دراسة تجريبية حول طرق معالجة السوائل الفقيرة بالسيانيد في منجم الذهب

المقدمة

في صناعة تعدين الذهب، تُعدّ معالجة السوائل الفقيرة بالسيانيد ذات أهمية بالغة. فالسوائل الفقيرة بالسيانيد، مثل المحلول الناتج بعد استخلاص الذهب في عملية السيانيد، تحتوي على ملوثات متنوعة، ولا سيما مركبات السيانيد، التي قد تُسبب تلوثًا بيئيًا خطيرًا إذا لم تُعالج بشكل صحيح. لذا، يُعدّ تطوير طرق معالجة فعّالة واقتصادية للسوائل الفقيرة بالسيانيد مهمة ملحة. تُركّز هذه المدونة على دراسة تجريبية لطرق معالجة هذه السوائل في منجم ذهب مُحدد ، بهدف تقديم رؤى ومراجع قيّمة لهذه الصناعة.

نظرة عامة على طرق معالجة السوائل الفقيرة بالسيانيد

بشكل عام، يمكن تقسيم طرق معالجة السوائل الفقيرة بالسيانيد إلى فئتين تقريبًا: طرق التنقية وطرق الاسترداد (التجديد).

طرق التنقية

1. طريقة أكسدة الكلور القلوي

• هذه طريقة ناضجة نسبياً لإزالة السيانيدات من مياه الصرف الصحي، وتُستخدم على نطاق واسع في مصانع الطلاء الكهربائي، ومصانع فحم الكوك، ومصانع صهر الذهب. في ظل درجة حموضة تتراوح بين 11 و12، تتأكسد السيانيدات وأيونات المعادن المعقدة الموجودة في مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد إلى سيانات، ثم يُضاف الكلور مرة ثانية لأكسدتها إلى ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين، وغيرها.

• المزايا : تتميز هذه العملية بنضجها النسبي، وفعاليتها العلاجية الجيدة، وتطبيقاتها الواسعة. كما يمكن أتمتة عملية العلاج بسهولة.

• العيوب : لا يمكن إعادة تدوير السيانيدات، وتكلفة المعالجة مرتفعة، ولا يمكن إزالة مركبات الحديد والسيانيد. كما توجد مشكلة التلوث الثانوي.

2.ثاني أكسيد الكبريت - طريقة أكسدة الهواء

• في وعاء مُحرَّك، يُضاف السائل الناتج، ويُضاف الهواء وغاز ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) (سائل أو غاز، أو محلول كبريتيت، أو يُحصل عليه بحرق الكبريت العنصري). يُضبط الرقم الهيدروجيني (pH) بين 7 و10. ويُستخدم الجير لمعادلة الحمض الناتج عن تفاعل الأكسدة. يتطلب التفاعل وجود نحاس قابل للذوبان (كمحفز).

• يمكن لطريقة أكسدة Inco-SO₂/الهواء أن تحلل جميع السيانيدات، بما في ذلك سيانيدات الحديد، ويمكن ترسيب سيانيدات الحديد وإزالتها باستخدام بعض الكواشف الآمنة وغير المكلفة.

3. طريقة بيروكسيد الهيدروجين

• هذه العملية مناسبة لمعالجة مياه الصرف الصحي منخفضة التركيز المحتوية على السيانيد. يمكن لبيروكسيد الهيدروجين أن يؤكسد السيانيد في المخلفات إلى حمض السيانيك (HCNO) ضعيف نسبيًا وسهل التحلل المائي، والذي يُزال بعد ذلك بمزيد من الأكسدة والتحلل المائي.

4. طريقة أكسدة الأوزون

• الأوزون عامل مؤكسد قوي. عند استخدامه لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد، يكون أكثر فعالية من طريقة أكسدة الكلور القلوي، مع إزالة أفضل للسيانيد. بعد الأوزون، يزداد الأكسجين المذاب في محلول مياه الصرف الصحي، والذي يمكن إعادته إلى نظام السيانيد لإعادة التدوير، مما يُسهّل إذابة الذهب ويُحسّن كفاءة استخلاصه.

• المزايا : يتميز الجهاز بسهولة التشغيل والتحكم، ومستوى عالٍ من أتمتة الإنتاج. كما يُمكن إنتاج الأوزون في الموقع، وهو أمر بالغ الأهمية لمحطات السيانيد التي تعاني من صعوبة النقل ولكنها تتمتع بإمدادات طاقة كافية. يتميز الجهاز بكفاءة تنقية عالية، ولا ينتج عنه أي تلوث ثانوي.

