Metodi e processi per la rimozione del cianuro sulla superficie dei minerali solfuri

1. introduzione

Nel campo della metallurgia, in particolare nell'estrazione dell'oro e nella lavorazione dei minerali solfuri, la presenza di cianuro sulla superficie dei minerali solfuri rappresenta una sfida significativa. Il cianuro è ampiamente utilizzato nel processo di lisciviazione con cianurazione per l'estrazione dell'oro grazie alla sua capacità di formare complessi con l'oro, facilitandone la dissoluzione. Tuttavia, dopo il processo di lisciviazione, il cianuro residuo sulla superficie dei minerali solfuri nei residui di lavorazione non solo causa inquinamento ambientale, ma inibisce anche la successiva lavorazione dei minerali solfuri, riducendo il tasso di recupero complessivo dei metalli preziosi. Pertanto, lo sviluppo di metodi efficaci per rimuovere il cianuro dalla superficie dei minerali solfuri è fondamentale per una lavorazione mineraria sostenibile e per la tutela dell'ambiente.

2. Problemi esistenti con il cianuro sulle superfici dei minerali di solfuro

2.1 Impatto ambientale

Il cianuro è una sostanza altamente tossica. Quando minerali di solfuro con cianuro adsorbito in superficie vengono scaricati nell'ambiente, il cianuro può gradualmente dilavarsi e contaminare il suolo, le fonti d'acqua e l'aria. Anche a basse concentrazioni, il cianuro può essere estremamente dannoso per gli organismi acquatici, le piante e la salute umana. Ad esempio, in alcune aree minerarie in cui si è verificato uno smaltimento improprio di residui di lavorazione contenenti cianuro, i corpi idrici circostanti hanno mostrato una significativa diminuzione del contenuto di ossigeno disciolto, con conseguente moria di pesci e altre forme di vita acquatiche.

2.2 Inibizione dell'arricchimento minerale con solfuri

Il cianuro adsorbito sulla superficie dei minerali solfurici, come pirite, calcopirite e sfalerite, può formare una pellicola di passivazione sulla superficie del minerale. Questa pellicola riduce la reattività dei minerali solfurici durante la successiva flottazione o altri processi di arricchimento. Ad esempio, nella flottazione di minerali solfurici contenenti rame, la presenza di cianuro sulla superficie della calcopirite può indebolirne l'interazione con i collettori, rendendo difficile separare efficacemente i minerali di rame dai minerali di ganga, riducendo così la qualità e il tasso di recupero dei concentrati di rame.

3. Metodi per la rimozione del cianuro sulla superficie dei minerali di solfuro

3.1 Metodo di attivazione acida

3.1.1 Principio

Il metodo di attivazione acida utilizza principalmente acidi come l'acido solforico o l'acido ossalico per reagire con i composti contenenti cianuro presenti sulla superficie dei minerali solfuri. L'aggiunta di un acido provoca la decomposizione dei complessi cianuro-metallo. Di conseguenza, si genera acido cianidrico gassoso. Tuttavia, in un processo ben progettato, questo acido cianidrico volatile può essere recuperato e riutilizzato attraverso sistemi di assorbimento adeguati.

3.1.2 Fasi del processo

1. Preparazione della polpa di minerale : Innanzitutto, mescolare gli scarti di minerale solfidico con cianuro adsorbito in superficie e acqua per creare una polpa di minerale uniforme. Il rapporto solido-liquido della polpa di minerale viene in genere regolato in base alle caratteristiche del minerale e ai requisiti specifici del processo, di solito entro un intervallo compreso tra 1:2 e 1:5.

2. Aggiunta di acido : aggiungere lentamente acido solforico o acido ossalico alla polpa di minerale mescolando continuamente. La quantità di acido aggiunta deve essere attentamente controllata in base al contenuto di cianuro nella polpa di minerale. Solitamente, il valore del pH della polpa di minerale viene regolato tra 2 e 4 e deve essere monitorato in tempo reale utilizzando un pHmetro durante il processo di aggiunta.

3. Reazione e trattamento del gas : Dopo aver aggiunto l'acido, lasciare che la reazione proceda per circa 1-3 ore. Durante questo periodo, si produce acido cianidrico gassoso. Per evitare che questo gas inquini l'ambiente, viene installato un sistema di raccolta e trattamento del gas. L'acido cianidrico gassoso prodotto viene convogliato in una torre di assorbimento riempita con una soluzione alcalina, come una soluzione di idrossido di sodio. Qui, l'acido cianidrico reagisce con l'idrossido di sodio e la soluzione di acido cianidrico recuperata può essere riciclata nel processo di cianurazione se la sua qualità soddisfa i requisiti.

