طرق وعمليات إزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد

1. مقدمة

في مجال علم المعادن، وخاصة في استخراج الذهب ومعالجة خام الكبريتيد، فإن وجود السيانيد على السطح خامات الكبريتيد يُشكّل السيانيد تحديات كبيرة. يُستخدم على نطاق واسع في عملية الاستخلاص بالسيانيد لاستخراج الذهب نظرًا لقدرته على تكوين مُركّبات مع الذهب، مما يُسهّل إذابته. ومع ذلك، بعد عملية الاستخلاص، فإنّ المواد المتبقية السيانيد لا يؤدي تراكم السيانيد على سطح خامات الكبريتيد في مخلفات التعدين إلى تلوث البيئة فحسب، بل يُعيق أيضًا عملية استخلاص معادن الكبريتيد لاحقًا، مما يُقلل من معدل استخلاص المعادن الثمينة. لذلك، يُعد تطوير أساليب فعالة لإزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد أمرًا بالغ الأهمية للمعالجة المستدامة للمعادن وحماية البيئة.

2. المشاكل الحالية المتعلقة بالسيانيد على أسطح خام الكبريتيد

2.1 التأثير البيئي

السيانيد مادة شديدة السمية. عند تصريف خامات الكبريتيد المحتوية على السيانيد الممتص سطحيًا في البيئة، يمكن أن يتسرب السيانيد تدريجيًا ويلوث التربة ومصادر المياه والهواء. حتى بتركيزات منخفضة، يمكن أن يكون السيانيد ضارًا للغاية بالكائنات المائية والنباتات وصحة الإنسان. على سبيل المثال، في بعض مناطق التعدين التي حدث فيها التخلص غير السليم من مخلفات التعدين المحتوية على السيانيد، أظهرت المسطحات المائية المجاورة انخفاضًا كبيرًا في محتوى الأكسجين المذاب، مما أدى إلى نفوق الأسماك وغيرها من الكائنات المائية.

2.2 تثبيط الاستفادة من معادن الكبريتيد

يمكن للسيانيد الممتص على سطح خامات الكبريتيد، مثل البيريت والكالكوبيريت والسفاليرايت، أن يُشكل طبقة تخميل على سطح المعدن. تُقلل هذه الطبقة من تفاعل معادن الكبريتيد أثناء عمليات التعويم اللاحقة أو عمليات التخصيب الأخرى. على سبيل المثال، في تعويم خامات الكبريتيد المحتوية على النحاس، يُمكن أن يُضعف وجود السيانيد على سطح الكالكوبيريت تفاعله مع المُجمّعات، مما يُصعّب فصل معادن النحاس عن معادن الشوائب بفعالية، مما يُقلل من درجة تركيز النحاس ومعدل استخلاصه.

3. طرق إزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد

3.1 طريقة تنشيط الحمض

3.1.1 المبدأ

تعتمد طريقة التنشيط الحمضي بشكل أساسي على تفاعل أحماض، مثل حمض الكبريتيك أو حمض الأكساليك، مع المركبات المحتوية على السيانيد على سطح خامات الكبريتيد. عند إضافة حمض، يُسبب تحلل معقدات السيانيد والمعادن. ونتيجةً لذلك، يتولد غاز سيانيد الهيدروجين. ولكن في عملية مُصممة جيدًا، يُمكن استعادة سيانيد الهيدروجين المتطاير هذا وإعادة استخدامه من خلال أنظمة امتصاص مناسبة.

3.1.2 خطوات العملية

1. تحضير لب الخامأولاً، تُخلط مخلفات خام الكبريتيد مع السيانيد الممتص سطحياً والماء لتكوين عجينة خام متجانسة. عادةً ما تُضبط نسبة المواد الصلبة إلى السائلة في عجينة الخام بناءً على خصائص الخام ومتطلبات العملية الخاصة، وعادةً ما تكون ضمن نطاق 1:2 - 1:5.

2. إضافة الحمضيُضاف حمض الكبريتيك أو حمض الأكساليك تدريجيًا إلى لب الخام مع التحريك المستمر. يجب ضبط كمية الحمض المضافة بدقة وفقًا لمحتوى السيانيد في لب الخام. عادةً، يُضبط الرقم الهيدروجيني (pH) لللب الخام بين ٢ و٤، ويجب مراقبة الرقم الهيدروجيني آنيًا باستخدام جهاز قياس الرقم الهيدروجيني (pH) أثناء عملية الإضافة.

