Módszerek és eljárások a cianid eltávolítására szulfidércek felületéről

1. Bevezetés

A kohászat területén, különösen az aranykitermelésben és a szulfidércek feldolgozásában, a cianid jelenléte a szulfidércek felületén jelentős kihívást jelent. A cianidot széles körben használják a cianidációs kioldási folyamatban az arany kinyerésére, mivel képes komplexeket képezni az arannyal, elősegítve annak oldódását. A kioldási folyamat után azonban a szulfidércek felületén a zagyban maradó cianid nemcsak környezetszennyezéshez vezet, hanem gátolja a szulfidásványok későbbi dúsítását is, csökkentve az értékes fémek teljes kinyerési arányát. Ezért a szulfidércek felületén lévő cianid eltávolítására szolgáló hatékony módszerek kidolgozása kulcsfontosságú a fenntartható ásványfeldolgozás és a környezetvédelem szempontjából.

2. A cianiddal kapcsolatos meglévő problémák szulfidércek felületén

2.1 Környezeti hatás

A cianid egy erősen mérgező anyag. Amikor a felületükön adszorbeált cianidot tartalmazó szulfidércek a környezetbe kerülnek, a cianid fokozatosan kimosódhat és szennyezheti a talajt, a vízforrásokat és a levegőt. Még alacsony koncentrációban is rendkívül káros lehet a cianid a vízi élőlényekre, a növényekre és az emberi egészségre. Például egyes bányászati ​​területeken, ahol a cianidot tartalmazó meddőt nem megfelelően ártalmatlanították, a közeli víztestekben jelentősen csökkent az oldott oxigéntartalom, ami halak és más vízi élőlények pusztulásához vezetett.

2.2 Szulfidásvány-dúsítás gátlása

A szulfidércek, például a pirit, a kalkopirit és a szfalerit felületén adszorbeált cianid passzivációs filmet képezhet az ásvány felületén. Ez a film csökkenti a szulfidásványok reakcióképességét a későbbi flotáció vagy más dúsítási folyamatok során. Például a réztartalmú szulfidércek flotációja során a kalkopirit felületén lévő cianid gyengítheti a gyűjtőkkel való kölcsönhatását, megnehezítve a rézásványok hatékony elválasztását a meddőásványoktól, ezáltal csökkentve a rézkoncentrátumok minőségét és kinyerési arányát.

3. Módszerek a cianid eltávolítására szulfidércek felületéről

3.1 Savaktiválási módszer

3.1.1 Alapelv

A savas aktiválási módszer főként savakat, például kénsavat vagy oxálsavat használ a szulfidércek felületén található cianidot tartalmazó vegyületekkel való reakcióhoz. Sav hozzáadása a cianid-fém komplexek bomlását okozza. Ennek eredményeként hidrogén-cianid gáz keletkezik. Egy jól megtervezett folyamatban azonban ez az illékony hidrogén-cianid visszanyerhető és újra felhasználható megfelelő abszorpciós rendszereken keresztül.

3.1.2 Folyamatlépések

1. Ércpép előkészítése : Először a szulfidos érchulladékot a felületen adszorbeált cianiddal vízzel kell összekeverni, hogy egyenletes ércpépet kapjunk. Az ércpép szilárd-folyékony arányát jellemzően az érc jellemzői és az adott folyamatkövetelmények alapján állítják be, általában 1:2 - 1:5 tartományon belül.

2. Savadagolás : Lassan, folyamatos keverés mellett adjunk kénsavat vagy oxálsavat az ércpéphez. A hozzáadott sav mennyiségét gondosan ellenőrizni kell az ércpép cianidtartalmának megfelelően. Az ércpép pH-értékét általában 2-4 közé kell állítani, és a pH-t valós időben kell ellenőrizni pH-mérővel az adagolási folyamat során.

3. Reakció és gázkezelés : A sav hozzáadása után hagyjuk a reakciót körülbelül 1-3 órán át lejátszódni. Ez idő alatt hidrogén-cianid gáz keletkezik. Annak érdekében, hogy megakadályozzuk a gáz környezetszennyezését, egy gázgyűjtő és -kezelő rendszert állítunk be. A keletkezett hidrogén-cianid gázt egy lúgos oldattal, például nátrium-hidroxid oldattal töltött abszorpciós toronyba vezetjük. Itt a hidrogén-cianid reakcióba lép a nátrium-hidroxiddal, és a visszanyert nátrium-cianid oldat, ha minősége megfelel a követelményeknek, újrahasznosítható a cianidálási folyamatba.

3.1.3 Előnyök és hátrányok

• Előnyök : Ez a módszer elvileg és működésében is viszonylag egyszerű. Hatékonyan lebontja a cianidot tartalmazó vegyületeket a szulfidércek felületén, és lehetőséget kínál a cianid újrahasznosítására, csökkentve a cianid felhasználásának összköltségét a bányászati ​​folyamatban.

