廃水からのシアン化ナトリウムおよび重金属の酸性化回収プロセス

イントロダクション

シアン化物を含む廃水は、金採掘、電気めっき、化学製品製造など、さまざまな工業プロセスから発生します。シアン化物は毒性が高いため、この廃水を不適切に排出すると、深刻な環境汚染や人体への健康被害を引き起こす可能性があります。そのため、シアン化物を含む廃水の処理と資源回収は重要な課題となっています。処理方法の中でも、シアン化ナトリウムと重金属の酸性化回収は、環境リスクを低減するだけでなく、貴重な資源のリサイクルも実現できる、広く用いられている効果的な手法です。

酸性化回復の原理

シアン化物からシアン化水素（HCN）への変換

酸性化プロセスでは、硫酸などの強酸をシアン化物含有廃水に添加します。酸性条件下では、廃水中の遊離シアン化物イオンはシアン化水素（HCN）に変換されます。シアン化水素は揮発性の化合物です。廃水のpHを通常2未満に低く調整すると、反応が進行しやすくなり、シアン化物イオンからHCNガスへの変換が促進されます。

シアン化ナトリウムの回収

生成されたシアン化水素ガス（HCN）は、アルカリ吸収塔に導入されます。塔内では、水酸化ナトリウム（NaOH）溶液と反応します。反応が進むにつれて、シアン化ナトリウム（NaCN）が生成され、吸収液中に蓄積されます。溶液中のNaCN濃度が10～12％程度に達すると、リサイクルして、金採掘における浸出プロセスなど、関連する工業プロセスで再利用することができます。

重金属の放出と沈殿

廃水には、遊離シアン化物に加えて、銅や亜鉛などの重金属とシアン化物の錯体が含まれることがよくあります。酸性条件下では、これらの錯体は分解されます。遊離した重金属イオンは不溶性の塩を形成し、特定の条件下で沈殿することがあります。例えば、pH値を調整したり、特定の沈殿剤を添加したりすると、銅イオンが沈殿を形成させることができます。

プロセスステップ

ステップ1：廃水前処理

アルカリ性シアン化物を含む高濃度廃水は、まず蒸気熱交換器を通過して温度制御されます。通常、温度は20～25℃の範囲に保たれます。この温度制御は、その後の反応速度を最適化し、プロセスの安定性を確保するのに役立ちます。高濃度廃水中のシアン化物濃度は通常5000～5500ppm、pH値は10.5～12.5です。

ステップ2：酸性化

前処理された廃水は、例えば2m³/hなどの一定の流量で酸性化スプレー塔に投入され、濃硫酸が添加されます。添加する硫酸量は廃水の特性に応じて調整されますが、通常は25～30kg/m³で、廃水のpH値を2未満に下げます。硫酸添加時に発生する熱によって反応が促進され、廃水中の遊離シアン化物イオンが揮発性のHCNに変化しやすくなります。

ステップ3：HCNの生成と分離

酸性化スプレー塔の強酸性環境下では、シアン化物からHCNへの転化が促進されます。生成されたHCNガスは真空遠心ファンによって吸引され、次の段階であるアルカリ吸収塔へと送られます。同時に、pH値が低下するにつれて、廃水中の一部の重金属イオンが変化し始めます。例えば、廃水中の銅イオン濃度が低下し、一部の重金属が沈殿し始めます。

ステップ4：シアン化ナトリウムの吸収と回収

HCNガスはアルカリ吸収塔に入り、20～30%のNaOH溶液に吸収されます。塔内のアルカリ吸収液は循環され、循環プロセス中はファンを使用してHCNガスが繰り返し吸収されるようにします。吸収反応が続くにつれて、吸収液中のNaCN濃度は徐々に増加します。NaCN濃度が10～12%に達すると、浸出プロセスに戻して再利用することができ、これによりシアン化ナトリウムの回収が実現します。