3. التفاعل ومعالجة الغازبعد إضافة الحمض، يُترك التفاعل لمدة ساعة إلى ثلاث ساعات. خلال هذه الفترة، يُنتَج غاز سيانيد الهيدروجين. ولمنع هذا الغاز من تلويث البيئة، يُجهَّز نظام لجمع ومعالجة الغاز. يُوجَّه غاز سيانيد الهيدروجين المُولَّد إلى برج امتصاص مملوء بمحلول قلوي، مثل محلول هيدروكسيد الصوديوم. هنا، يتفاعل سيانيد الهيدروجين مع هيدروكسيد الصوديوم، وتُستعاد المادة. سيانيد الصوديوم يمكن إعادة تدوير المحلول إلى عملية السيانيد إذا كانت جودته تلبي المتطلبات.

3.1.3 مزايا وعيوب

• المزاياهذه الطريقة بسيطة نسبيًا من حيث المبدأ والتشغيل. فهي قادرة على تحليل المركبات المحتوية على السيانيد بفعالية على سطح خامات الكبريتيد، ولديها القدرة على إعادة تدوير السيانيد، مما يقلل التكلفة الإجمالية لاستخدامه في عملية التعدين.

• عيوبتنطوي هذه الطريقة على مخاطر سلامة كبيرة. فغاز سيانيد الهيدروجين شديد السمية، وأي تسرب أثناء التفاعل قد يُلحق ضررًا بالغًا بالمشغلين والبيئة. إضافةً إلى ذلك، تُعدّ الأحماض المستخدمة في هذه الطريقة مُسببةً للتآكل، مما قد يُلحق الضرر بالمعدات وخطوط الأنابيب، مما يزيد من تكاليف الصيانة ويُقصّر من عمرها الافتراضي.

3.2 طريقة تنشيط المؤكسد

3.2.1 المبدأ

تُستخدم مؤكسدات مثل بيروكسيد الهيدروجين، وبرمنجنات البوتاسيوم، والأوزون لأكسدة السيانيد على سطح خامات الكبريتيد. تعمل هذه المؤكسدات على تكسير الروابط الكيميائية لمركبات السيانيد، محولةً إياه إلى مواد غير سامة نسبيًا، مثل غاز النيتروجين والكربونات.

3.2.2 خطوات العملية

1. تحضير لب الخام:على غرار طريقة تنشيط الحمض، قم بإعداد مخلفات خام الكبريتيد في عجينة خام بنسبة صلبة إلى سائلة مناسبة.

2. إضافة المؤكسدأضف المؤكسد المُختار إلى لب الخام. تعتمد كمية المؤكسد المُضافة على محتوى السيانيد في لب الخام وإمكانية أكسدة المؤكسد. على سبيل المثال، عند استخدام بيروكسيد الهيدروجين، تتراوح الجرعة عادةً بين 1 و5 كجم لكل طن من لب الخام، بينما يُضاف برمنجنات البوتاسيوم عادةً بمعدل 0.5 إلى 2 كجم لكل طن من لب الخام. يجب أن تتم الإضافة ببطء مع التحريك المستمر لضمان خلط متساوٍ.

3. رد الفعل والمراقبةاترك المؤكسد يتفاعل مع السيانيد في لب الخام لمدة ساعتين إلى أربع ساعات. أثناء التفاعل، راقب جهد الأكسدة والاختزال ومحتوى السيانيد في لب الخام. تعكس قيمة جهد الأكسدة والاختزال تقدم تفاعل الأكسدة. عندما تستقر القيمة ويصل محتوى السيانيد في لب الخام إلى المستوى المطلوب (عادةً أقل من 2 ملغم/لتر)، يُعتبر التفاعل مكتملًا.

3.2.3 مزايا وعيوب

• المزايالا تُنتج هذه الطريقة غازات سامة ومتطايرة مثل طريقة التنشيط الحمضي، مما يجعلها أكثر أمانًا لبيئة التشغيل. كما أنها قادرة على أكسدة وتحليل السيانيد بفعالية، مما يُحقق هدف إزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد. علاوة على ذلك، تُعتبر نواتج التفاعل صديقة للبيئة نسبيًا.