• العيوب : استهلاك الطاقة لإنتاج الأوزون كبير، وتكلفة الإنتاج مرتفعة، مما يحد من استخدامه على نطاق واسع.

5. طريقة الأكسدة الكهربية

• قبل التحليل الكهربائي، اضبط أولاً الرقم الهيدروجيني للسائل الفقير بالسيانيد إلى أكثر من 7. أضف كمية صغيرة من الملح، واستخدم الجرافيت كقطب موجب، وصفيحة التيتانيوم كقطب سالب، واستخدم محلولًا مائيًا قلويًا من النحاس والزنك كإلكتروليت. عند تمرير تيار مستمر، ينتج معدن النحاس والزنك عند الكاثود، ويولد الهيدروجين أيضًا. عند الأنود، يتأكسد CN⁻ إلى CNO⁻، وCO₂، وN₂، ويتأكسد Cl⁻ إلى Cl₂، ويدخل Cl₂ إلى المحلول لتوليد HClO.

6. طريقة الأكسدة الميكروبية

• تستخدم هذه الطريقة الخصائص الكيميائية الحيوية للكائنات الحية الدقيقة لتحليل السيانيدات والثيوسيانات وسيانيدات الحديد، مما يُنتج الأمونيا وثاني أكسيد الكربون والكبريتات، أو يُحلل السيانيد إلى فورماميد. في الوقت نفسه، تمتص البكتيريا أيونات المعادن الثقيلة، مما يؤدي إلى تساقطها مع الغشاء الحيوي وإزالتها.

• ميزة مهمة : يجب الحفاظ على درجة الحرارة فوق 10 درجات مئوية في جميع الأوقات للحفاظ على معدل إزالة معقول للسيانيد.

طرق الاسترداد (التجديد)

1. طريقة التحميض

• المبدأ الرئيسي لهذه الطريقة هو إضافة حمض الكبريتيك إلى مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد، وضبط الرقم الهيدروجيني (pH) إلى حوالي 1.5، وتحويل CN⁻ إلى HCN. يُدخل غاز HCN المتسرب إلى جهاز امتصاص، ويُمتص بواسطة محلول قلوي (هيدروكسيد الصوديوم أو هيدروكسيد الكالسيوم) للحصول على محلول سيانيد بتركيز 20% إلى 30%، قابل لإعادة التدوير.

• المزايا : يمكن لهذه العملية أن تزيد من استخلاص السيانيدات، وتحسن معدل الاستخدام الفعال للسيانيدات، وتقلل من تكاليف الإنتاج.

• العيوب : تكلفة الاستثمار لمرة واحدة كبيرة، وتدفق العملية معقد، ومن الصعب أن يفي السائل المتبقي المعالج المحتوي على السيانيد بمعايير التصريف.

2. طريقة التبادل الأيوني

• في معالجة السوائل الفقيرة بالسيانيد، يمكن استخدام راتنجات التبادل الأيوني لتخصيب السيانيد.

3. طريقة الامتزاز

• امتزاز الكربون المنشط : يعتمد امتزاز الكربون المنشط بشكل أساسي على مساماته الداخلية الكثيرة ومساحة سطحه النوعية الكبيرة. تشمل عملية الامتزاز الامتزاز الفيزيائي والامتزاز الكيميائي. تتم إزالة السيانيد بثلاث طرق رئيسية: الأكسدة، والتحلل المائي، والتجريد. وتتمثل العملية الرئيسية في تفاعل التحلل التأكسدي للسيانيدات في مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد بواسطة بيروكسيد الهيدروجين على سطح الكربون المنشط.

4. طريقة الاستخلاص بالمذيبات

• يتم استخدام المذيبات لاستخراج المكونات القيمة والسيانيد من السوائل التي تفتقر إلى السيانيد.

5. طريقة الغشاء السائل

• في معالجة السوائل التي تفتقر إلى السيانيد، يُستخدم نظام الزيت في الماء بشكل رئيسي. والمبدأ الأساسي هو: أولاً، تُحمَّض مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد لتحويل أيونات السيانيد فيها إلى HCN. يمر HCN عبر غشاء السائل في الطور الزيتي إلى الطور المائي الداخلي، ثم يتفاعل مع NaOH مُولِّداً NaCN.

6. طريقة التحليل الكهربائي

• تستخدم هذه الطريقة مجالًا كهربائيًا لدفع هجرة الأيونات عبر أغشية التبادل الأيوني لتحقيق فصل المواد واستعادتها.

