar oxidationseffektiviteten. Därför måste reaktionstemperaturen optimeras enligt det specifika reaktionssystemet, vanligtvis inom intervallet 20-40 °C.

• Omrörningsintensitet : Tillräcklig omrörning är avgörande för att säkerställa en jämn fördelning av reagens i malmmassan och öka kontaktsannolikheten mellan reagenset och de cyanidhaltiga ämnena på ytan av sulfidmalmer. Överdriven omrörning kan dock leda till onödig energiförbrukning och mekaniskt slitage på utrustningen. Lämplig omrörningsintensitet bör bestämmas genom experimentell forskning och praktisk produktionserfarenhet.

4.3 Separation av fasta ämnen och vätskor och avloppsvattenrening

Efter reaktionen för att avlägsna cyanid på ytan av sulfidmalmer krävs effektiv separation av fast och vätska för att separera de behandlade sulfidmineralerna från reaktionslösningen. Vanligt förekommande metoder för separation av fast och vätska inkluderar filtrering, sedimentation och centrifugering. Det separerade avloppsvattnet innehåller vanligtvis fortfarande en del kvarvarande cyanid och andra föroreningar, vilka behöver behandlas ytterligare för att uppfylla utsläppsstandarden. Avloppsreningsprocesser kan inkludera metoder som ytterligare oxidation, adsorption och biologisk behandling.

5. Fallstudier

5.1 Tillämpning av syraaktiveringsmetod i en guldgruva

I en viss guldgruva, efter cyanideringsprocessen, hade sulfidmalmsand en viss mängd ytadsorberad cyanid. Gruvan använde syraaktiveringsmetoden för behandling. Först gjordes anrikningssand till en malmmassa med ett fast-vätskeförhållande på 1:3. Därefter tillsattes svavelsyra för att justera malmmassans pH-värde till 3. Efter att ha reagerat i 2 timmar samlades den genererade vätecyanidgasen upp och absorberades av en natriumhydroxidlösning. Efter behandlingen sjönk cyanidhalten i malmmassan från 5 mg/L till mindre än 0.5 mg/L, och den efterföljande flotationsåtervinningsgraden av sulfidmineraler ökade med cirka 10 %. Under driften utgjorde dock läckage av vätecyanidgas säkerhetsrisker på driftsplatsen, och utrustningens rörledningar drabbades av relativt allvarlig korrosion.

5.2 Oxidantaktiveringsmetod i en polymetallisk sulfidmalmsgruva

En gruva för polymetallisk sulfidmalm använde väteperoxid som oxidationsmedel för att avlägsna cyanid från ytan av sulfidmalmer. Malmmassans pH-värde justerades först till 9, och sedan tillsattes väteperoxid i en dos av 3 kg per ton malmmassa. Efter att ha reagerat i 3 timmar reducerades cyanidhalten i malmmassan till en mycket låg nivå. Den efterföljande anrikningen av koppar-, bly- och zinksulfidmineraler påverkades inte av den återstående cyaniden, och den totala metallåtervinningsgraden förbättrades. Den höga kostnaden för väteperoxid ledde dock till en ökning av malmbearbetningskostnaden med cirka 5 dollar per ton.

6. Slutsats

Att avlägsna cyanid på ytan av sulfidmalmer är en avgörande uppgift inom mineralbearbetning. Syraaktiveringsmetoden, oxidantaktiveringsmetoden, kopparsaltmetoden och den nya kompositreagensmetoden har alla sina egna fördelar och nackdelar. I faktiska industriella tillämpningar är det nödvändigt att noggrant beakta faktorer som sulfidmalmernas natur, miljöskyddskrav och ekonomiska kostnader för att välja den lämpligaste metoden. Samtidigt, genom att optimera processförhållandena, förbehandla malmer och korrekt hantering av fast-vätskeseparation och avloppsrening, kan effektiviteten av att avlägsna cyanid på ytan av sulfidmalmer förbättras ytterligare, vilket uppnår målen för resursåtervinning och miljöskydd.