• Hátrányok : Jelentős biztonsági kockázatokkal jár. A hidrogén-cianid gáz erősen mérgező, és a reakció során fellépő bármilyen szivárgás súlyos kárt okozhat a kezelőknek és a környezetnek. Ezenkívül az ebben a módszerben használt savak korrozívak, ami károsíthatja a berendezéseket és a csővezetékeket, növelve a karbantartási költségeket és lerövidítve a berendezések élettartamát.

3.2 Oxidáns aktiválási módszer

3.2.1 Alapelv

Oxidálószereket, például hidrogén-peroxidot, kálium-permanganátot és ózont alkalmaznak a szulfidércek felületén lévő cianidok oxidálására. Ezek az oxidálószerek felbontják a cianidvegyületek kémiai kötéseit, a cianidot viszonylag nem mérgező anyagokká, például nitrogéngázzá és karbonáttá alakítva.

3.2.2 Folyamatlépések

1. Ércpép előkészítése : A savas aktiválási módszerhez hasonlóan, a szulfidos érchulladékból megfelelő szilárd-folyadék arányú ércpépet kell készíteni.

2. Oxidálószer hozzáadása : Adja a kiválasztott oxidálószert az ércpéphez. A hozzáadott oxidálószer mennyisége az ércpép cianidtartalmától és az oxidálószer oxidációs potenciáljától függ. Például hidrogén-peroxid használata esetén az adag általában 1-5 kg/tonna ércpép, míg a kálium-permanganátot általában 0.5-2 kg/tonna ércpép mennyiségben adják hozzá. Az adagolást lassan, folyamatos keverés mellett kell végezni az egyenletes keverés biztosítása érdekében.

3. Reakció és monitorozás : Hagyja az oxidálószert 2-4 órán át reagálni az ércpépben lévő cianiddal. A reakció során monitorozza az ércpép oxidációs-redukciós potenciálját és cianidtartalmát. Az oxidációs-redukciós potenciál értéke tükrözi az oxidációs reakció előrehaladását. Amikor az érték stabilizálódik, és az ércpép cianidtartalma eléri az előírt szabványt (általában kevesebb, mint 0.5 mg/l), a reakciót befejezettnek tekintjük.

3.2.3 Előnyök és hátrányok

• Előnyök : Ez a módszer nem termel mérgező és illékony gázokat, mint a savas aktiválási módszer, így biztonságosabb a működési környezetre nézve. Hatékonyan oxidálja és lebontja a cianidot, így eléri a cianid eltávolításának célját a szulfidércek felületéről. Ezenkívül a reakciótermékek viszonylag környezetbarátak.

• Hátrányok : Az oxidálószerek költsége viszonylag magas, különösen az erős oxidálószerek, például az ózon esetében, ami növeli a szulfidércek feldolgozási költségeit. Ezenkívül az oxidációs reakciót könnyen befolyásolják olyan tényezők, mint az ércpép pH-értéke, a hőmérséklet és egyéb szennyeződések jelenléte, ami a reakciókörülmények szigorú ellenőrzését igényli.

3.3 Rézsó módszer

3.3.1 Alapelv

A rézsókat, például a réz-szulfátot, a szulfidérc péphez adják a felületén adszorbeált cianiddal. A rézionok a cianiddal reagálva oldhatatlan réz-cianid komplexeket képeznek. Ezeket a komplexeket ezután szilárd-folyadék elválasztási módszerekkel el lehet választani az ércpéptől, így eltávolítva a cianidot.

3.3.2 Folyamatlépések

1. Ércpép előkészítése : A szulfidos érchulladékból megfelelő szilárd-folyékony arányú ércpépet készítünk.

2. Rézsó hozzáadása : Adjon megfelelő mennyiségű réz-szulfátot az ércpéphez. A hozzáadott réz-szulfát mennyiségét az ércpép cianidtartalma határozza meg, általában a rézionok és a cianidionok mólaránya 1-2:1. A réz-szulfátot általában vizes oldatként adagolják, és az adagolási folyamatot folyamatos keverés mellett kell végezni, hogy biztosítsák a rézionok egyenletes eloszlását az ércpépben.

3. Reakció és szilárd-folyadék szétválasztás : A rézsó hozzáadása után hagyja a reakciót 1-2 órán át lejátszódni. Ezután végezzen szilárd-folyadék szétválasztást az ércpépen olyan módszerekkel, mint a szűrés vagy ülepítés. Az elválasztott szilárd anyag réz-cianid csapadékot és szulfidásványokat tartalmaz, míg az elválasztott folyadék tovább kezelhető a kibocsátási szabványnak való megfelelés érdekében, vagy más célokra újrahasznosítható.

