טיפול בחמצון בלחץ של שפכים המכילים ציאניד בהתכת זהב

מבוא

ב היתוך זהב בתעשייה, תהליך הציאנידציה הוא טכניקת מיצוי זהב נפוצה. עם זאת, תהליך זה מייצר כמות גדולה של ציאנידשפכים המכילים שפכים. ציאנידים בשפכים הם רעילים ביותר, ואם ישוחררו ישירות ללא טיפול נאות, הם יהוו איום חמור על הסביבה ועל בריאות האדם. לכן, פיתוח של מערכות יעילות וידידותיות לסביבה מי שפכי ציאניד טכנולוגיות טיפול הפכו למפתח לפיתוח בר-קיימא של תעשיית התכת הזהב. כשיטת טיפול מתקדמת בשפכים, טכנולוגיית טיפול בחמצון בלחץ מציגה פוטנציאל גדול בטיפול בשפכי ציאניד מהתכת זהב.

עקרונות טכנולוגיית טיפול בחמצון בלחץ

העיקרון המרכזי של טכנולוגיית טיפול בחמצון בלחץ הוא להפוך את ציאנידים במי השפכים עוברים תגובות חמצון בתנאי טמפרטורה ולחץ גבוהים בנוכחות חמצן, והופכים אותם לחומרים בעלי רעילות נמוכה יותר או שאינם רעילים. במהלך תהליך זה, יוני ציאניד (CN⁻) מתחמצנים בהדרגה. ראשית, נוצרים יוני ציאניד (CNO⁻), ולאחר מכן הם מתחמצנים ומתפרקים לחומרים לא מזיקים כגון פחמן דו-חמצני (CO₂) וחנקן (N₂). תהליך חמצון זה יכול להרוס ביעילות את המבנה הכימי של ציאנידיםובכך להפחית את רעילות השפכים. בינתיים, חלק מיוני המתכות הכבדות בשפכים, כגון נחושת, אבץ וברזל, אשר עשויים ליצור במקור קומפלקסים יציבים עם ציאנידים, יתפרקו גם הם תחת פעולת חמצון בלחץ. שחרור יוני המתכות הכבדות יוצר תנאים להפרדה וטיפול לאחר מכן.

יתרונות יחסיים על פני שיטות טיפול מסורתיות

יעילות טיפול גבוהה

שיטות טיפול מסורתיות בשפכים בציאניד, כגון שיטת הכלור האלקלי, יכולות גם הן להשיג חמצון של ציאנידים, אך קצב התגובה איטי יחסית וזמן הטיפול ארוך. לעומת זאת, טכנולוגיית טיפול בחמצון בלחץ, עקב התגובה המתרחשת בתנאי טמפרטורה ולחץ גבוהים, מאיצה מאוד את קצב החמצון של ציאנידים. היא יכולה להפחית את ריכוז הציאניד בשפכים לרמה נמוכה מאוד תוך זמן קצר, ובכך לשפר משמעותית את יעילות הטיפול.

יכולת הסתגלות חזקה לשפכים מורכבים

הרכב מי השפכים הציאנידים מהתכת זהב מורכב. בנוסף לציאנידים ויוני מתכות כבדות, הם עשויים להכיל גם חומרים אורגניים שונים וזיהומים אחרים. לחלק משיטות הטיפול המסורתיות יש השפעות טיפול גרועות על שפכים עם רכיבים מורכבים וקשה להן לעמוד בתקני הפליטה הרצויים. עם זאת, טכנולוגיית טיפול בחמצון בלחץ יכולה להתמודד ביעילות עם מערכת שפכים מורכבת זו. יש לה יכולות סילוק טובות עבור צורות שונות של ציאנידים ומזהמים אחרים, מה שמדגים יכולת הסתגלות חזקה יותר.

סיכון מופחת לזיהום משני

שיטות טיפול מסורתיות עשויות לייצר מזהמים משניים במהלך תהליך הטיפול. לדוגמה, שיטת הכלור הבסיסית משתמשת בחמצונים מבוססי כלור, וגז ציאנוגן כלוריד רעיל עלול להיווצר במהלך התגובה, מה שלא רק מהווה איום על בריאותם של המפעילים אלא גם עלול לגרום לזיהום אוויר. תוצרי התגובה של טכנולוגיית טיפול חמצון בלחץ הם בעיקר גזים לא מזיקים כמו פחמן דו-חמצני וחנקן, מה שמפחית מאוד את הסיכון לזיהום משני ותואם יותר את דרישות הגנת הסביבה.

