عملية معالجة مياه الصرف الصحي لاستخراج الذهب بالسيانيد

تُعدّ طريقة استخلاص الذهب بالسيانيد حاليًا إحدى الطرق الرئيسية والناضجة لصهر الذهب في الصين. تعتمد هذه الطريقة على استخدام محلول السيانيد لاستخلاص الذهب من الخامات، وتتميز بمعدل استخلاص عالٍ، وقدرة كبيرة على التكيف مع خصائص الخام، وإمكانية إنتاج الذهب في الموقع. ومنذ الاستخدام الأول لمحلول السيانيد لاستخلاص الذهب من الخامات عام 1887، انتشر استخدام هذه الطريقة على نطاق واسع حتى الآن. مع ذلك، يُنتج استخلاص الذهب بالسيانيد كميات كبيرة من المواد السامة والضارة، مما يُشكّل خطرًا كبيرًا على البيئة المحيطة والإنسان. لذا، وللحدّ من هذا الضرر، من الضروري دراسة طرق معالجة مياه الصرف الناتجة عن استخلاص الذهب بالسيانيد. وقد قام العديد من الباحثين بتلخيص طرق المعالجة، والمبادئ الكيميائية، واتجاهات تطوير مياه الصرف المحتوية على السيانيد، إلا أن معظمهم لم يتناول سوى طريقة أو اثنتين. لذلك، تُجري هذه المقالة تحليلًا مُفصّلًا لمختلف طرق معالجة مياه الصرف الناتجة عن استخلاص الذهب بالسيانيد المُطبّقة حاليًا في الصناعة، وتُقارن بين مزايا وعيوب كل طريقة، بالإضافة إلى سيناريوهات تطبيقها، مما يُوفّر إرشادات قيّمة للتطبيقات المُماثلة في الإنتاج الفعلي.

أولا: مصادر ومخاطر مياه الصرف الصحي الناتجة عن استخراج الذهب بالسيانيد

تعتمد آلية استخلاص الذهب بالسيانيد على تفاعل سيانيد الصوديوم مع الذهب في بيئة هوائية لتكوين مركبات ذهبية، والتي تذوب لاحقًا. بعد ذلك، يمكن استخلاص الذهب عن طريق تركيزه باستخدام الكربون المنشط أو إزاحته بمسحوق الزنك من سيانيد الذهب. في الوقت نفسه، تُكوّن معادن ثقيلة أخرى، مثل الفضة والنحاس والزنك، مركبات وتذوب أيضًا.

تُعدّ السيانيدات المستخدمة في التفاعل والمركبات الناتجة عنها مواد سامة وضارة. سيانيد الصوديوم سهل التحلل المائي، وهو مادة شديدة السمية من الفئة الأولى، وتبلغ جرعته القاتلة 0.10 غرام. عندما تتسرب السيانيدات إلى المسطحات المائية، فإنها تُلحق ضرراً بالغاً بالكائنات الحية فيها، وتُشكّل خطراً جسيماً على الإنسان والبيئة المحيطة. لذا، فإن معالجة مياه الصرف الناتجة عن استخلاص الذهب بالسيانيد تُعدّ بالغة الأهمية.

ثانيًا: طرق المعالجة الرئيسية لمياه الصرف الناتجة عن استخلاص الذهب بالسيانيد

طريقة الكلورة القلوية

تُعد طريقة الكلورة القلوية حاليًا من أكثر الطرق شيوعًا لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد الناتجة عن استخلاص ذهب السيانيد. تعتمد هذه الطريقة بشكل أساسي على مؤكسدات قائمة على الكلور لأكسدة السيانيدات في مياه الصرف الصحي في ظروف قلوية، وتحويلها إلى مواد غير سامة. تنقسم عملية تكسير السيانيد في الكلورة القلوية إلى مرحلتين:

المرحلة الأولى هي أكسدة السيانيد إلى سيانات، وتُسمى مرحلة "الأكسدة غير المكتملة". يتفاعل CN⁻ مع OCl⁻ لتكوين CNCl أولاً، ثم يتحلل مائياً إلى CNO⁻. تجدر الإشارة إلى أن CNCl شديد التطاير والسمية في الظروف الحمضية. لذلك، يجب التحكم بدقة في قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) أثناء التشغيل لضمان قلوية المادة.

المرحلة الثانية هي أكسدة السيانات إلى ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين، وتُسمى مرحلة "الأكسدة الكاملة". خلال عملية تكسير السيانيد، يكون لقيمة الرقم الهيدروجيني تأثير كبير على تفاعل الأكسدة. يجب ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني للمرحلة الأولى من الأكسدة عند 10-11، ومدة التفاعل من 10 إلى 15 دقيقة. أما المرحلة الثانية من الأكسدة، فيجب ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني لها عند 6.5-7.0، ومدة التفاعل من 10 إلى 15 دقيقة.

