Methoden und Verfahren zur Entgiftung von Cyanidrückständen

Einleitung

Cyanidrückstände sind feste Abfälle, die bei der Aufbereitung von Goldminen und anderen Minen entstehen. Aufgrund des Vorhandenseins von Rückständen Cyanide und andere Schwermetalle, wenn sie nicht richtig behandelt werden, verursachen sie großen Schaden für die Umwelt und die menschliche Gesundheit. Die hohe Toxizität von Cyanide kann sich über Luft, Wasser und Boden ausbreiten, das umgebende Ökosystem verschmutzen und das Überleben von Tieren und Pflanzen gefährden. Daher ist es dringend erforderlich, CyanidrückständeDieser Artikel stellt detailliert die Entgiftung Methoden und Prozesse der Zyanid Rückstände.

Eigenschaften und Gefahren von Cyanidrückständen

Die Zusammensetzung von Cyanidrückständen ist komplex. Neben nicht umgesetzten Cyaniden enthalten sie auch Schwermetalle wie Kupfer, Blei, Zink und MERCURYDiese Schwermetalle sind in der natürlichen Umwelt schwer abbaubar und reichern sich über lange Zeiträume an. Cyanide können die Aktivität von Atmungsenzymen in biologischen Zellen hemmen, was zum Ersticken und Tod von Organismen führt. Wird beispielsweise cyanidhaltiges Abwasser in Flüsse eingeleitet, verursacht dies ein massives Fischsterben und zerstört das ökologische Gleichgewicht der Gewässer. Gelangen Schwermetalle in den menschlichen Körper, reichern sie sich in den Organen an und verursachen verschiedene Krankheiten. Bleivergiftungen beispielsweise beeinträchtigen die Entwicklung des Nervensystems. Quecksilber Vergiftungen schädigen die Nieren und das Gehirn.

Entgiftungsmethoden

Chemische Oxidationsmethode

1. Alkalische Chlorierungsmethode: Dies ist eine häufig verwendete chemische Oxidations-Entgiftungsmethode. Unter alkalischen Bedingungen (normalerweise wird der pH-Wert bei 10–11 kontrolliert) werden den Cyanidrückständen Oxidationsmittel wie Chlorgas oder Hypochlorite zugesetzt. Das Reaktionsprinzip ist wie folgt: Zunächst werden Cyanidionen (CN⁻) zu Cyanat-Ionen (CNO⁻) oxidiert. Die Reaktionsgleichung lautet: CN⁻ + ClO⁻ + H₂O → CNO⁻ + Cl⁻ + 2H⁺. Anschließend wird Cyanat durch weitere Oxidation in harmlose Substanzen wie Stickstoff und Kohlendioxid zersetzt: 2CNO⁻ + 3ClO⁻ + H₂O → N₂↑ + 3Cl⁻ + 2HCO₃⁻. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass die Reaktionsgeschwindigkeit relativ hoch ist und der Entgiftungseffekt offensichtlich ist. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass einige sekundäre Schadstoffe wie beispielsweise chlorhaltige Abgase entstehen können.

2. Wasserstoffperoxid-OxidationsmethodeWasserstoffperoxid (H₂O₂) kann Cyanide in Gegenwart eines geeigneten Katalysators oxidieren und zersetzen. Üblicherweise werden Katalysatoren wie Eisenionen (Fe²⁺) verwendet. Während des Reaktionsprozesses zersetzt sich Wasserstoffperoxid zu Hydroxylradikalen (·OH), die extrem stark oxidierend wirken und Cyanide schnell oxidieren können. Die Reaktionsgleichung lautet: CN⁻ + H₂O₂ → CNO⁻ + H₂O. Der Vorteil der Wasserstoffperoxid-Oxidation besteht darin, dass nach der Zersetzung des Wasserstoffperoxids Wasser und Sauerstoff entstehen und keine neuen Schadstoffe freigesetzt werden. Allerdings sind die Kosten relativ hoch und die Anforderungen an die Reaktionsbedingungen relativ streng.

Biologische Oxidationsmethode

1. Mikrobielle Auslaugungsmethode: Es werden spezielle Mikroorganismen wie Thiobacillus ferrooxidans eingesetzt. Diese Mikroorganismen können während ihres Wachstums Cyanide als Stickstoff- und Kohlenstoffquelle nutzen, oxidieren und zersetzen. Durch ihren Stoffwechsel wandeln Mikroorganismen Cyanide in unschädliche Substanzen wie Kohlendioxid, Wasser und Ammoniak um. Der Vorteil dieser Methode liegt in ihrer Umweltfreundlichkeit und dem geringen Energieverbrauch. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass das Wachstum der Mikroorganismen stark von Umweltfaktoren wie Temperatur und pH-Wert beeinflusst wird und der Behandlungszyklus relativ lang ist.

2. Biofilm-MethodeMikroorganismen lagern sich auf der Trägeroberfläche ab und bilden einen Biofilm. Wenn Cyanidrückstände mit dem Biofilm in Kontakt kommen, werden die Cyanide durch Mikroorganismen abgebaut. Der Biofilm verfügt über starke Adsorptions- und Abbaufähigkeiten, was die Effizienz der mikrobiellen Behandlung von Cyaniden verbessern kann. Im Vergleich zur mikrobiellen Auslaugung sind die Mikroorganismen bei der Biofilmmethode stabiler und stabiler, reagieren aber auch empfindlich auf Umweltbedingungen.

Andere Methoden

1. Hochtemperatur-Pyrolyse-Verfahren: Cyanidrückstände werden bei hohen Temperaturen (üblicherweise über 800 °C) pyrolysiert, wobei Cyanide in Gase wie Stickstoff und Kohlenmonoxid zerlegt werden. Die Hochtemperaturpyrolyse kann Cyanide zwar effektiv entfernen, erfordert jedoch einen hohen Energieverbrauch. Zudem können Schwermetalle unter hohen Temperaturen verflüchtigen, was die anschließende Abgasbehandlung erschwert.