3.3.3 Előnyök és hátrányok

• Előnyök : Ez a módszer hatékonyan eltávolítja a cianidot a szulfidércek felületéről oldhatatlan csapadékok képzésével. A műveleti folyamat viszonylag egyszerű, és a réz-szulfát egy gyakori és olcsó kémiai reagens, ami bizonyos gazdasági előnyökkel jár.

• Hátrányok : A rézsók hozzáadása rézszennyeződéseket juttathat az ércpépbe, ami befolyásolhatja a szulfidásványok későbbi dúsítását. Például az ólom-cink-szulfidércek flotációja során a túlzott mennyiségű rézion aktiválhatja a szfaleritet, ami zavarja az ólom- és cinkásványok szétválasztását. Ezenkívül az elválasztott réz-cianid kicsapódásokat megfelelően kell ártalmatlanítani a másodlagos szennyezés megelőzése érdekében.

3.4 Új kompozit reagens módszer

3.4.1 Alapelv

Néhány újonnan kifejlesztett kompozit reagenst, például poliszulfidok és nátrium-metabiszulfit kombinációját használják. A poliszulfidok reagálnak a szulfidércek felületén található cianidtartalmú vegyületek kéntartalmú komponenseivel, míg a nátrium-metabiszulfit beállítja a rendszer redoxpotenciálját és elősegíti a cianid bomlását, ezáltal megkönnyítve annak eltávolítását.

3.4.2 Folyamatlépések

1. Ércpép előkészítése : A szulfidos érc meddőhányóból ércpépet készítenek.

2. Kompozit reagens hozzáadása : Adjuk hozzá a poliszulfidokból és nátrium-metabiszulfitból álló kompozit reagenst az ércpéphez. A poliszulfidok és a nátrium-metabiszulfit tömegaránya jellemzően 1:1, és a hozzáadott kompozit reagens mennyiségét az ércpép cianidtartalma és a szulfidérc jellege alapján határozzuk meg, általában 0.5-2 kg/tonna ércpép között.

3. Reakció és monitorozás : Az összetett reagens hozzáadása után hagyja a reakciót 1-3 órán át lejátszódni. A reakció során figyelje a cianidtartalmat és a releváns kémiai paramétereket, például a redoxpotenciált és a pH-értéket az ércpépben. A monitorozási eredmények alapján haladéktalanul állítsa be a reakciókörülményeket a cianid teljes eltávolításának biztosítása érdekében.

3.4.3 Előnyök és hátrányok

• Előnyök : Ez a módszer jól alkalmazkodik a különböző típusú szulfidércekhez. Az összetett reagens szinergikusan működik a cianid hatékony eltávolításában a szulfidércek felületéről. Az egyetlen reagenst alkalmazó módszerekkel összehasonlítva jobb eltávolítási hatékonyságot kínálhat, és kisebb hatással lehet a szulfidásványok későbbi dúsítására.

• Hátrányok : Az összetett reagensek fejlesztése és előállítása viszonylag összetett, és a költségek magasabbak lehetnek, mint egyes hagyományos, egyetlen reagenst alkalmazó módszereknél. Ezenkívül az összetett reagensek specifikus reakciómechanizmusa még nem teljesen ismert, ami bizonytalanságokat okozhat a tényleges ipari alkalmazásokban.

4. Folyamatoptimalizálás és szempontok

4.1 Ércek előkezelése

Mielőtt a fenti módszerek bármelyikét alkalmaznánk a szulfidércek felületén lévő cianid eltávolítására, gyakran szükség van megfelelő érc-előkezelésre. Például, ha a szulfidérc meddő nagy mennyiségű finomszemcsés meddőásványt tartalmaz, előszűrési vagy osztályozási műveletek végezhetők a nehezen kezelhető finomszemcsés frakciók eltávolítására. Ez növelheti a reagens és a felületen adszorbeált cianiddal rendelkező szulfidásványok közötti érintkezési hatékonyságot, és csökkentheti a meddőásványok reakciófolyamatra gyakorolt ​​​​interferenciáját.

4.2 Reakciófeltételek szabályozása

• pH-érték : Az ércpép pH-értéke jelentősen befolyásolja a reakciófolyamatot. A savas aktiválási módszer alacsonyabb pH-értéket igényel a cianidtartalmú vegyületek bomlásának elősegítéséhez, míg az oxidálószeres aktiválási módszernek és a rézsós módszernek megfelelő pH-tartományt kell fenntartania. Például hidrogén-peroxid oxidálószerként történő használata esetén az ércpép optimális pH-értéke általában 8-10, réz-szulfát használata esetén pedig az ércpép pH-értékét általában 6-8 között szabályozzák.

