Verfahren zur Rückgewinnung von Natriumcyanid und Schwermetallen aus Abwasser durch Ansäuerung

Einführung

Cyanidhaltige Abwässer entstehen bei verschiedenen industriellen Prozessen wie Goldabbau, Galvanik und chemischer Produktion. Aufgrund der hohen Toxizität von ZyanidUnsachgemäße Einleitung dieses Abwassers kann zu schweren Umweltverschmutzungen und Gesundheitsschäden führen. Daher sind die Behandlung und Rückgewinnung von cyanidhaltigem Abwasser zu entscheidenden Themen geworden. Zu den Behandlungsmethoden gehören Versauerung Erholung of Natriumcyanid und Schwermetallen ist ein weit verbreiteter und effektiver Ansatz, der nicht nur das Umweltrisiko reduziert, sondern auch das Recycling wertvoller Ressourcen ermöglicht.

Prinzip der Versauerungsrückgewinnung

Umwandlung von Cyanid in Blausäure (HCN)

Beim Ansäuerungsprozess werden dem cyanidhaltigen Abwasser starke Säuren wie Schwefelsäure zugesetzt. Unter sauren Bedingungen wandeln sich freie Cyanidionen im Abwasser in Cyanwasserstoff (HCN) um. Cyanwasserstoff ist eine flüchtige Verbindung. Ein niedriger pH-Wert des Abwassers, üblicherweise unter 2, erleichtert die Reaktion und erleichtert die Umwandlung von Cyanidionen in HCN-Gas.

Rückgewinnung von Natriumcyanid

Das erzeugte HCN-Gas wird anschließend in einen alkalischen Absorptionsturm eingeleitet. Dort reagiert es mit einer Natriumhydroxidlösung (NaOH). Im Verlauf der Reaktion Natriumcyanid (NaCN) entsteht und reichert sich in der Absorptionslösung an. Wenn die NaCN-Konzentration in der Lösung etwa 10–12 % erreicht, kann sie recycelt und in relevanten industriellen Prozessen, wie beispielsweise dem Laugungsprozess im Goldabbau, wiederverwendet werden.

Freisetzung und Ausfällung von Schwermetallen

Neben freiem Cyanid enthält das Abwasser häufig Komplexe aus Schwermetallen und Cyanid, beispielsweise Kupfer und Zink. Unter sauren Bedingungen zerfallen diese Komplexe. Werden die Schwermetallionen freigesetzt, können sie unlösliche Salze bilden und unter bestimmten Bedingungen ausfallen. So kann beispielsweise die Anpassung des pH-Werts oder die Zugabe bestimmter Fällungsmittel dazu führen, dass Kupferionen Niederschläge bilden.

Prozessschritte

Schritt 1: Abwasservorbehandlung

Das alkalische, cyanidhaltige Abwasser mit hoher Konzentration durchläuft zunächst einen Dampfwärmetauscher, um seine Temperatur zu regulieren. Typischerweise wird die Temperatur im Bereich von 20–25 °C gehalten. Diese Temperaturkontrolle trägt zur Optimierung der nachfolgenden Reaktionsgeschwindigkeit bei und gewährleistet die Stabilität des Prozesses. Die Cyanidkonzentration im Abwasser mit hoher Konzentration liegt in der Regel zwischen 5000 und 5500 ppm, der pH-Wert zwischen 10.5 und 12.5.

Schritt 2: Ansäuerung

Das vorgereinigte Abwasser wird mit einer bestimmten Durchflussrate, beispielsweise 2 m³/h, in einen Versäuerungssprühturm geleitet. Anschließend wird konzentrierte Schwefelsäure zugegeben. Die Menge der zugegebenen Schwefelsäure wird den Eigenschaften des Abwassers angepasst und beträgt in der Regel 25–30 kg/m³, um den pH-Wert des Abwassers auf unter 2 zu senken. Die bei der Schwefelsäurezugabe freigesetzte Wärme kann die Reaktion beschleunigen und die Umwandlung freier Cyanidionen im Abwasser in flüchtiges HCN erleichtern.

Schritt 3: HCN-Erzeugung und -Trennung

In der stark sauren Umgebung des Versäuerungssprühturms wird die Umwandlung von Cyanid in HCN gefördert. Das gebildete HCN-Gas wird anschließend von einem Vakuum-Radialventilator abgesaugt und gelangt in die nächste Stufe – den Alkali-Absorptionsturm. Gleichzeitig beginnen sich mit sinkendem pH-Wert einige Schwermetallionen im Abwasser zu verändern. Beispielsweise kann die Konzentration von Kupferionen im Abwasser sinken, und einige Schwermetalle beginnen, Niederschläge zu bilden.

Schritt 4: Absorption und Rückgewinnung von Natriumcyanid

Das HCN-Gas gelangt in den alkalischen Absorptionsturm und wird von einer 20–30 %igen NaOH-Lösung absorbiert. Die alkalische Absorptionsflüssigkeit im Turm wird recycelt. Während des Recyclingprozesses sorgt ein Ventilator dafür, dass das HCN-Gas wiederholt absorbiert wird. Im weiteren Verlauf der Absorptionsreaktion steigt die NaCN-Konzentration in der Absorptionsflüssigkeit allmählich an. Erreicht die NaCN-Konzentration 10–12 %, kann das Gas zur Wiederverwendung in den Laugungsprozess zurückgeführt werden. Dadurch wird die Rückgewinnung von Natriumcyanid.

