Procédé de traitement des eaux usées d'extraction d'or au cyanure

Actuellement, l' extraction de l'or par cyanuration est l'un des principaux procédés matures de fusion de l'or en Chine. Ce procédé utilise une solution de cyanure pour extraire l'or des minerais et se caractérise par un taux de récupération élevé, une grande adaptabilité aux propriétés du minerai et la possibilité de produire de l'or sur site. Depuis sa première utilisation pour la lixiviation de l'or à partir de minerais en 1887, cette méthode est largement employée. Cependant, l'extraction de l'or par cyanuration génère une grande quantité de substances toxiques et nocives, constituant une menace importante pour l'environnement et la santé humaine. Par conséquent, afin de réduire ces dommages, il est nécessaire d'étudier les méthodes de traitement des eaux usées issues de l'extraction de l'or par cyanuration. De nombreux chercheurs ont synthétisé les méthodes de traitement, les principes chimiques et les tendances de développement des eaux usées contenant du cyanure, mais la plupart d'entre eux n'abordent qu'une ou deux méthodes. Cet article propose donc une analyse détaillée des différentes méthodes de traitement des eaux usées issues de l'extraction de l'or par cyanuration actuellement utilisées dans l'industrie, en comparant les avantages, les inconvénients et les cas d'application de chaque méthode. Cette analyse présente un intérêt certain pour des applications similaires en production.

I. Sources et dangers des eaux usées issues de l'extraction de l'or au cyanure

Le principe de l'extraction de l'or par cyanuration repose sur la réaction, en milieu aérobie, du cyanure de sodium avec l'or pour former des complexes d'or, qui se dissolvent ensuite. L'or peut alors être extrait par enrichissement via adsorption sur charbon actif ou par déplacement du cyanure d'or par de la poudre de zinc. Simultanément, d'autres métaux lourds tels que l'argent, le cuivre et le zinc forment également des complexes et se dissolvent.

Les cyanures utilisés lors de la réaction et les complexes produits sont des substances toxiques et nocives. Le cyanure de sodium, facilement hydrolysable, est une substance hautement toxique de classe 1, avec une dose létale de 0.10 g. En cas de fuite de cyanures dans les cours d'eau, les organismes aquatiques sont extrêmement nocifs et constituent une grave menace pour la santé humaine et l'environnement. Le traitement des eaux usées issues de l'extraction de l'or au cyanure est donc primordial.

II. Principales méthodes de traitement des eaux usées issues de l'extraction de l'or au cyanure

Méthode de chloration alcaline

La chloration alcaline est actuellement l'une des méthodes les plus couramment utilisées pour traiter les eaux usées contenant du cyanure provenant de l'extraction de l'or au cyanure. Elle utilise principalement des oxydants à base de chlore pour oxyder les cyanures présents dans les eaux usées en milieu alcalin, les transformant ainsi en substances non toxiques. Le processus de chloration alcaline, qui détruit le cyanure, se décompose en deux étapes :

La première étape consiste à oxyder le cyanure en cyanate, appelée « oxydation incomplète ». Le CN⁻ réagit avec l'OCl⁻ pour former d'abord du CNCl, puis s'hydrolyse en CNO⁻. Il est à noter que le CNCl est très volatil et toxique en milieu acide. Par conséquent, pendant l'opération, le pH doit être strictement contrôlé pour maintenir un état alcalin.

La deuxième étape consiste à oxyder davantage le cyanate en dioxyde de carbone et en azote, appelée « oxydation complète ». Lors de la décomposition du cyanure, le pH a une influence majeure sur la réaction d'oxydation. Lors de la première étape, le pH doit être maintenu entre 10 et 11 et la durée de réaction entre 10 et 15 minutes. Lors de la deuxième étape, le pH doit être maintenu entre 6.5 et 7.0 et la durée de réaction entre 10 et 15 minutes.

Une mine utilise la méthode de chloration alcaline pour traiter le surnageant des boues résiduaires de cyanure (dont la teneur en cyanure est de 200 mg/L) et les eaux d'infiltration du bassin de décantation (dont la teneur en cyanure est de 5 mg/L). Le pH est maintenu entre 10 et 11 et de la poudre de blanchiment est ajoutée dans un rapport de 35 à 40 fois la teneur en cyanure pour le mélange et l'agitation. Après sédimentation dans un épaississeur, la teneur totale en cyanure peut être réduite à 0.1 mg/L.

La chloration alcaline est la méthode la plus couramment utilisée pour traiter les eaux usées contenant du cyanure, et la poudre de blanchiment est l'oxydant chloré le plus couramment utilisé. Cette méthode convient au traitement des eaux usées issues de l'extraction de l'or au cyanure, qu'elles soient à forte ou faible concentration. Elle permet également d'éliminer les complexes contenant du thiocyanate et du cyanure (à l'exception des complexes ferrocyanures). Ce médicament est largement disponible, les résidus générés sont faciles à filtrer et son utilisation est simple. Cependant, l'environnement d'exploitation de la poudre de blanchiment pour le traitement des eaux usées est relativement difficile. Certaines entreprises utilisent désormais de l'eau de Javel liquide ou du dioxyde de chlore, ce qui améliore quelque peu l'environnement d'exploitation. Cependant, des gaz toxiques sont générés pendant le processus de réaction, ce qui présente une forte corrosivité pour les équipements. Le coût du médicament et de la maintenance est relativement élevé.