يستخدم أحد المناجم طريقة الكلورة القلوية لمعالجة السائل العلوي من طين ذيل السيانيد (بمحتوى سيانيد 200 ملغ/لتر) ومياه التسرب من خزان الترسيب (بمحتوى سيانيد 5 ملغ/لتر). يُضبط الرقم الهيدروجيني (pH) عند 10-11، ويُضاف مسحوق التبييض بنسبة 35-40 ضعف محتوى السيانيد للخلط والتحريك. بعد الترسيب في مُكثِّف، يُمكن خفض محتوى السيانيد الإجمالي إلى 0.1 ملغ/لتر.

تُعد طريقة الكلورة القلوية الأكثر شيوعًا لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد، بينما يُعد مسحوق التبييض أكثر المواد المؤكسدة القائمة على الكلور شيوعًا. تُعد هذه الطريقة مناسبة لمعالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن استخراج الذهب من السيانيد بتركيزات عالية أو منخفضة. كما يمكنها إزالة المركبات المحتوية على الثيوسيانات والسيانيد (باستثناء مركبات الفيروسيانيد). يتوفر هذا الدواء على نطاق واسع، كما أن بقايا النفايات الناتجة سهلة الترشيح، كما أن التشغيل بسيط. ومع ذلك، فإن بيئة التشغيل قاسية نسبيًا عند استخدام مسحوق التبييض لمعالجة مياه الصرف الصحي. تستخدم بعض الشركات الآن سائل التبييض أو ثاني أكسيد الكلور بدلاً منه، مما يُحسّن بيئة التشغيل إلى حد ما. ومع ذلك، تتولد غازات سامة أثناء عملية التفاعل، كما أن له قدرة تآكل عالية نسبيًا على المعدات. تكلفة الدواء وتكلفة صيانته مرتفعة نسبيًا.

طريقة تكوين معقدات ملح الحديدوز

طريقة تكوين معقدات ملح الحديدوز هي طريقة معالجة لمياه الصرف الصحي الناتجة عن استخلاص الذهب من السيانيد، وقد ظهرت في السنوات الأخيرة. بضبط قيمة الرقم الهيدروجيني للتفاعل عند 7-8، تتفاعل أيونات الحديدوز مع السيانيد الحر وبعض معقدات السيانيد في مياه الصرف الصحي الناتجة عن استخلاص الذهب من السيانيد لتكوين رواسب.

أظهرت التجارب أن إضافة كبريتات الحديدوز فقط لمعالجة مياه الصرف الناتجة عن استخلاص الذهب من السيانيد لا تُحقق معايير التصريف المطلوبة. لذلك، يلزم إضافة مؤكسد عام إلى مياه الصرف المعالجة لإزالة السيانيد بعمق. وطالما أن الظروف مُتحكم بها جيدًا، يُمكن إضافة المؤكسد مباشرةً للمعالجة دون فصل الرواسب، وبالتالي الوصول إلى معيار التصريف المطلوب. وهذا له أهمية إيجابية مقارنةً بالطريقة التقليدية التي تعتمد على الفصل أولاً ثم المعالجة.

يستخدم أحد مصاهر الذهب طريقة كبريتيد الصوديوم وكبريتات الحديدوز لمعالجة السائل ذي المحتوى الضعيف من السيانيد. يحتوي السائل الداخل على سيانيد يبلغ 2500 ملغم/لتر. بعد المعالجة، ينخفض ​​محتوى السيانيد في السائل إلى أقل من 20 ملغم/لتر، بمعدل إزالة 99.2%، مما يُظهر نتائج ملحوظة. تستخدم المعالجة العميقة اللاحقة طريقة ميتابيسلفيت الصوديوم بالهواء لخفض إجمالي السيانيد إلى أقل من 0.4 ملغم/لتر.

طريقة مُركّبات ملح الحديدوز هي طريقة معالجة حديثة، تُستخدم أساسًا لمعالجة مياه الصرف الصحي عالية التركيز المحتوية على السيانيد. تتميز هذه الطريقة بالبساطة، وانخفاض تكلفة المعالجة لمرة واحدة، وسهولة التشغيل، وتوافر الدواء (كبريتات الحديدوز بشكل رئيسي) على نطاق واسع، وانخفاض تكلفته، وسهولة استخدامه. ومع ذلك، نظرًا لحمضية محلول كبريتات الحديدوز، فإنه عند خلطه بمياه الصرف الصحي الناتجة عن استخراج الذهب من السيانيد، تصبح المنطقة حمضية، وقد يتولد غاز سيانيد الهيدروجين. علاوة على ذلك، لا يمكن لهذه الطريقة إزالة الثيوسيانات، ولا تزال مياه الصرف المعالجة بحاجة إلى معالجة عميقة لتلبية معايير الصرف.

