Istraživanje metode oporabe bakra u otpadnim vodama cijanidnog bakrenja

1. Uvod

Uspostavljanje ekološki prihvatljivog i resursno štedljivog načina galvanizacije trenutno su dvije glavne teme za održivi razvoj industrije galvanizacije. U kontekstu nedostatka resursa obojenih metala u svijetu i kontinuiranog porasta troškova galvanizacije metalnih materijala, usvajanje tehnologije galvanizacije koja štedi resurse privuklo je veliku pozornost. Kineska poduzeća za galvanizaciju imaju relativno kratku povijest razvoja. U početnoj fazi razvoja postojao je nedostatak sredstava i zaostala tehnologija. Većini malih tvornica galvanizacije nedostaje svijesti o oporabi metalnih materijala u otpadnim vodama od galvanizacije, a kamoli istraživanja metoda oporabe. Kod otpadnih voda od cijanidnog bakra i bakrenih legura, talozi koje dvovalentni bakar tvori nakon razgradnje cijanida su fine čestice, što rezultira teškim taloženjem i odvajanjem te visokim troškovima. Stoga je hitno proučiti nove procese oporabe.

2. Načela metode

2.1 Obrada otpadnih voda cijanidnog bakrenja i bakrenih legura

U tradicionalnom procesu razgradnje cijanida pomoću natrijevog hipoklorita, pH otpadne vode koja sadrži cijanid potrebno je podesiti na 11-12, obično dodavanjem natrijevog hidroksida. Tijekom procesa razgradnje cijanida, cijanid se pretvara u ugljikov dioksid i dušik, a monovalentni bakreni ioni oksidiraju se u dvovalentne bakrene ione, koji zatim tvore fine čestice bazičnog bakrenog karbonata suspendirane u otpadnoj vodi. Prirodna sedimentacija traje više od cijelog dana i još uvijek ne može postići potpuno taloženje. Za postizanje potpunog taloženja i odvajanja potrebna je velika količina koagulansa i flokulanta. U prošlosti, kada se bakar nije izdvajao, otpadna voda nakon razgradnje cijanida miješala se u sveobuhvatnu otpadnu vodu koja sadrži kiselinu, koja se tretirala vapnom. Bazični bakreni karbonat adsorbirao se na taloge u sveobuhvatnoj otpadnoj vodi te se na kraju taložio i odvajao.

Novi postupak razbijanja cijanida je dodavanje vapna za podešavanje pH. Ugljični dioksid koji nastaje tijekom razgradnje cijanida reagira s kalcijevim oksidom stvarajući kalcijev karbonat. U isto vrijeme, bazični bakar karbonat se ko-taloži s kalcijevim karbonatom da bi se formirale precipitate velikih čestica.

2.2 Pročišćavanje ostalih otpadnih voda koje sadrže bakar

Dvovalentni bakreni ioni u kiseloj otpadnoj vodi od svijetlog bakrenja reagiraju s vapnom da bi formirali bakrov hidroksid, a sumporna kiselina reagira s vapnom da bi formirala kalcijev sulfat i vodu. U otpadnoj vodi od bakrenog pirofosfatiranja, pirofosfatni radikal i bakreni ioni postoje u obliku kompleksa. Kada se tretira vapnom, pirofosfatni radikal reagira s kalcijevim oksidom stvarajući talog kalcijevog pirofosfata, a ioni bakra reagiraju s kalcijevim oksidom stvarajući bakrov hidroksid.

3. Proces oporavka

3.1 Sastav otpadne vode koja sadrži bakar

Otpadne vode koje sadrže bakar uključuju nekoliko vrsta, kao što su otpadne vode od cijanidnog bakra, legura bakra i cinka, legura bakra i kositra, kiselog sjajnog bakra i bakrenog pirofosfata. Otpadne vode od cijanidnog bakra, legura bakra i cinka te legura bakra i kositra ulijevaju se u spremnik za podešavanje otpadnih voda koji sadrži cijanid, dok kisele otpadne vode od sjajnog bakra i bakrenog pirofosfata ulijevaju se u spremnik za podešavanje otpadnih voda koji sadrži bakar. Otpadne vode od cijanidnog bakra i bakrenih legura sadrže kompleksirajuća sredstva kao što su natrijev cijanid , kalijev natrijev tartarat i amonijev tiocijanat, koji tvore komplekse s ionima bakra. Otpadne vode od bakrenog pirofosfata sadrže komplekse bakrenog pirofosfata. Otpadne vode od cijanidnog bakra i bakrenih legura čine približno 90% ukupnih otpadnih voda koje sadrže bakar, dok kisele otpadne vode od sjajnog bakra i bakrenog pirofosfata čine oko 10%.