• عيوبتكلفة المؤكسدات مرتفعة نسبيًا، خاصةً المؤكسدات القوية مثل الأوزون، مما يزيد من تكلفة معالجة خامات الكبريتيد. إضافةً إلى ذلك، يتأثر تفاعل الأكسدة بسهولة بعوامل مثل قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) للب الخام، ودرجة الحرارة، ووجود شوائب أخرى، مما يتطلب رقابة صارمة على ظروف التفاعل.

3.3 طريقة ملح النحاس

3.3.1 المبدأ

تُضاف أملاح النحاس، مثل كبريتات النحاس، إلى لب خام الكبريتيد مع السيانيد الممتص سطحيًا. تتفاعل أيونات النحاس مع السيانيد لتكوين معقدات نحاس-سيانيد غير قابلة للذوبان. يمكن بعد ذلك فصل هذه المعقدات عن لب الخام بطرق فصل المواد الصلبة والسائلة، مما يُؤدي إلى إزالة السيانيد.

3.3.2 خطوات العملية

1. تحضير لب الخام:تحضير مخلفات خام الكبريتيد في عجينة خام بنسبة مناسبة من المواد الصلبة إلى السائلة.

2. إضافة ملح النحاسأضف كمية مناسبة من كبريتات النحاس إلى لب الخام. تُحدد كمية كبريتات النحاس المضافة بناءً على محتوى السيانيد في لب الخام، وعادةً ما تكون النسبة المولية لأيونات النحاس إلى أيونات السيانيد 1-2:1. تُضاف كبريتات النحاس عادةً كمحلول مائي، ويجب أن تُصاحب عملية الإضافة تقليب مستمر لضمان توزيع أيونات النحاس بالتساوي في لب الخام.

3. التفاعل وفصل المواد الصلبة عن السائلةبعد إضافة ملح النحاس، يُترك التفاعل لمدة ساعة إلى ساعتين. بعد ذلك، يُجرى فصل المواد الصلبة عن السائلة في لب الخام باستخدام طرق مثل الترشيح أو الترسيب. تحتوي المادة الصلبة المنفصلة على رواسب سيانيد النحاس ومعادن الكبريتيد، بينما يُمكن معالجة السائل المنفصل بشكل إضافي لتلبية معايير التفريغ أو إعادة تدويره لأغراض أخرى.

3.3.3 مزايا وعيوب

• المزايا:تزيل هذه الطريقة السيانيد بفعالية من سطح خامات الكبريتيد بتكوين رواسب غير قابلة للذوبان. عملية التشغيل بسيطة نسبيًا، وكبريتات النحاس مادة كيميائية شائعة وغير مكلفة، وتوفر فوائد اقتصادية.

• عيوبقد تؤدي إضافة أملاح النحاس إلى إدخال شوائب النحاس إلى لب الخام، مما قد يؤثر على عملية استخلاص معادن الكبريتيد لاحقًا. على سبيل المثال، عند تعويم خامات كبريتيد الرصاص والزنك، قد تُنشّط أيونات النحاس الزائدة مادة السفاليرايت، مما يعيق فصل معادن الرصاص والزنك. بالإضافة إلى ذلك، يجب التخلص من رواسب النحاس والسيانيد المفصولة بشكل صحيح لمنع التلوث الثانوي.

3.4 طريقة جديدة للكواشف المركبة

3.4.1 المبدأ

تُستخدم بعض الكواشف المركبة المُطوّرة حديثًا، مثل مزيج من بولي سلفيدات وميتابيسلفيت الصوديوم. تتفاعل بولي سلفيدات مع المكونات المحتوية على الكبريت في المركبات المحتوية على السيانيد على سطح خامات الكبريتيد، بينما يُحسّن ميتابيسلفيت الصوديوم جهد الأكسدة والاختزال في النظام، ويُعزز تحلل السيانيد، مما يُسهّل إزالته.

3.4.2 خطوات العملية

1. تحضير لب الخام:تحضير بقايا خام الكبريتيد في عجينة الخام.