ميتابيسلفيت الصوديوم - طريقة الهواء

طُوّرت طريقة ميتابيسلفيت الصوديوم - الهواء من طريقة ثاني أكسيد الكبريت - الهواء. تعتمد هذه الطريقة بشكل أساسي على التأثير التآزري لميتابيسلفيت الصوديوم والهواء على السيانيدات في مياه الصرف الصحي ضمن نطاق pH معين، مع التأثير التحفيزي لأيونات النحاس، لأكسدة CN⁻ إلى CNO⁻.

إذا كان محتوى السيانيد في مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد مرتفعًا، يُمكن إجراء معالجة أولية لتقليل تركيز السيانيد الكلي إلى أقل من 100 ملغم/لتر. بعد ذلك، يُضاف ميتابيسلفيت الصوديوم وكبريتات النحاس، ويُدخل هواء كافٍ، ويُضبط الرقم الهيدروجيني (عادةً ما يكون بين 7 و8)، بحيث يتأكسد السيانيد إلى سيانات، والتي تُحلل بعد ذلك لتكوين أيونات البيكربونات والأمونيا.

طريقة ميتابيسلفيت الصوديوم - الهواء مناسبة لمعالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن استخلاص الذهب من السيانيد منخفض التركيز. جرعة الدواء صغيرة، وكثافة العمالة منخفضة، لكن الاستثمار الأولي كبير نسبيًا، ويتطلب إضافة معدات مثل المنافيخ. متطلبات مؤشرات العملية صارمة نسبيًا، والتحكم في قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) أمر بالغ الأهمية. كما يجب إضافة كبريتات النحاس كمحفز. مدة التفاعل طويلة. إذا لم تكن المعالجة مناسبة، ستتولد كمية كبيرة من أيونات الأمونيوم، ويصعب ترشيح الخبث الناتج. تُنتج كمية صغيرة من غاز الأمونيا في الموقع، ولا تؤثر على إزالة الثيوسيانيدات.

طريقة أكسدة بيروكسيد الهيدروجين

طريقة أكسدة بيروكسيد الهيدروجين هي أكسدة السيانيدات إلى CNO⁻ في درجة حرارة عادية، وظروف قلوية (درجة حموضة = 10-11)، مع استخدام Cu²⁺ كمحفز، ثم تحليلها مائيًا إلى مواد غير سامة. كما يتم تفكيك السيانيدات المعقدة (معقدات من النحاس، والزنك، والرصاص، والنيكل، والكادميوم) نتيجةً لتدمير السيانيدات الموجودة فيها. تُشكل أيونات الفيروسيانيد وأيونات المعادن الثقيلة الأخرى أملاحًا معقدة من الفيروسيانيد، وتُزال. وأخيرًا، يمكن خفض تركيز السيانيد الكلي في مياه الصرف المعالجة إلى أقل من 0.5 ملغم/لتر.

هذه الطريقة مناسبة لمعالجة مياه الصرف الصحي منخفضة التركيز المحتوية على السيانيد. تتميز معدات معالجة بيروكسيد الهيدروجين بالبساطة وسهولة التحكم الآلي. ومع ذلك، يجب أن يبقى السيانات المُنتج لفترة زمنية معينة ليتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون والأمونيا. من عيوبها أن استخدام النحاس كمحفز قد يؤدي إلى تجاوز النحاس في المياه المُصرفة للمواصفات، وتكلفة المواد الخام مرتفعة نسبيًا، وعدم أكسدة الثيوسيانيدات، وتولد أيونات الأمونيوم. في الواقع، لا تزال مياه الصرف الصحي تحتوي على سمية معينة. علاوة على ذلك، ولأن بيروكسيد الهيدروجين مادة مؤكسدة، فإنه يتميز بقابلية تآكل عالية، ويواجه بعض الصعوبات والمخاطر أثناء النقل والاستخدام.

طريقة التحميض

عند استخدام طريقة التحميض لمعالجة السائل الفقير بالسيانيد، فإن آلية تفاعلها معقدة نسبيًا، وتتضمن بشكل أساسي ثلاث عمليات: عملية تحمض مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد، وعملية تجريد وامتصاص غاز HCN، وعملية تحييد السائل المجرد.

(١) تفاعل التحميض: يُحمَّض السائل الفقير بالسيانيد ويُنقى بالحمض. تُشكِّل السيانيدات المعقدة فيه رواسب غير قابلة للذوبان مثل CuCN وCuSCN وZn₂Fe(CN)₆، وتُزال، وفي الوقت نفسه، يتولد سيانيد الهيدروجين.