3.1.3 Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi : Questo metodo è relativamente semplice sia nel principio che nel funzionamento. Può scomporre efficacemente i composti contenenti cianuro sulla superficie dei minerali solfuri e ha il potenziale per riciclare il cianuro, riducendo il costo complessivo del suo utilizzo nel processo di estrazione.

• Svantaggi : Il processo comporta rischi significativi per la sicurezza. Il gas cianuro di idrogeno è altamente tossico e qualsiasi perdita durante la reazione può causare gravi danni agli operatori e all'ambiente. Inoltre, gli acidi utilizzati in questo metodo sono corrosivi e possono danneggiare apparecchiature e condutture, aumentando i costi di manutenzione e riducendo la durata utile delle apparecchiature.

3.2 Metodo di attivazione dell'ossidante

3.2.1 Principio

Agenti ossidanti come il perossido di idrogeno, il permanganato di potassio e l'ozono vengono impiegati per ossidare il cianuro presente sulla superficie dei minerali solfuri. Questi ossidanti rompono i legami chimici dei composti del cianuro, trasformandolo in sostanze relativamente non tossiche come l'azoto gassoso e gli atomi di carbonio.

3.2.2 Fasi del processo

1. Preparazione della polpa di minerale : Analogamente al metodo di attivazione acida, preparare gli scarti di minerale solfidico in una polpa di minerale con un adeguato rapporto solido-liquido.

2. Aggiunta di ossidante : aggiungere l'ossidante scelto alla polpa di minerale. La quantità di ossidante da aggiungere dipende dal contenuto di cianuro nella polpa di minerale e dal potenziale di ossidazione dell'ossidante stesso. Ad esempio, quando si utilizza perossido di idrogeno, il dosaggio è generalmente di 1-5 kg ​​per tonnellata di polpa di minerale, mentre il permanganato di potassio viene solitamente aggiunto in quantità di 0.5-2 kg per tonnellata di polpa di minerale. L'aggiunta deve essere effettuata lentamente, mescolando continuamente per garantire una miscelazione uniforme.

3. Reazione e monitoraggio : Lasciare reagire l'ossidante con il cianuro presente nella polpa di minerale per 2-4 ore. Durante la reazione, monitorare il potenziale di ossidoriduzione e il contenuto di cianuro nella polpa di minerale. Il valore del potenziale di ossidoriduzione può riflettere l'andamento della reazione di ossidazione. Quando il valore si stabilizza e il contenuto di cianuro nella polpa di minerale raggiunge lo standard richiesto (generalmente inferiore a 0.5 mg/L), la reazione si considera completa.

3.2.3 Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi : Questo metodo non produce gas tossici e volatili come il metodo di attivazione acida, risultando quindi più sicuro per l'ambiente operativo. È in grado di ossidare e decomporre efficacemente il cianuro, raggiungendo l'obiettivo di rimuoverlo dalla superficie dei minerali solfuri. Inoltre, i prodotti di reazione sono relativamente ecocompatibili.

• Svantaggi : Il costo degli ossidanti è relativamente elevato, soprattutto per ossidanti forti come l'ozono, il che aumenta i costi di lavorazione dei minerali solfuri. Inoltre, la reazione di ossidazione è facilmente influenzata da fattori quali il valore del pH della polpa di minerale, la temperatura e la presenza di altre impurità, il che richiede un controllo rigoroso delle condizioni di reazione.

3.3 Metodo del sale di rame

3.3.1 Principio

Sali di rame, come il solfato di rame, vengono aggiunti alla polpa di minerale di solfuro con cianuro adsorbito in superficie. Gli ioni di rame reagiscono con il cianuro formando complessi rame-cianuro insolubili. Questi complessi possono quindi essere separati dalla polpa di minerale attraverso metodi di separazione solido-liquido, ottenendo così la rimozione del cianuro.

3.3.2 Fasi del processo

1. Preparazione della polpa di minerale : trasformare gli scarti di minerale solfidico in una polpa di minerale con un adeguato rapporto solido-liquido.

2. Aggiunta di sali di rame : aggiungere una quantità appropriata di solfato di rame alla polpa di minerale. La quantità di solfato di rame da aggiungere è determinata dal contenuto di cianuro nella polpa di minerale, generalmente con un rapporto molare tra ioni rame e ioni cianuro di 1-2:1. Il solfato di rame viene solitamente aggiunto sotto forma di soluzione acquosa e il processo di aggiunta deve essere accompagnato da agitazione continua per garantire una distribuzione uniforme degli ioni rame nella polpa di minerale.