2. AdsorptionsmethodeAdsorbentien wie Aktivkohle und Zeolith werden zur Adsorption von Cyaniden eingesetzt. Adsorbentien haben eine große spezifische Oberfläche und können Cyanide an ihrer Oberfläche adsorbieren, wodurch die Entgiftung erreicht wird. Das Adsorptionsverfahren ist einfach durchzuführen, jedoch ist die Adsorptionskapazität des Adsorbens begrenzt und muss regelmäßig ausgetauscht werden. Zudem ist die Aufbereitung des adsorbierten Adsorbens relativ komplex.

Entgiftungsprozess

Vorbehandlung

1. Zerkleinern und Sieben: Die massiven Cyanidrückstände werden zerkleinert, um ihre Partikelgröße zu reduzieren, damit die anschließende Entgiftungsreaktion vollständiger ablaufen kann. Gängige Brecher sind Backenbrecher, Kegelbrecher usw. Die zerkleinerten Rückstände werden anschließend durch Siebanlagen wie Vibrationssiebe gesiebt, um Partikel unterschiedlicher Partikelgröße auszusortieren und Materialien mit geeigneter Partikelgröße für die nachfolgende Behandlung bereitzustellen.

2. LaugenUm den Kontakt und die Reaktion der Cyanide mit dem Entgiftungsreagenz zu verbessern, werden üblicherweise Wasser oder andere geeignete Lösungsmittel zur Auslaugung der Cyanidrückstände verwendet. Der Auslaugungsprozess erfolgt in einem Rührbehälter, wobei Rückstände und Lösungsmittel durch Rühren vollständig vermischt werden. Faktoren wie Auslaugungszeit, Temperatur und Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis beeinflussen den Auslaugungseffekt und müssen in der Regel entsprechend den tatsächlichen Bedingungen optimiert werden.

Entgiftungsoperation

1. Ablauf der chemischen OxidationsmethodeAm Beispiel der alkalischen Chlorierung wird der Rückstandslösung nach der Laugung zunächst Natriumhydroxid zugesetzt, um den pH-Wert der Lösung auf 10–11 einzustellen. Anschließend wird langsam Chlorgas oder Natriumhypochloritlösung zugegeben und gleichzeitig gerührt, um die Reaktion vollständig ablaufen zu lassen. Während des Reaktionsprozesses muss die Cyanidkonzentration in der Lösung in Echtzeit überwacht werden. Sinkt die Cyanidkonzentration unter den vorgegebenen Grenzwert, wird die Oxidationsmittelzugabe gestoppt.

2. Ablauf der biologischen OxidationsmethodeBei der mikrobiellen Laugung werden gut kultivierte Thiobacillus ferrooxidans und andere Mikroorganismen in die cyanidhaltige Laugungslösung eingeimpft. Die Temperatur des Reaktionssystems wird im für Mikroorganismen geeigneten Wachstumsbereich (in der Regel 25–35 °C) gehalten, der pH-Wert wird auf den entsprechenden Bereich (in der Regel 2–4) eingestellt. Während des Reaktionsprozesses müssen Nährstoffe regelmäßig nachgefüllt werden, um den Wachstumsbedarf der Mikroorganismen zu decken. Der Fortschritt der Entgiftungsreaktion wird anhand der Cyanidkonzentration und des Mikroorganismenwachstums beurteilt.

Nachbehandlung

1. Fest-Flüssig-TrennungNach Abschluss der Entgiftungsreaktion müssen die behandelten Rückstände einer Fest-Flüssig-Trennung unterzogen werden. Gängige Fest-Flüssig-Trennverfahren sind Filtration und Zentrifugation. Durch Filtrationsanlagen wie Platten- und Rahmenfilterpressen werden die festen Rückstände von der Flüssigkeit getrennt. Die abgetrennte Flüssigkeit muss zusätzlich auf Cyanid- und Schwermetallgehalt geprüft werden, um sicherzustellen, dass sie nach Erfüllung der Abwassernormen eingeleitet werden kann.

2. Tailings-Entsorgung: Ist der Schwermetallgehalt im Rückstand nach der Entgiftung und Fest-Flüssig-Trennung immer noch hoch, ist eine weitere Behandlung erforderlich. Beispielsweise wird die Verfestigungs- und Stabilisierungstechnologie eingesetzt, und der Rückstand wird mit Verfestigungsmitteln wie Zement und Kalk vermischt, um die Schwermetalle im verfestigten Körper zu fixieren und ihre Mobilität in der Umwelt zu verringern. Der behandelte Rückstand kann je nach den tatsächlichen Bedingungen deponiert oder umfassend verwertet werden, beispielsweise zur Herstellung von Baustoffen.

Fazit

Die Entgiftung von Cyanidrückständen ist für den Umweltschutz und die nachhaltige Ressourcennutzung von großer Bedeutung. Verschiedene Entgiftungsmethoden haben ihre Vor- und Nachteile. In der Praxis müssen geeignete Entgiftungsmethoden und -prozesse anhand von Faktoren wie den Eigenschaften der Cyanidrückstände, den Behandlungskosten und den Umweltanforderungen ausgewählt werden. Gleichzeitig entstehen mit dem kontinuierlichen Fortschritt von Wissenschaft und Technik ständig neue Entgiftungstechnologien und -prozesse. Zukünftig werden voraussichtlich effizientere, umweltfreundlichere und wirtschaftlichere Entgiftungsmethoden für Cyanidrückstände entwickelt, die bessere Lösungen für die durch Cyanidrückstände verursachten Umweltprobleme bieten.