2. إضافة الكواشف المركبةيُضاف الكاشف المركب المكون من بولي سلفيدات وميتابيسلفيت الصوديوم إلى لب الخام. عادةً ما تكون نسبة بولي سلفيدات إلى ميتابيسلفيت الصوديوم 1:1. وتُحدد كمية الكاشف المركب المُضاف بناءً على محتوى السيانيد في لب الخام وطبيعة خام الكبريتيد، وتتراوح عادةً بين 0.5 و2 كجم لكل طن من لب الخام.

3. رد الفعل والمراقبةبعد إضافة الكاشف المركب، يُترك التفاعل لمدة ساعة إلى ثلاث ساعات. أثناء التفاعل، يُراقب محتوى السيانيد والمعايير الكيميائية ذات الصلة، مثل جهد الأكسدة والاختزال وقيمة الرقم الهيدروجيني (pH)، في لب الخام. يُضبط ظروف التفاعل فورًا وفقًا لنتائج المراقبة لضمان إزالة السيانيد تمامًا.

3.4.3 مزايا وعيوب

• المزاياتُظهر هذه الطريقة تكيفًا جيدًا مع أنواع مختلفة من خامات الكبريتيد. يعمل الكاشف المركب بتآزر لإزالة السيانيد بفعالية من سطح خامات الكبريتيد. وبالمقارنة مع طرق الكاشف المفرد، قد توفر هذه الطريقة كفاءة إزالة أفضل وتأثيرًا أقل على استخلاص معادن الكبريتيد لاحقًا.

• عيوبيُعد تطوير وإنتاج الكواشف المركبة عملية معقدة نسبيًا، وقد تكون تكلفتها أعلى من بعض الطرق التقليدية التي تستخدم كواشف فردية. علاوة على ذلك، لم تُفهم آلية التفاعل المحددة للكواشف المركبة بشكل كامل بعد، مما قد يُثير شكوكًا في التطبيقات الصناعية الفعلية.

4. تحسين العمليات والاعتبارات

4.1 المعالجة المسبقة للخامات

قبل استخدام أيٍّ من الطرق المذكورة أعلاه لإزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد، غالبًا ما تكون المعالجة المسبقة المناسبة للخام ضرورية. على سبيل المثال، إذا احتوت مخلفات خام الكبريتيد على كمية كبيرة من معادن الشوائب الدقيقة الحبيبات، فيمكن إجراء عمليات غربلة أو تصنيف مسبقة لإزالة الكسور الدقيقة الحبيبات التي يصعب معالجتها. هذا من شأنه أن يعزز كفاءة التلامس بين الكاشف ومعادن الكبريتيد مع السيانيد الممتص على السطح، ويقلل من تأثير معادن الشوائب على عملية التفاعل.

4.2 التحكم في ظروف التفاعل

• قيمه الحامضيهتؤثر قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) لللب الخام بشكل كبير على عملية التفاعل. تتطلب طريقة التنشيط الحمضي قيمة pH منخفضة لتعزيز تحلل المركبات المحتوية على السيانيد، بينما تتطلب طريقة التنشيط المؤكسد وطريقة ملح النحاس الحفاظ على نطاق pH مناسب. على سبيل المثال، عند استخدام بيروكسيد الهيدروجين كمؤكسد، تكون قيمة pH المثالية لللب الخام عادةً بين 8 و10. وعند استخدام كبريتات النحاس، يتم التحكم في قيمة pH لللب الخام عادةً عند 6 و8.

• درجة الحرارةتؤثر درجة حرارة التفاعل أيضًا على معدل التفاعل وكفاءته. عمومًا، يمكن أن يؤدي رفع درجة الحرارة إلى تسريع معدل التفاعل. ومع ذلك، في بعض التفاعلات، مثل أكسدة السيانيد بواسطة بيروكسيد الهيدروجين، قد تؤدي درجة الحرارة المرتفعة جدًا إلى تحلل المؤكسد، مما يقلل من كفاءة الأكسدة. لذلك، يجب تحسين درجة حرارة التفاعل وفقًا لنظام التفاعل المحدد، وعادةً ما تكون في نطاق 20-40 درجة مئوية.