Schritt 5: Schwermetallfällung und -trennung

Da einige Schwermetall-Cyanid-Komplexe im Abwasser nach der HCN-Freisetzung unter sauren Bedingungen abgebaut wurden, kann eine weitere Behandlung zur Ausfällung der Schwermetalle durchgeführt werden. Beispielsweise kann durch die Einstellung des pH-Werts des Abwassers in den alkalischen Bereich Schwermetallhydroxide gebildet werden, die ausfallen. Anschließend können Fest-Flüssig-Trennverfahren wie Filtration oder Sedimentation eingesetzt werden, um die ausgefällten Schwermetalle vom Abwasser zu trennen und so deren Entfernung und Rückgewinnung zu erreichen.

Vorteile der Versäuerungsrückgewinnungsmethode

Ressourcenrecycling

Mit dem Ansäuerungsverfahren lässt sich Natriumcyanid effektiv aus cyanidhaltigem Abwasser zurückgewinnen. Dieses kann in relevanten industriellen Prozessen wiederverwendet werden. Dadurch wird der Verbrauch von neuem Natriumcyanid reduziert und die Produktionskosten gesenkt. Gleichzeitig können auch Schwermetalle zurückgewonnen werden, wodurch Abfälle zu wertvollen Ressourcen werden.

Kosteneffizienz

Im Vergleich zu anderen Behandlungsmethoden, die sich ausschließlich auf die Zerstörung von Cyanid konzentrieren, reinigt die Versäuerungsrückgewinnungsmethode nicht nur das Abwasser, sondern gewinnt auch wertvolle Substanzen zurück. Obwohl Säure und Lauge verbraucht werden, kann der Wert des zurückgewonnenen Natriumcyanids und der Schwermetalle einen Teil der Behandlungskosten decken, was die Gesamtbehandlung langfristig kostengünstiger macht.

Umweltfreundlichkeit

Durch die Rückgewinnung von Natriumcyanid und Schwermetallen wird die Schadstoffmenge im Abwasser deutlich reduziert. Das behandelte Abwasser weist einen geringeren Cyanid- und Schwermetallgehalt auf, was die nachfolgende Einleitung oder Weiterbehandlung erleichtert und die negativen Auswirkungen auf die Umwelt verringert.

Verbrauch im Versauerungsrückgewinnungsprozess

Der Verbrauch des Versäuerungsverfahrens zur Rückgewinnung von cyanidhaltigem Abwasser umfasst hauptsächlich Schwefelsäure, Natronlauge (NaOH), Kalk und Strom. Im Winter muss das Abwasser vorgewärmt werden, daher wird auch Dampf verbraucht.

1. Säureverbrauch

• Umwandlung von Cyanid in HCN: Die Menge an Schwefelsäure, die zur Umwandlung von Cyanid im Abwasser in HCN benötigt wird, hängt von der Cyanidkonzentration im Abwasser ab. Um beispielsweise 1 m³ Abwasser mit einer Cyanidkonzentration von 5000 ppm zu behandeln, wird für diese Umwandlung eine bestimmte Menge Schwefelsäure benötigt.

• Versauerung von Abwasser: Neben der Säure zur Cyanidumwandlung wird zusätzliche Säure verwendet, um das Abwasser auf den richtigen Säuregrad einzustellen. Die benötigte Menge, um den pH-Wert auf unter 2 zu senken, ist ein wichtiger Faktor.

• Reaktion mit Alkali im Abwasser: Es können einige alkalische Substanzen im Abwasser vorhanden sein, die mit Schwefelsäure reagieren, aber im Allgemeinen ist dieser Verbrauch im Vergleich zu den Mengen, die für die Cyanid-Umwandlung und Ansäuerung verwendet werden, relativ gering.

• Reaktion mit Karbonat im Abfall: If the cyanide - containing raw materials have a high Kohlenstoffate content, such as in some cyanide tailings slurry, the carbonate will react with the acid to form carbon dioxide. In such cases, the sulfuric acid consumption will increase significantly, and these materials may not be ideal for treatment by the acid - recovery method.

2. Alkali-Verbrauch: Im Alkaliabsorptionsturm wird Natronlauge (NaOH) verwendet, um HCN zu absorbieren und NaCN zu bilden. Die verbrauchte NaOH-Menge hängt von der erzeugten HCN-Menge und der Absorptionseffizienz ab.

3.Kalkverbrauch: In manchen Fällen kann Kalk in der Abwassernachbehandlung eingesetzt werden, beispielsweise zur pH-Wert-Anpassung bei der Schwermetallfällung. Die benötigte Kalkmenge hängt von der Art und Konzentration der Schwermetalle im Abwasser sowie dem gewünschten pH-Wert-Anpassungsbereich ab.

4.Strom- und Dampfverbrauch: Bei diesem Prozess wird Strom von Geräten wie Pumpen, Ventilatoren und Vakuum-Radialventilatoren verbraucht. Im Winter wird beim Vorwärmen des Abwassers Dampf verbraucht, um die Temperatur auf das für die Reaktion geeignete Niveau zu bringen.

Fazit

Die Ansäuerungsrückgewinnungsmethode für cyanidhaltiges Abwasser zur Rückgewinnung von Natriumcyanid und Schwermetallen ist eine umfassende und effektive Behandlungstechnologie. Durch die Befolgung spezifischer Prozessschritte können nicht nur giftiges Cyanid und Schwermetalle aus dem Abwasser entfernt, sondern auch wertvolle Ressourcen recycelt werden. Obwohl der Prozess mit einem gewissen Material- und Energieverbrauch verbunden ist, bietet er angesichts seiner ökologischen und wirtschaftlichen Vorteile breite Anwendungsmöglichkeiten in der Behandlung cyanidhaltiger Abwässer. Im praktischen Betrieb sind jedoch aufgrund der Toxizität von HCN-Gas strenge Sicherheitsmaßnahmen erforderlich. Gleichzeitig ist eine kontinuierliche Optimierung der Prozessparameter erforderlich, um die Rückgewinnungseffizienz zu verbessern und die Kosten zu senken.