Méthode de complexation des sels ferreux

La complexation des sels ferreux est une méthode de traitement des eaux usées issues de l'extraction de l'or au cyanure, apparue ces dernières années. En contrôlant le pH de la réaction entre 7 et 8, les ions ferreux réagissent avec le cyanure libre et certains complexes de cyanure présents dans les eaux usées issues de l'extraction de l'or au cyanure pour former des précipités.

Des expériences ont montré que, généralement, l'ajout de sulfate ferreux seul au traitement des eaux usées issues de l'extraction de l'or au cyanure ne permet pas de les rendre conformes aux normes de rejet. Par conséquent, un oxydant général doit être ajouté aux eaux usées traitées pour une élimination en profondeur du cyanure. Sous réserve de conditions bien contrôlées, l'oxydant peut être ajouté directement pour le traitement sans séparation du précipité, et les normes de rejet peuvent également être respectées. Ceci présente un avantage par rapport à la méthode traditionnelle de séparation puis de traitement.

Une fonderie d'or utilise la méthode du sulfure de sodium et du sulfate ferreux pour traiter un liquide pauvre en cyanure. L'effluent a une teneur en cyanure de 2500 20 mg/L. Après traitement, l'effluent présente une teneur en cyanure inférieure à 99.2 mg/L, avec un taux d'élimination de 0.4 %, ce qui donne des résultats remarquables. Le traitement en profondeur ultérieur, utilisant la méthode du métabisulfite de sodium et de l'air, réduit la teneur totale en cyanure à moins de XNUMX mg/L.

La complexation des sels ferreux est une méthode de traitement émergente, principalement utilisée pour traiter les eaux usées fortement concentrées en cyanure. Son procédé est simple, son investissement ponctuel est faible et son utilisation est aisée. Le médicament (principalement du sulfate ferreux) est largement disponible, peu coûteux et facile à utiliser. Cependant, l'acidité de la solution de sulfate ferreux, lorsqu'elle est mélangée aux eaux usées issues de l'extraction d'or au cyanure, peut entraîner une acidification locale et la formation de cyanure d'hydrogène gazeux. De plus, elle ne permet pas d'éliminer le thiocyanate, et les eaux usées traitées nécessitent un traitement approfondi pour satisfaire aux normes de rejet.

Métabisulfite de sodium - Méthode de l'air

La méthode métabisulfite de sodium-air est issue de la méthode dioxyde de soufre-air. Elle exploite principalement l'effet synergétique du métabisulfite de sodium et de l'air sur les cyanures présents dans les eaux usées dans une certaine plage de pH, avec l'effet catalytique des ions cuivre, pour oxyder le CN⁻ en CNO⁻.

Si la teneur en cyanure des eaux usées contenant du cyanure est élevée, un prétraitement peut être effectué afin de réduire la concentration totale en cyanure à moins de 100 mg/L. Ensuite, du métabisulfite de sodium et du sulfate de cuivre sont ajoutés, une quantité suffisante d'air est introduite et le pH est contrôlé (généralement entre 7 et 8), de sorte que le cyanure soit oxydé en cyanate, lequel est ensuite hydrolysé pour former des ions bicarbonate et de l'ammoniac.

La méthode au métabisulfite de sodium-air convient au traitement des eaux usées issues de l'extraction d'or au cyanure à faible concentration. Le dosage du médicament est faible, la main-d'œuvre est réduite, mais l'investissement initial est relativement important et nécessite l'ajout d'équipements tels que des soufflantes. Les exigences relatives aux indicateurs de procédé sont relativement strictes, et le contrôle du pH est crucial. Du sulfate de cuivre doit également être ajouté comme catalyseur. Le temps de réaction est long. Un traitement inadéquat génère une grande quantité d'ions ammonium et les scories produites sont difficiles à filtrer. Une faible quantité d'ammoniac gazeux est générée sur site, mais elle n'a aucun effet sur l'élimination des thiocyanures.

Méthode d'oxydation au peroxyde d'hydrogène

La méthode d'oxydation au peroxyde d'hydrogène consiste à oxyder les cyanures en CNO⁻ à température normale, dans des conditions alcalines (pH = 10-11), avec du Cu²⁺ comme catalyseur, puis à les hydrolyser en substances non toxiques. Les cyanures complexes (complexes de Cu, Zn, Pb, Ni, Cd) sont également dissociés grâce à la destruction des cyanures qu'ils contiennent. Les ions ferrocyanure et autres ions de métaux lourds forment des sels complexes de ferrocyanure et sont éliminés. Enfin, la concentration totale en cyanure dans les eaux usées traitées peut être réduite à moins de 0.5 mg/L.