3.2 Proces oksidacije bakrenih kompleksa

Prije oporabe bakra, potrebno je razbiti bakrene komplekse u otpadnoj vodi galvanizacije i oksidirati Cu⁺ ione u Cu²⁺ ione. Metoda kombinacije otopine natrijevog hipoklorita i vodikovog peroksida koristi se za razbijanje cijanida i sredstava za stvaranje kompleksa kao što je kalijev natrijev tartarat. Postoje tri spremnika za razbijanje cijanida. Otpadne vode koje sadrže cijanid i otpadne vode koje sadrže bakar pumpaju se u spremnik za razbijanje cijanida prvog stupnja. Dodaje se vapneno mlijeko da se pH podesi na 11 - 12. Dodatna količina vapnenog mlijeka se podešava sustavom za kontrolu pH. Istodobno se dodaje otopina natrijeva hipoklorita za razbijanje cijanida. Vodikov peroksid dodaje se u drugi stupanj spremnika za razbijanje cijanida kako bi se nastavilo razbijanje cijanida i oksidirajućih kompleksirajućih sredstava kao što je kalijev natrijev tartarat. Zbog spore reakcije, dodan je spremnik trećeg stupnja za razbijanje cijanida. U spremniku trećeg stupnja za razbijanje cijanida, uklanjanje cijanida i sredstava za kompleksiranje kao što je kalijev natrijev tartarat provjerava se prema podacima kemijske analize i iskustvu. Završetkom reakcije oksidacije, Cu⁺ u otpadnoj vodi potpuno se pretvara u Cu²⁺, a nastaju bazični bakrov karbonat i bakrov hidroksid. Tijekom ovog procesa, nakon što otpadna voda bakrenog pirofosfata reagira s vapnom, kompleks formiran od bakra i pirofosfatnog radikala se razbija i nastaje bakrov hidroksid. Podaci analize pokazuju da ovim procesom otpadna voda može zadovoljiti standarde ispuštanja. Dodavanje vapna za prilagodbu pH i taloženje bakrenih iona smanjuje troškove obrade, a vapno također ima ulogu pomoćnog sredstva za zgrušavanje i potpuno taloži pirofosfatni radikal.

3.3 Oporaba bakra

U gornjem procesu, bakreni ioni u otpadnoj vodi od galvanizacije pretvaraju se u bazične precipitate bakrenog karbonata. Ako je količina dodanog vapna velika, ioni bakra također se mogu pretvoriti u talog bakrenog hidroksida. Budući da je vapno potrebno za taloženje pirofosfatnog radikala u otpadnoj vodi od bakrenog pirofosfata, količina dodanog vapna ne smije biti premala. Cijena vapna je vrlo niska, a može se dodati u odgovarajućem višku tijekom procesa obrade.

Nakon što se otpadne vode koje sadrže cijanid i bakar pročišćavaju u trostupanjskom spremniku za razbijanje cijanida, otječu u spremnik za flokulaciju. Natrijev pirosulfit dodaje se u spremnik za flokulaciju kako bi se smanjio višak vodikovog peroksida, a dodaje se poliakrilamidni flokulant kako bi se čestice taloga povećale. Ako se natrijev pirosulfit ne doda u spremnik za flokulaciju, zaostali vodikov peroksid nakon razgradnje cijanida se razgrađuje i proizvodi kisik, koji se adsorbira na površini čestica taloga i uzrokuje plutanje taloga. Količina dodanog natrijevog pirosulfita treba biti takva da talog ne pluta, a prihvatljiv je odgovarajući višak.

Nakon prolaska kroz spremnik za flokulaciju, otpadna voda otječe u taložnik s kosom cijevi. Nakon što se talog odvoji od vode, ulazi u taložnik za zgušnjavanje, a zatim se filtrira pomoću filter preše. Filtarski kolač se obnavlja, a filtrat teče natrag u spremnik za podešavanje. Oporavljeni filterski kolač koji sadrži bakar kupuje profesionalna tvrtka i šalje ga profesionalnom proizvođaču za proizvodnju bakrenog sulfata ili se također može koristiti za proizvodnju elektrolitičkog bakra.

4. Prednosti

Otpadne vode koje sadrže bakar nastaju u četiri radionice za galvanizaciju. Podaci analize i praćenja pokazuju da je prosječna masena koncentracija bakra u otpadnim vodama od cijanidnog bakra 345 mg/L, odnosno da svaka tona otpadnih voda sadrži 0.345 kg bakra. Ukupna količina otpadnih voda od cijanidnog bakra mjesečno iznosi približno 4600 t, što sadrži 1587 kg bakra. Zajedno s bakrom u ostalim otpadnim vodama koje sadrže bakar, mjesečno se može oporabiti oko 1700 kg bakra. Mjesečni prihod tvrtke od prodaje mulja koji sadrži bakar iznosi 30.000 - 40.000 RMB. Oporavak bakra iz otpadnih voda od galvanizacije sprječava neučinkovitu potrošnju metalnog bakra, ne samo smanjujući troškove galvanizacije, već i smanjujući sekundarno onečišćenje okoliša muljem od galvanizacije, postižući dobre ekonomske i društvene koristi.

5. Zaključak

Industrija galvanizacije je industrija koja jako zagađuje okoliš. U trenutnoj situaciji u kojoj su procesi i tehnologije obrade otpadne vode od galvanizacije u Kini relativno zaostali, aktivno proučavanje metoda oporabe obojenih metala u otpadnoj vodi od galvanizacije od velike je važnosti za uspostavu načina galvanizacije koji štedi resurse i ekološki prihvatljivog načina te za održavanje održivog razvoja industrije galvanizacije. Metoda obrade cijanidnog pobakrenja i drugih otpadnih voda koje sadrže bakar za dobivanje bakra pomoću vapna proučavana u ovom radu pokazala je dobre rezultate u praktičnim primjenama, pružajući izvediv način za zeleni razvoj industrije galvanizacije.