Recherche sur la méthode de récupération du cuivre dans les eaux usées du cuivrage au cyanure

1. Introduction

L'établissement d'un mode de galvanoplastie respectueux de l'environnement et économe en ressources constitue actuellement l'un des deux axes majeurs du développement durable de l'industrie de la galvanoplastie. Face à la raréfaction mondiale des métaux non ferreux et à l'augmentation constante du coût des matériaux de galvanoplastie, l'adoption de technologies de galvanoplastie économes en ressources suscite un vif intérêt. Les entreprises chinoises de galvanoplastie ont une histoire relativement courte. À leurs débuts, elles souffraient d'un manque de financement et d'un retard technologique. La plupart des petites usines de galvanoplastie ignorent tout de la récupération des métaux contenus dans les eaux usées de galvanoplastie, et encore moins des méthodes de récupération. Dans le cas du cuivrage au cyanure et du traitement des alliages de cuivre, les précipités de cuivre divalent formés après la décomposition du cyanure sont des particules fines, ce qui rend leur précipitation et leur séparation difficiles et coûteuses. Il est donc urgent d'étudier de nouveaux procédés de récupération.

2. Principes de la méthode

2.1 Traitement des eaux usées issues du placage au cuivre cyanuré et des alliages de cuivre

Dans le procédé traditionnel de décomposition du cyanure à l'aide d'hypochlorite de sodium, le pH des eaux usées contenant du cyanure doit être ajusté entre 11 et 12, généralement par ajout d'hydroxyde de sodium. Au cours de ce procédé, le cyanure est converti en dioxyde de carbone et en azote, et les ions cuivre monovalents sont oxydés en ions cuivre divalents, formant ainsi de fines particules de carbonate de cuivre basique en suspension dans les eaux usées. La sédimentation naturelle dure plus d'une journée et ne permet pas une précipitation complète. Une grande quantité d'agents coagulants et de floculants est nécessaire pour obtenir une précipitation et une séparation complètes. Auparavant, lorsque le cuivre n'était pas récupéré, les eaux usées issues de la décomposition du cyanure étaient mélangées à des eaux usées acides, lesquelles étaient traitées à la chaux. Le carbonate de cuivre basique était adsorbé sur les précipités présents dans les eaux usées acides, puis précipité et séparé.

Le nouveau procédé de cyanuration consiste à ajouter de la chaux pour ajuster le pH. Le dioxyde de carbone généré lors de la cyanuration réagit avec l'oxyde de calcium pour former du carbonate de calcium. Parallèlement, le carbonate de cuivre basique coprécipite avec le carbonate de calcium pour former de grosses particules.

2.2 Traitement des autres eaux usées contenant du cuivre

Les ions cuivre divalents présents dans les eaux usées acides issues du cuivrage brillant réagissent avec la chaux pour former de l'hydroxyde de cuivre, et l'acide sulfurique réagit avec la chaux pour former du sulfate de calcium et de l'eau. Dans les eaux usées issues du pyrophosphate de cuivre, le radical pyrophosphate et les ions cuivre forment un complexe. Traité à la chaux, le radical pyrophosphate réagit avec l'oxyde de calcium pour former un précipité de pyrophosphate de calcium, et les ions cuivre réagissent avec l'oxyde de calcium pour former de l'hydroxyde de cuivre.

3. Processus de récupération

3.1 Composition des eaux usées contenant du cuivre

Les eaux usées contenant du cuivre comprennent plusieurs types, notamment celles issues du cuivrage au cyanure, des alliages cuivre-zinc et cuivre-étain, du cuivrage brillant en milieu acide et du dépôt de pyrophosphate de cuivre. Les eaux usées issues du cuivrage au cyanure, des alliages cuivre-zinc et des alliages cuivre-étain sont acheminées vers le bassin de traitement des eaux usées contenant du cuivre, tandis que celles issues du cuivrage brillant en milieu acide et du dépôt de pyrophosphate de cuivre sont acheminées vers le bassin de traitement des eaux usées contenant du cuivre. Les eaux usées issues du cuivrage au cyanure et des alliages de cuivre contiennent des agents complexants tels que le cyanure de sodium , le tartrate de potassium et de sodium et le thiocyanate d'ammonium, qui forment des complexes avec les ions cuivre. Les eaux usées issues du dépôt de pyrophosphate de cuivre contiennent des complexes de pyrophosphate de cuivre. Les eaux usées issues du cuivrage au cyanure et des alliages de cuivre représentent environ 90 % du total des eaux usées contenant du cuivre, tandis que celles issues du cuivrage brillant en milieu acide et du dépôt de pyrophosphate de cuivre en représentent environ 10 %.