זרימת תהליך של טיפול בחמצון בלחץ

שלב טיפול מקדים

לפני כניסה לתהליך חמצון בלחץ, יש צורך לטפל מראש בשפכים. המטרה העיקרית של שלב זה היא להסיר מוצקים מרחפים, חלקיקים גדולים של זיהומים, וחומרים מסוימים שקל לשקוע בשפכים, כדי למנוע מחומרים אלה לגרום לחסימות או להשפיע על אפקט התגובה בציוד חמצון בלחץ שלאחר מכן. טיפול מראש בדרך כלל משתמש בשיטות פיזיקליות, כגון סינון ושקיעה. ניתן ליירט מוצקים מרחפים בגדלים גדולים יותר באמצעות סינון רשת, וניתן להשתמש במיכלי שקיעה כדי לאפשר לחלק מהמשקעים, החלקיקים וכו' בשפכים לשקוע באופן טבעי.

שלב תגובת חמצון לחץ

מי השפכים שטופלו מראש נכנסים לכור חמצון בלחץ. בתוך הכור, השפכים באים במגע מלא עם חמצן ועוברים תגובות חמצון בתנאי טמפרטורה גבוהה (בדרך כלל 150 - 250 מעלות צלזיוס) ולחץ גבוה (בדרך כלל 1 - 5 מגה פסקל). כדי לשפר את יעילות התגובה, מוסיפים לעיתים כמות מתאימה של זרז. בשלב זה, ציאנידים מתחמצנים ומתפרקים בהדרגה, וגם קומפלקסים של מתכות כבדות מתפרקים. במהלך תהליך התגובה, יש לשלוט במדויק בפרמטרים כגון טמפרטורה, לחץ, קצב זרימת חמצן וזמן תגובה כדי להבטיח שתגובת החמצון תתנהל בצורה חלקה ותשיג את אפקט הטיפול הטוב ביותר.

שלב הטיפול הבא

למרות שריכוז הציאניד במי השפכים הנפלטים מכור החמצון בלחץ הופחת משמעותית, הוא עדיין עשוי להכיל מזהמים שיוריים וחומרים חדשים שנוצרו במהלך התגובה, כגון יוני מתכות כבדות וסולפטים. לכן, נדרש טיפול נוסף. טיפול נוסף כולל בדרך כלל שלבים כגון ניטרול, שקיעה וסינון. ראשית, מוסיפים חומרים בסיסיים (כגון סיד) כדי לנטרל את השפכים ולהתאים את ערך ה-pH לטווח ניטרלי או כמעט ניטרלי. בתנאי pH מתאימים, יוני מתכות כבדות בשפכים ייצרו משקעים הידרוקסידיים. לאחר מכן, באמצעות פעולות שקיעה וסינון, משקעים אלה מופרדים מהשפכים, מה שמפחית עוד יותר את תכולת המזהמים בשפכים ומאפשר לשפכים המטופלים לעמוד בתקני פריקה מחמירים או בדרישות שימוש חוזר.

ניתוח מקרי יישומים מעשיים

מפעל התכת זהב בקנה מידה גדול אימץ טכנולוגיית טיפול בחמצון בלחץ לטיפול בשפכי ציאניד. לפני השימוש בטכנולוגיה זו, המפעל התמודד עם קשיים רבים בטיפול בשפכי ציאניד. שיטות טיפול מסורתיות לא רק שהיו בעלות טיפול גבוהה, אלא גם התקשו לעמוד ביציבות בתקני הפליטה המקומיים המחמירים יותר ויותר להגנת הסביבה.

לאחר הכנסת טכנולוגיית טיפול בחמצון בלחץ, בנה המיזם מערכת טיפול מלאה בשפכים, כולל מתקני טיפול מקדים, כור חמצון בלחץ ויחידות טיפול נוספות. באמצעות ניטור תפעולי בפועל, אפקט הטיפול היה יוצא דופן. ריכוז הציאניד בשפכים ירד מכמה מאות מיליגרם לליטר לפחות מכמה מיליגרם לליטר, עם קצב סילוק של מעל 99%. במקביל, גם תכולת יוני המתכות הכבדות ירדה משמעותית, ועומדת במלואה בתקני הפליטה הלאומיים.