• شدة التحريكيُعدّ التحريك الكافي ضروريًا لضمان توزيع الكواشف بالتساوي في لب الخام، وزيادة احتمالية تلامسها مع المواد المحتوية على السيانيد على سطح خامات الكبريتيد. ومع ذلك، قد يؤدي التحريك المفرط إلى استهلاك طاقة غير ضروري وتآكل ميكانيكي للمعدات. يجب تحديد شدة التحريك المناسبة من خلال البحث التجريبي والخبرة العملية في الإنتاج.

4.3 فصل المواد الصلبة عن السائلة ومعالجة مياه الصرف الصحي

بعد تفاعل إزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد، يلزم فصل المواد الصلبة عن السائلة بكفاءة لفصل معادن الكبريتيد المعالجة عن محلول التفاعل. تشمل طرق الفصل الشائعة الترشيح والترسيب والطرد المركزي. عادةً ما تحتوي مياه الصرف الصحي المفصولة على بعض بقايا السيانيد وشوائب أخرى، والتي تحتاج إلى مزيد من المعالجة لتلبية معايير التصريف. تشمل عمليات معالجة مياه الصرف الصحي طرقًا مثل الأكسدة الإضافية والامتصاص والمعالجة البيولوجية.

5. دراسات الحالة

5.1 تطبيق طريقة التنشيط الحمضي في منجم الذهب

في منجم ذهب معين، بعد عملية الاستخلاص بالسيانيد، احتوت مخلفات خام الكبريتيد على كمية معينة من السيانيد الممتز على السطح. استخدم المنجم طريقة التنشيط الحمضي للمعالجة. أولاً، تم تحويل المخلفات إلى لب خام بنسبة صلبة إلى سائلة تبلغ 1:3. ثم، تمت إضافة حمض الكبريتيك لضبط قيمة الرقم الهيدروجيني لللب الخام إلى 3. بعد التفاعل لمدة ساعتين، تم جمع غاز سيانيد الهيدروجين الناتج وامتصاصه بواسطة محلول هيدروكسيد الصوديوم. بعد المعالجة، انخفض محتوى السيانيد في لب الخام من 2 ملغم/لتر إلى أقل من 5 ملغم/لتر، وزاد معدل استرداد معادن الكبريتيد بالتعويم اللاحق بنحو 0.5٪. ومع ذلك، أثناء العملية، شكل تسرب غاز سيانيد الهيدروجين مخاطر على السلامة في موقع التشغيل، وعانت خطوط أنابيب المعدات من تآكل شديد نسبيًا.

5.2 طريقة تنشيط المؤكسد في منجم خام الكبريتيد متعدد المعادن

استخدم منجم خام كبريتيد متعدد المعادن بيروكسيد الهيدروجين كعامل مؤكسد لإزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد. عُدِّلت قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) للب الخام أولًا إلى 9، ثم أُضيف بيروكسيد الهيدروجين بجرعة 3 كجم لكل طن من لب الخام. بعد تفاعل دام 3 ساعات، انخفض محتوى السيانيد في لب الخام إلى مستوى منخفض جدًا. لم تتأثر عملية استخلاص معادن النحاس والرصاص وكبريتيد الزنك اللاحقة بالسيانيد المتبقي، وتحسن معدل استخلاص المعدن الإجمالي. مع ذلك، أدى ارتفاع تكلفة بيروكسيد الهيدروجين إلى زيادة تكلفة معالجة الخام بنحو 5 دولارات للطن.

6. اختتام

تُعد إزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد مهمةً بالغة الأهمية في مجال معالجة المعادن. ولكلٍّ من طرق التنشيط الحمضي، وتنشيط المؤكسد، وملح النحاس، وكواشف المركبات الجديدة مزاياها وعيوبها. في التطبيقات الصناعية الفعلية، من الضروري دراسة عوامل شاملة، مثل طبيعة خامات الكبريتيد، ومتطلبات حماية البيئة، والتكاليف الاقتصادية، لاختيار الطريقة الأنسب. وفي الوقت نفسه، من خلال تحسين ظروف العملية، والمعالجة المسبقة للخامات، والإدارة السليمة لفصل المواد الصلبة عن السائلة، ومعالجة مياه الصرف الصحي، يمكن تعزيز كفاءة إزالة السيانيد من سطح خامات الكبريتيد، مما يحقق أهداف استعادة الموارد وحماية البيئة.