3. Reazione e separazione solido-liquido : Dopo aver aggiunto il sale di rame, lasciare che la reazione proceda per 1-2 ore. Successivamente, effettuare la separazione solido-liquido della polpa di minerale utilizzando metodi quali filtrazione o sedimentazione. Il solido separato contiene precipitati di cianuro di rame e minerali solfuri, mentre il liquido separato può essere ulteriormente trattato per soddisfare gli standard di scarico o riciclato per altri scopi.

3.3.3 Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi : Questo metodo può rimuovere efficacemente il cianuro dalla superficie dei minerali solfuri formando precipitati insolubili. Il processo operativo è relativamente semplice e il solfato di rame è un reagente chimico comune ed economico, offrendo alcuni vantaggi economici.

• Svantaggi : L'aggiunta di sali di rame può introdurre impurità di rame nella polpa del minerale, il che può influire sul successivo arricchimento dei minerali solfuri. Ad esempio, nella flottazione dei minerali di solfuro di piombo-zinco, un eccesso di ioni di rame può attivare la sfalerite, interferendo con la separazione dei minerali di piombo e zinco. Inoltre, i precipitati di cianuro di rame separati devono essere smaltiti correttamente per prevenire l'inquinamento secondario.

3.4 Nuovo metodo del reagente composito

3.4.1 Principio

Vengono utilizzati alcuni reagenti compositi di nuova concezione, come una combinazione di polisolfuri e metabisolfito di sodio. I polisolfuri reagiscono con i componenti solforati presenti nei composti contenenti cianuro presenti sulla superficie dei minerali solforati, mentre il metabisolfito di sodio regola il potenziale redox del sistema e promuove la decomposizione del cianuro, facilitandone così la rimozione.

3.4.2 Fasi del processo

1. Preparazione della polpa di minerale : trasformare gli scarti di minerale solfuro in polpa di minerale.

2. Aggiunta del reagente composito : aggiungere il reagente composito costituito da polisolfuri e metabisolfito di sodio alla polpa di minerale. Il rapporto ponderale tra polisolfuri e metabisolfito di sodio è tipicamente di 1:1 e la quantità di reagente composito aggiunta è determinata in base al contenuto di cianuro nella polpa di minerale e alla natura del minerale solfidico, generalmente compresa tra 0.5 e 2 kg per tonnellata di polpa di minerale.

3. Reazione e monitoraggio : Dopo aver aggiunto il reagente composito, lasciare che la reazione proceda per 1-3 ore. Durante la reazione, monitorare il contenuto di cianuro e i relativi parametri chimici, come il potenziale redox e il valore del pH, nella polpa di minerale. Regolare tempestivamente le condizioni di reazione in base ai risultati del monitoraggio per garantire la completa rimozione del cianuro.

3.4.3 Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi : Questo metodo mostra una buona adattabilità a diversi tipi di minerali solfuri. Il reagente composito agisce in modo sinergico per rimuovere efficacemente il cianuro dalla superficie dei minerali solfuri. Rispetto ai metodi a reagente singolo, può offrire una maggiore efficienza di rimozione e avere un minore impatto sul successivo arricchimento dei minerali solfuri.

• Svantaggi : Lo sviluppo e la produzione di reagenti compositi sono relativamente complessi e il costo può essere superiore rispetto ad alcuni metodi tradizionali a reagente singolo. Inoltre, il meccanismo di reazione specifico dei reagenti compositi non è ancora del tutto compreso, il che può introdurre incertezze nelle applicazioni industriali reali.

4. Ottimizzazione del processo e considerazioni

4.1 Pretrattamento dei minerali

Prima di utilizzare uno qualsiasi dei metodi sopra descritti per rimuovere il cianuro dalla superficie dei minerali di solfuro, è spesso necessario un adeguato pretrattamento del minerale. Ad esempio, se gli scarti del minerale di solfuro contengono una grande quantità di minerali di ganga a grana fine, è possibile effettuare operazioni di pre-vagliatura o classificazione per rimuovere le frazioni a grana fine difficili da trattare. Ciò può migliorare l'efficienza di contatto tra il reagente e i minerali di solfuro con il cianuro adsorbito in superficie e ridurre l'interferenza dei minerali di ganga sul processo di reazione.

4.2 Controllo delle condizioni di reazione

• Valore del pH : Il valore del pH della polpa di minerale influisce significativamente sul processo di reazione. Il metodo di attivazione acida richiede un pH più basso per favorire la decomposizione dei composti contenenti cianuro, mentre il metodo di attivazione ossidante e il metodo con sali di rame necessitano di mantenere un intervallo di pH appropriato. Ad esempio, quando si utilizza perossido di idrogeno come ossidante, il valore ottimale del pH della polpa di minerale è solitamente compreso tra 8 e 10, mentre quando si utilizza solfato di rame, il valore del pH della polpa di minerale viene generalmente mantenuto tra 6 e 8.