Cette méthode convient au traitement des eaux usées à faible concentration en cyanure. L'équipement de traitement du peroxyde d'hydrogène est simple et facile à contrôler automatiquement. Cependant, le cyanate généré doit rester un certain temps pour se décomposer en CO₂ et NH₃. L'utilisation du cuivre comme catalyseur présente les inconvénients suivants : une concentration en cuivre supérieure à la norme dans les eaux rejetées, un coût de la matière première relativement élevé, l'impossibilité d'oxyder les thiocyanures et la génération d'ions ammonium. En effet, les eaux usées présentent toujours une certaine toxicité. De plus, le peroxyde d'hydrogène étant un oxydant, il présente une forte corrosivité, et son transport et son utilisation présentent des difficultés et des dangers.

Méthode d'acidification

Lorsqu'on utilise la méthode d'acidification pour traiter un liquide pauvre en cyanure, son mécanisme de réaction est relativement complexe, comprenant principalement trois processus : le processus d'acidification des eaux usées contenant du cyanure, le processus de décapage et d'absorption du gaz HCN et le processus de neutralisation du liquide décapé.

(1) Réaction d'acidification : le liquide pauvre en cyanure est acidifié et purifié à l'acide. Les cyanures complexes contenus dans le liquide pauvre forment des précipités insolubles tels que CuCN, CuSCN et Zn₂Fe(CN)₆ et sont éliminés, produisant simultanément du cyanure d'hydrogène.

(2) Réaction de volatilisation et d'absorption : Le liquide pauvre est préchauffé à environ 30 °C avant acidification. Le point d'ébullition du HCN étant de seulement 26.5 °C, il est extrêmement volatil. Par conséquent, une tour à garnissage est utilisée comme équipement de transfert de masse pour le contact entre les deux phases gaz-liquide lors de la méthode d'acidification, ce qui facilite l'extraction et l'absorption du HCN.

(3) Réaction de neutralisation : De la chaux ou une base liquide est utilisée pour neutraliser le liquide résiduel après acidification. Les molécules de HCN résiduelles en solution sont converties en CN⁻. Cette méthode d’acidification permet de récupérer le cyanure de sodium contenu dans les eaux usées cyanurées et de valoriser cette ressource. Cependant, elle présente des exigences élevées en matière d’étanchéité des équipements, un investissement initial relativement important, une expertise technique pointue et une maintenance complexe. Elle comporte également certains risques pour la sécurité. Les eaux usées générées après récupération nécessitent un traitement plus poussé pour être conformes aux normes de rejet.

Méthode d'électrolyse

L'électrolyse utilise des réactions électrochimiques d'oxydoréduction pour détruire les cyanures présents dans les eaux usées. Lors de l'électrolyse ionique, les cyanures perdent des électrons à l'anode et sont oxydés en cyanate, carbonate, azote ou ammonium. Le cyanate est ensuite oxydé en CO₂ et H₂O. Les principales réactions sont :

CN⁻ + 2OH⁻ - 2e → CNO⁻ + H₂O (24)

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

Des expériences d'électrolyse utilisant une tige d'électrode en dioxyde de plomb à base de céramique fabriquée par nos soins et une plaque cathodique en acier inoxydable ont démontré qu'en utilisant la méthode d'électrolyse pour traiter les eaux usées contenant du cyanure, après 2 heures d'électrolyse, la concentration en CN⁻ peut être réduite de 385 mg/L à 58 mg/L, et la concentration en Cu²⁺ peut être réduite de 450 mg/L à 48 mg/L. De plus, la fonderie d'or de Hunan Zhongnan utilise la méthode électrochimique pour traiter les eaux usées issues de l'extraction de l'or au cyanure, ce qui peut réduire la concentration totale en cyanure de 4 g/L à 0.8 g/L. La différence avec ce qui précède est que les plaques d'anode et de cathode sont toutes deux constituées de plaques de fer. Pendant le processus de fonctionnement, non seulement de l'énergie électrique est consommée, mais également les plaques de fer sont consommées.

L'électrolyse est principalement utilisée pour traiter les eaux usées à forte concentration de cyanure. L'équipement occupe un espace réduit, le procédé est simple et facile à contrôler, mais il consomme beaucoup d'énergie électrique et son coût d'exploitation est supérieur à celui de la chloration alcaline. Le taux d'élimination du cyanure est moyen et n'a aucun effet sur l'élimination des complexes cyanurés.

Actuellement, parmi les méthodes de traitement des eaux usées issues de l'extraction de l'or au cyanure, la chloration alcaline, l'acidification et le mélange air-métabisulfite de sodium sont largement utilisés. L'électrolyse et la complexation des sels ferreux sont des méthodes émergentes qui ont fait leurs preuves dans le traitement industriel. L'oxydation au peroxyde d'hydrogène est principalement une méthode de traitement d'urgence. Il existe de nombreuses autres méthodes de traitement des eaux usées issues de l'extraction de l'or au cyanure, telles que la purification naturelle, la méthode biologique, la séparation membranaire, l'échange d'ions, etc. Cependant, en tant qu'applications industrielles, elles présentent toutes des limites et nécessitent des améliorations continues.