3.2 Processus d'oxydation des complexes de cuivre

Avant la récupération du cuivre, il est nécessaire de décomposer les complexes de cuivre présents dans les eaux usées de galvanoplastie et d'oxyder les ions Cu⁺ en ions Cu²⁺. Une méthode combinant une solution d'hypochlorite de sodium et du peroxyde d'hydrogène est utilisée pour décomposer le cyanure et les agents complexants tels que le tartrate de potassium et de sodium. Il existe trois cuves de décomposition du cyanure. Les eaux usées contenant du cyanure et celles contenant du cuivre sont pompées dans la cuve de décomposition du cyanure de première étape. Du lait de chaux est ajouté pour ajuster le pH à 11-12, et la quantité de lait de chaux ajoutée est ajustée par le système de contrôle du pH. Parallèlement, une solution d'hypochlorite de sodium est ajoutée pour décomposer le cyanure. Du peroxyde d'hydrogène est ajouté dans la cuve de décomposition du cyanure de deuxième étape pour poursuivre la décomposition du cyanure et l'oxydation des agents complexants tels que le tartrate de potassium et de sodium. En raison de la lenteur de la réaction, une troisième cuve de décomposition du cyanure est ajoutée. Dans le bassin de cyanuration de la troisième étape, l'élimination du cyanure et des agents complexants tels que le tartrate de potassium et de sodium est contrôlée conformément aux données d'analyse chimique et à l'expérience. Une fois la réaction d'oxydation terminée, le Cu⁺ présent dans les eaux usées est entièrement converti en Cu²⁺, ce qui entraîne la formation de précipités de carbonate de cuivre basique et d'hydroxyde de cuivre. Au cours de ce processus, après réaction des eaux usées traitées au pyrophosphate de cuivre avec la chaux, le complexe formé par le cuivre et le radical pyrophosphate est rompu, ce qui entraîne la formation d'hydroxyde de cuivre. Les données d'analyse montrent que ce procédé permet aux eaux usées de respecter les normes de rejet. L'ajout de chaux pour ajuster le pH et précipiter les ions cuivre réduit les coûts de traitement. La chaux agit également comme coagulant et précipite complètement le radical pyrophosphate.

3.3 Récupération du cuivre

Dans le procédé décrit ci-dessus, les ions cuivre présents dans les eaux usées de galvanoplastie sont transformés en précipités basiques de carbonate de cuivre. Si la quantité de chaux ajoutée est importante, les ions cuivre peuvent également être transformés en précipités d'hydroxyde de cuivre. La chaux étant nécessaire à la précipitation du radical pyrophosphate dans les eaux usées de pyrophosphate de cuivre, la quantité de chaux ajoutée ne doit pas être trop faible. Son coût est très faible et il est possible d'en ajouter un excédent approprié pendant le traitement.

Après traitement des eaux usées contenant du cyanure et du cuivre dans les cuves de cyanuration en trois étapes, elles sont acheminées vers la cuve de floculation. Du pyrosulfite de sodium est ajouté à la cuve de floculation pour réduire l'excès de peroxyde d'hydrogène, et un floculant polyacrylamide est ajouté pour gonfler les particules de précipité. Si le pyrosulfite de sodium n'est pas ajouté à la cuve de floculation, le peroxyde d'hydrogène résiduel après la cyanuration se décompose pour produire de l'oxygène, qui est adsorbé à la surface des particules de précipité et les fait flotter. La quantité de pyrosulfite de sodium ajoutée doit être telle que les précipités ne flottent pas, un excès approprié étant acceptable.

Après avoir traversé le bassin de floculation, les eaux usées s'écoulent dans le bassin de décantation à tube incliné. Une fois les précipités séparés de l'eau, ils pénètrent dans le bassin d'épaississement par sédimentation, puis sont filtrés par un filtre-presse. Le gâteau de filtration est récupéré et le filtrat retourne au bassin de régulation. Le gâteau de filtration contenant du cuivre récupéré est acheté par une entreprise spécialisée et envoyé à un fabricant professionnel pour la production de sulfate de cuivre. Il peut également être utilisé pour la production de cuivre électrolytique.

4. Avantages

Quatre ateliers de galvanoplastie génèrent des eaux usées contenant du cuivre. Les analyses et le suivi montrent que la concentration massique moyenne de cuivre dans les eaux usées issues du cuivrage au cyanure est de 345 mg/L, soit 0.345 kg de cuivre par tonne d'eaux usées. Le volume total mensuel de ces eaux usées est d'environ 4 600 tonnes, contenant 1 587 kg de cuivre. En les combinant avec le cuivre contenu dans d'autres eaux usées cuprifères, environ 1 700 kg de cuivre peuvent être récupérés chaque mois. Le chiffre d'affaires mensuel de l'entreprise, tiré de la vente de ces boues cuprifères, s'élève à 30 000 à 40 000 RMB. La récupération du cuivre contenu dans ces eaux usées permet d'éviter le gaspillage de cuivre métallique, réduisant ainsi les coûts de galvanoplastie et la pollution secondaire de l'environnement par les boues, ce qui représente un avantage économique et social significatif.

5. Conclusion

L'industrie de la galvanoplastie est très polluante. Dans un contexte de retard relatif des procédés et technologies de traitement des eaux usées de galvanoplastie en Chine, l'étude active des méthodes de récupération des métaux non ferreux dans ces eaux est essentielle pour mettre en place un procédé de galvanoplastie économe en ressources et respectueux de l'environnement, et assurer le développement durable de l'industrie. La méthode de traitement du cuivre cyanuré et d'autres eaux usées contenant du cuivre, étudiée dans cet article, pour la récupération du cuivre à l'aide de chaux, a donné de bons résultats en pratique, offrant une voie viable pour le développement vert de l'industrie de la galvanoplastie.