מנקודת מבט של תועלת כלכלית, למרות שההשקעה הראשונית בציוד עבור טכנולוגיית טיפול בחמצון בלחץ גבוהה יחסית, בטווח הארוך, בשל יעילות הטיפול הגבוהה וצריכת ריאגנטים נמוכה, עלות הטיפול הכוללת ירדה בפועל. יתר על כן, באמצעות שימוש חוזר בשפכים מטוהרים, המיזם השיג גם יתרונות כלכליים מסוימים בניצול משאבי מים. מנקודת מבט של תועלת סביבתית, טכנולוגיה זו הפחיתה ביעילות את פליטות המזהמים כגון ציאנידים ומתכות כבדות, הקלה משמעותית על לחץ הזיהום על הסביבה הסובבת ותרמה תרומה חיובית להגנה על הסביבה האקולוגית המקומית.

אתגרים ואמצעי נגד

עלויות השקעה ותפעול גבוהות בציוד

טכנולוגיית טיפול בחמצון בלחץ דורשת ציוד לחץ מיוחד, התקני תגובה בטמפרטורה גבוהה ומערכות בקרה מדויקות, וכתוצאה מכך נדרשת השקעה ראשונית גדולה בציוד. בנוסף, שמירה על תנאי טמפרטורה ולחץ גבוהים במהלך הפעולה וצריכת חמצן גם יגדילו את עלויות התפעול.

אמצעי נגד: מצד אחד, ארגונים יכולים לתכנן באופן סביר את קנה המידה של הפרויקט, לשפר את שיעור הניצול של הציוד ולהפחית את הקצאת עלויות הציוד ליחידת טיפול בשפכים. מצד שני, בבחירת ציוד, יש לבחור ציוד בעל ביצועים גבוהים וחסכוני באנרגיה ולמטב את פרמטרי ההפעלה כדי להפחית את צריכת האנרגיה ועלויות התפעול. במקביל, עם ההתפתחות המתמשכת של הטכנולוגיה והגברת התחרות בשוק, צפוי כי מחיר הציוד ירד בהדרגה, ובכך יפחית את נטל ההשקעה על ארגונים.

דרישות גבוהות לתפעול ותחזוקה

תהליך ההפעלה של טכנולוגיה זו כרוך בסביבות מסוכנות כגון טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה, הדורשות איכות מקצועית גבוהה ומיומנויות תפעול מצד המפעילים. יתר על כן, במהלך הפעלה ארוכת טווח של הציוד, עקב השפעת טמפרטורה גבוהה, לחץ גבוה וסביבת חמצון חזקה, סביר להניח שיתרחשו בעיות כגון בלאי וקורוזיה, ונדרש תחזוקה ותיקון שוטפים.

אמצעי נגד: על ארגונים לחזק את הכשרת המפעילים, לשפר את הידע המקצועי שלהם ואת כישורי התפעול שלהם, ולהבטיח שהם יכולים לפעול בהתאם לנהלי התפעול כדי למנוע תאונות בטיחות הנגרמות עקב טעויות תפעוליות. במקביל, יש להקים מערכת ניהול תחזוקת ציוד מלאה, לבדוק, לתחזק ולתקן באופן קבוע את הציוד, לגלות ולפתור במהירות בעיות קיימות בציוד, להאריך את חיי השירות של הציוד ולהבטיח את פעולת המערכת היציבה. בנוסף, ניתן ליצור קשרי שיתוף פעולה טובים עם ספקי ציוד כדי לקבל תמיכה טכנית מקצועית ושירות לאחר המכירה.

סיכום

כשיטת טיפול יעילה וידידותית לסביבה למי שפכים ציאנידיים בהתכת זהב, לטכנולוגיית טיפול בחמצון בלחץ יש יתרונות משמעותיים וסיכויי יישום רחבים. על ידי חמצון ופירוק ציאנידים בתנאי טמפרטורה ולחץ גבוהים, היא יכולה להפחית ביעילות את רעילות השפכים ולהסיר מזהמים שונים. למרות שהיא מתמודדת עם אתגרים כגון השקעה גבוהה בציוד ועלויות תפעול, ודרישות גבוהות לתפעול ותחזוקה ביישומים מעשיים, ניתן לפתור בעיות אלו ביעילות על ידי נקיטת אמצעי נגד סבירים. עם דרישות הגנת הסביבה המחמירות יותר ויותר וההתקדמות המתמשכת של הטכנולוגיה, טכנולוגיית טיפול בחמצון בלחץ צפויה להיות מיושמת באופן נרחב יותר בתעשיית התכת הזהב, ותמלא תפקיד חשוב במימוש הפיתוח הירוק והבר-קיימא של תעשיית התכת הזהב.