• Temperatura : Anche la temperatura di reazione influisce sulla velocità e sull'efficienza della reazione. In generale, aumentare la temperatura può accelerare la velocità di reazione. Tuttavia, per alcune reazioni, come l'ossidazione del cianuro con perossido di idrogeno, una temperatura eccessivamente elevata può causare la decomposizione dell'ossidante, riducendo l'efficienza di ossidazione. Pertanto, la temperatura di reazione deve essere ottimizzata in base allo specifico sistema di reazione, solitamente nell'intervallo di 20-40 °C.

• Intensità di agitazione : Un'agitazione sufficiente è essenziale per garantire una distribuzione uniforme dei reagenti nella polpa di minerale e aumentare la probabilità di contatto tra il reagente e le sostanze contenenti cianuro presenti sulla superficie dei minerali solfuri. Tuttavia, un'agitazione eccessiva può comportare un consumo energetico non necessario e un'usura meccanica delle apparecchiature. L'intensità di agitazione appropriata deve essere determinata attraverso la ricerca sperimentale e l'esperienza pratica di produzione.

4.3 Separazione solido-liquido e trattamento delle acque reflue

Dopo la reazione per la rimozione del cianuro dalla superficie dei minerali di solfuro, è necessaria un'efficiente separazione solido-liquido per separare i minerali di solfuro trattati dalla soluzione di reazione. I metodi di separazione solido-liquido comunemente utilizzati includono filtrazione, sedimentazione e centrifugazione. Le acque reflue separate contengono solitamente ancora residui di cianuro e altre impurità, che devono essere ulteriormente trattate per soddisfare i requisiti di scarico. I processi di trattamento delle acque reflue possono includere metodi come ulteriore ossidazione, adsorbimento e trattamento biologico.

5. Casi di studio

5.1 Applicazione del metodo di attivazione acida in una miniera d'oro

In una miniera d'oro, dopo il processo di lisciviazione con cianurazione, gli scarti di minerale solfuro presentavano una certa quantità di cianuro adsorbito in superficie. La miniera utilizzava il metodo di attivazione acida per il trattamento. Innanzitutto, gli scarti venivano trasformati in una polpa di minerale con un rapporto solido-liquido di 1:3. Successivamente, veniva aggiunto acido solforico per portare il pH della polpa a 3. Dopo una reazione di 2 ore, il gas di acido cianidrico generato veniva raccolto e assorbito da una soluzione di idrossido di sodio. Dopo il trattamento, il contenuto di cianuro nella polpa di minerale scendeva da 5 mg/L a meno di 0.5 mg/L, e la successiva velocità di recupero per flottazione dei minerali solfuri aumentava di circa il 10%. Tuttavia, durante l'operazione, le perdite di gas di acido cianidrico rappresentavano rischi per la sicurezza nel sito operativo e le condutture delle apparecchiature subivano una corrosione relativamente grave.

5.2 Metodo di attivazione ossidante in una miniera di minerale di solfuro polimetallico

Una miniera di minerali di solfuro polimetallico utilizzava il perossido di idrogeno come ossidante per rimuovere il cianuro dalla superficie dei minerali di solfuro. Il pH della polpa di minerale veniva prima portato a 9, quindi veniva aggiunto perossido di idrogeno in un dosaggio di 3 kg per tonnellata di polpa di minerale. Dopo una reazione di 3 ore, il contenuto di cianuro nella polpa di minerale si riduceva a un livello molto basso. La successiva arricchimento dei minerali di solfuro di rame, piombo e zinco non veniva influenzata dal cianuro residuo e il tasso complessivo di recupero dei metalli migliorava. Tuttavia, l'elevato costo del perossido di idrogeno comportava un aumento dei costi di lavorazione del minerale di circa 5 dollari per tonnellata.

6. CONCLUSIONE

La rimozione del cianuro dalla superficie dei minerali solfuri è un'operazione cruciale nel campo della lavorazione dei minerali. Il metodo di attivazione acida, il metodo di attivazione ossidante, il metodo dei sali di rame e il nuovo metodo dei reagenti compositi presentano ciascuno vantaggi e svantaggi. Nelle applicazioni industriali concrete, è necessario considerare attentamente fattori quali la natura dei minerali solfuri, i requisiti di tutela ambientale e i costi economici per selezionare il metodo più adatto. Ottimizzando le condizioni di processo, pretrattando i minerali e gestendo correttamente la separazione solido-liquido e il trattamento delle acque reflue, è possibile migliorare ulteriormente l'efficienza della rimozione del cianuro dalla superficie dei minerali solfuri, raggiungendo gli obiettivi di recupero delle risorse e tutela ambientale.