• Hőmérséklet : A reakcióhőmérséklet is befolyásolja a reakciósebességet és a hatékonyságot. Általában a hőmérséklet növelése felgyorsíthatja a reakciósebességet. Bizonyos reakcióknál, például a cianid hidrogén-peroxiddal történő oxidációjánál azonban a túl magas hőmérséklet az oxidálószer bomlását okozhatja, csökkentve az oxidációs hatékonyságot. Ezért a reakcióhőmérsékletet az adott reakciórendszernek megfelelően kell optimalizálni, általában 20-40 °C tartományon belül.

• Keverési intenzitás : A megfelelő keverés elengedhetetlen a reagensek egyenletes eloszlásának biztosításához az ércpépben, valamint a reagens és a szulfidércek felületén található cianidot tartalmazó anyagok közötti érintkezési valószínűség növeléséhez. A túlzott keverés azonban szükségtelen energiafogyasztáshoz és a berendezések mechanikai kopásához vezethet. A megfelelő keverési intenzitást kísérleti kutatás és gyakorlati termelési tapasztalatok alapján kell meghatározni.

4.3 Szilárd-folyékony elválasztás és szennyvízkezelés

A szulfidércek felületén lévő cianid eltávolítására irányuló reakció után hatékony szilárd-folyadék elválasztásra van szükség a kezelt szulfidásványok elválasztásához a reakcióoldattól. Az általánosan használt szilárd-folyadék elválasztási módszerek közé tartozik a szűrés, az ülepítés és a centrifugálás. Az elválasztott szennyvíz általában még tartalmaz némi maradék cianidot és egyéb szennyeződéseket, amelyeket tovább kell kezelni a kibocsátási szabvány teljesítése érdekében. A szennyvízkezelési folyamatok magukban foglalhatnak olyan módszereket, mint a további oxidáció, az adszorpció és a biológiai kezelés.

5. Esettanulmányok

5.1 Savaktiválási módszer alkalmazása aranybányában

Egy bizonyos aranybányában a cianidációs kioldási folyamat után a szulfidos érc meddőhányó bizonyos mennyiségű, felületén adszorbeált cianidot tartalmazott. A bánya savas aktiválási módszert alkalmazott a kezeléshez. Először a meddőhányót ércpépé alakították 1:3 szilárd-folyadék arányban. Ezután kénsavat adtak hozzá, hogy az ércpép pH-értékét 3-ra állítsák be. 2 órás reakció után a keletkezett hidrogén-cianid gázt összegyűjtötték és nátrium-hidroxid oldattal abszorbeálták. A kezelés után az ércpép cianidtartalma 5 mg/l-ről 0.5 mg/l alá csökkent, és a szulfidásványok flotációs kinyerési aránya körülbelül 10%-kal nőtt. A működés során azonban a hidrogén-cianid gáz szivárgása biztonsági kockázatot jelentett a telephelyen, és a berendezések csővezetékei viszonylag súlyos korróziót szenvedtek.

5.2 Oxidáns aktiválási módszer polimetallikus szulfidércbányában

Egy polimetallikus szulfidérc-bánya hidrogén-peroxidot használt oxidálószerként a szulfidércek felületén lévő cianidok eltávolítására. Az ércpép pH-értékét először 9-re állították be, majd tonnánként 3 kg hidrogén-peroxidot adtak hozzá. 3 órás reakció után az ércpép cianidtartalma nagyon alacsony szintre csökkent. A réz-, ólom- és cink-szulfidásványok későbbi dúsítását a maradék cianid nem befolyásolta, és az általános fémkinyerési arány javult. A hidrogén-peroxid magas ára azonban az ércfeldolgozási költségek körülbelül 5 dollárral/tonnával történő növekedéséhez vezetett.

6. Következtetés

A cianid eltávolítása a szulfidércek felületéről kulcsfontosságú feladat az ásványfeldolgozás területén. A savas aktiválási módszernek, az oxidálószeres aktiválási módszernek, a rézsó módszernek és az új kompozit reagens módszernek mind megvannak a maga előnyei és hátrányai. A tényleges ipari alkalmazásokban átfogóan figyelembe kell venni olyan tényezőket, mint a szulfidércek jellege, a környezetvédelmi követelmények és a gazdasági költségek, hogy kiválasszuk a legmegfelelőbb módszert. Eközben a folyamatkörülmények optimalizálásával, az ércek előkezelésével, valamint a szilárd-folyékony elválasztás és a szennyvízkezelés megfelelő kezelésével a cianid eltávolításának hatékonysága a szulfidércek felületéről tovább növelhető, elérve az erőforrás-visszanyerés és a környezetvédelem céljait.