(2) تفاعل التطاير والامتصاص: يُسخّن السائل الضعيف مسبقًا إلى حوالي 30 درجة مئوية قبل التحميض. ولأن درجة غليان HCN تبلغ 26.5 درجة مئوية فقط، فهو شديد التطاير. لذلك، يُستخدم برج مُعبأ كجهاز لنقل الكتلة بين الطورين الغازي والسائل في عملية التحميض، مما يُسهّل إزالة HCN وامتصاصه.

(3) تفاعل التعادل: يُستخدم الجير أو القلوي السائل لمعادلة السائل المتبقي بعد إزالة الحمض. تتحول جزيئات سيانيد الهيدروجين المتبقية في المحلول إلى أيونات السيانيد (CN⁻). تُمكّن طريقة التحميض من استخلاص سيانيد الصوديوم من مياه الصرف المحتوية على السيانيد، وبالتالي استعادة الموارد. مع ذلك، تتطلب هذه الطريقة دقة عالية في إحكام إغلاق المعدات، واستثمارًا أوليًا كبيرًا نسبيًا، ومهارات تشغيلية متقدمة، وصيانة المعدات. كما تنطوي على بعض المخاطر. ولا تزال مياه الصرف الناتجة بعد الاستخلاص بحاجة إلى معالجة معمقة لتلبية معايير التصريف.

طريقة التحليل الكهربائي

تستخدم طريقة التحليل الكهربائي تفاعلات الأكسدة والاختزال الكهروكيميائية لتدمير السيانيدات في مياه الصرف الصحي. أثناء التحليل الكهربائي الأيوني، تفقد السيانيدات إلكتروناتها عند المصعد وتتأكسد إلى سيانات، أو كربونات، أو نيتروجين، أو أمونيوم. ثم تتأكسد السيانات إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. التفاعلات الرئيسية هي:

CN⁻ + 2OH⁻ - 2e → CNO⁻ + H₂O (24)

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

أثبتت تجارب التحليل الكهربائي باستخدام قضيب قطب كهربائي من ثاني أكسيد الرصاص مصنوع ذاتيًا من السيراميك ولوح كاثود من الفولاذ المقاوم للصدأ أنه باستخدام طريقة التحليل الكهربائي لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد، بعد ساعتين من التحليل الكهربائي، يمكن تقليل تركيز CN⁻ من 2 ملجم/لتر إلى 385 ملجم/لتر، ويمكن تقليل تركيز Cu²⁺ من 58 ملجم/لتر إلى 450 ملجم/لتر. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم مصهر هونان تشونغنان للذهب الطريقة الكهروكيميائية لمعالجة مياه الصرف الصحي لاستخراج الذهب من السيانيد، والتي يمكن أن تقلل إجمالي السيانيد من 48 جم/لتر إلى 4 جم/لتر. الفرق عما سبق هو أن كل من لوحي الأنود والكاثود مصنوعان من صفائح حديدية. أثناء عملية التشغيل، لا يتم استهلاك الطاقة الكهربائية فحسب، بل يتم استهلاك صفائح الحديد أيضًا.

تُستخدم طريقة التحليل الكهربائي بشكل رئيسي لمعالجة مياه الصرف الصحي عالية التركيز المحتوية على السيانيد. تشغل هذه الطريقة مساحة صغيرة، والعملية بسيطة وسهلة التحكم، لكنها تستهلك طاقة كهربائية كبيرة، وتكلفة تشغيلها أعلى من تكلفة طريقة الكلورة القلوية. معدل إزالة السيانيد متوسط، ولا يؤثر على إزالة مُركّبات السيانيد.

حاليًا، من بين طرق معالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن استخلاص الذهب من السيانيد، تُستخدم على نطاق واسع طريقة الكلورة القلوية، وطريقة التحميض، وطريقة ميتابيسلفيت الصوديوم - الهواء. وتُعدّ طريقة التحليل الكهربائي وطريقة مُركّبات أملاح الحديدوز من الطرق الناشئة حديثًا، والتي طُبّقت بنجاح في المعالجة الصناعية. وتُعدّ طريقة أكسدة بيروكسيد الهيدروجين بشكل رئيسي طريقة معالجة طارئة. هناك العديد من طرق المعالجة الأخرى لمعالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن استخلاص الذهب من السيانيد، مثل طريقة التنقية الطبيعية، والطريقة البيولوجية، وطريقة الفصل الغشائي، وطريقة التبادل الأيوني، وغيرها. ومع ذلك، نظرًا لتطبيقاتها الصناعية، فإن جميعها لها بعض القيود، ولا تزال بحاجة إلى تحسين مستمر.