دراسة تجريبية على سائل فقير بالسيانيد في منجم ذهب

خلفية التجربة

يحتوي سائلٌ فقيرٌ بالسيانيد في أحد مناجم الذهب على نسبةٍ عاليةٍ من السيانيد، تصل إلى 13000 ملغم/لتر. تُشكّل مياه الصرف الصحي عالية التركيز المحتوية على السيانيد تهديدًا كبيرًا للبيئة، وتتطلب معالجةً فعّالة.

طرق تجريبية

1. طريقة الامتزاز H₂O₂ + ClO₂ + C

• في هذه الطريقة، يُستخدم بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂) وثاني أكسيد الكلور (ClO₂) أولًا كمؤكسدات لأكسدة السيانيدات في السائل قليل السيانيد. بعد ذلك، يُجرى امتصاص الكربون المنشط (C) لإزالة الملوثات المتبقية بشكل أكبر.

2. الأكسدة ثلاثية المراحل (H₂O₂ + المحفز "M") + التهوية بالكلور + طريقة امتصاص الكربون

• الأكسدة ثلاثية المراحل : يُستخدم بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂) ومحفز خاص "M" في عملية الأكسدة ثلاثية المراحل. وذلك لضمان أكسدة أكثر شمولاً لمختلف مركبات السيانيد، بما في ذلك السيانيدات المعقدة.

• التهوية بالكلور : بعد عملية الأكسدة ثلاثية المراحل، تُجرى عملية التهوية بالكلور. يُضاف الكلور إلى السائل أثناء التهوية، مما يُساعد على أكسدة المواد المتبقية المرتبطة بالسيانيد وبعض الملوثات الأخرى القابلة للاختزال.

• ج- الامتزاز : وأخيرًا، يتم استخدام امتزاز الكربون المنشط لامتصاص الملوثات المتبقية ذات الحبيبات الدقيقة وأي مواد متبقية مرتبطة بالسيانيد لتحقيق هدف تنقية السائل الفقير بالسيانيد.

النتائج التجريبية والمقارنة

1. طريقة الامتزاز H₂O₂ + ClO₂ + C

• وقد نجحت هذه الطريقة في تحقيق درجة معينة من إزالة السيانيد، ولكن إجمالي محتوى السيانيد النهائي في السائل المعالج ظل مرتفعاً نسبياً، ولم يلبِ معايير التفريغ الوطنية الصارمة.

2. الأكسدة ثلاثية المراحل (H₂O₂ + المحفز "M") + التهوية بالكلور + طريقة امتصاص الكربون

• أظهرت هذه الطريقة نتائج أكثر إرضاءً. انخفض إجمالي محتوى السيانيد النهائي إلى 0.44 ملغم/لتر، وهو ما يُلبي معايير التفريغ الوطنية. كما استوفى محتوى المعادن الثقيلة الأخرى متطلبات المعايير الوطنية ذات الصلة.

• الفعالية من حيث التكلفة: على الرغم من أن عملية الأكسدة ثلاثية المراحل باستخدام عامل حفاز وتهوية إضافية بالكلور تتطلب عمليات أكثر تعقيدًا واستخدام أنواع معينة من العوامل الحفازة والكلور، إلا أن تكلفتها معقولة نسبيًا مقارنةً ببعض الطرق الأخرى المعقدة أو عالية التكلفة. فهي قادرة على معالجة السوائل الفقيرة بالسيانيد ذات التركيز العالي بكفاءة مع التحكم في التكاليف ضمن نطاق مقبول.

خاتمة

تُعدّ معالجة السائل ذي المحتوى الضعيف من السيانيد في مناجم الذهب مهمةً معقدةً ولكنها بالغة الأهمية. ومن خلال الدراسة التجريبية على السائل ذي المحتوى الضعيف من السيانيد في منجم ذهب مُعين، يُمكن ملاحظة أن لطرق المعالجة المختلفة مزاياها وعيوبها. تُظهر طريقة الأكسدة ثلاثية المراحل (H₂O₂ + المُحفِّز "M") + الكلورة والتهوية + امتصاص الكربون نتائج معالجة مثالية نسبيًا وفعالية من حيث التكلفة للسائل ذي المحتوى الضعيف من السيانيد ذي المحتوى العالي من السيانيد الكلي في منجم الذهب هذا. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى البحث والتطوير المستمر في المستقبل لتطوير طرق معالجة أكثر كفاءةً وفعاليةً من حيث التكلفة وصديقةً للبيئة، بما يُلبي متطلبات حماية البيئة والتنمية المستدامة في صناعة تعدين الذهب بشكل أفضل.