ステップ5：重金属の沈殿と分離

HCN排出後の廃水については、一部の重金属-シアン化物錯体が酸性条件下で分解されているため、重金属を沈殿させるための更なる処理を施すことができます。例えば、廃水のpH値をアルカリ性に調整することで、重金属水酸化物が沈殿します。その後、ろ過や沈殿などの固液分離法を用いて、沈殿した重金属を廃水から分離することで、重金属の除去・回収が可能になります。

酸性化回収法の利点

資源リサイクル

酸性化回収法は、シアン化物含有廃水からシアン化ナトリウムを効果的に回収し、関連する産業プロセスで再利用することで、新たなシアン化ナトリウムの消費量を削減し、生産コストを削減します。同時に、重金属も回収できるため、廃棄物を貴重な資源に変換できます。

費用対効果

シアン化物分解のみに重点を置く他の処理方法と比較して、酸性化回収法は廃水を処理するだけでなく、有用な物質も回収します。酸とアルカリの消費は必要ですが、回収されたシアン化ナトリウムと重金属の価値は処理コストの一部を相殺できるため、長期的には処理全体の費用対効果が向上します。

環境にやさしい

シアン化ナトリウムと重金属を回収することで、廃水中の汚染物質の量が大幅に削減されます。処理後の廃水はシアン化物と重金属の含有量が低く、その後の排出や更なる処理が容易になり、環境への悪影響を軽減します。

酸性化回収プロセスにおける消費

シアン含有廃水の酸性化回収法における主な消費量は、硫酸、苛性ソーダ（NaOH）、石灰、電力です。冬季には廃水を予熱する必要があるため、蒸気も消費されます。

1.酸の摂取

• シアン化物からHCNへの変換：廃水中のシアン化物をHCNに変換するために必要な硫酸の量は、廃水中のシアン化物の濃度によって異なります。例えば、シアン化物濃度が5000ppmの廃水1m³を処理するには、この変換に必要な量の硫酸が必要です。

• 廃水の酸性化：シアン化物変換用の酸に加えて、廃水の酸性度を適切なレベルに調整するために追加の酸が使用されます。pHを2未満に下げるために必要な量は重要な要素です。

• 廃水中のアルカリとの反応：廃水中には硫酸と反応するアルカリ性物質が含まれている可能性がありますが、一般的に、この反応で消費される量は、シアン化物の変換や酸性化に使用される量に比べて比較的小さいです。

• 廃棄物中の炭酸塩との反応：シアン化物を含む原料に炭酸塩含有量が高い場合（例えば、一部のシアン化物尾鉱スラリーなど）、炭酸塩は酸と反応して二酸化炭素を生成します。このような場合、硫酸の消費量が大幅に増加するため、これらの原料は酸回収法による処理には適さない可能性があります。

2.アルカリ消費量：アルカリ吸収塔では、シアン化水素（HCN）を吸収してシアン化ナトリウム（NaCN）を生成するために水酸化ナトリウム（NaOH）が使用されます。消費されるNaOHの量は、生成されるHCNの量と吸収効率に関係します。

3. 石灰の使用量：場合によっては、廃水処理の次の段階で、例えば重金属の沈殿のためにpH値を調整する際などに石灰が使用されることがあります。必要な石灰の量は、廃水中の重金属の種類と濃度、および必要なpH調整範囲によって異なります。

4. 電気と蒸気の消費：電気は、ポンプ、ファン、真空遠心ファンなどの機器によってプロセス中に消費されます。冬期には、廃水を予熱する際に、反応に適した温度まで上昇させるために蒸気が消費されます。

結論

シアン化ナトリウムおよび重金属を回収するシアン含有廃水の酸性化回収法は、包括的かつ効果的な処理技術です。特定のプロセスステップに従うことで、廃水から有毒なシアン化物および重金属を除去するだけでなく、貴重な資源をリサイクルすることもできます。このプロセスには一定の材料とエネルギーの消費がありますが、環境および経済的なメリットを考慮すると、シアン含有廃水処理における幅広い応用可能性を秘めています。ただし、実際の操作では、HCNガスの毒性のため、厳格な安全対策を講じる必要があります。同時に、回収効率を向上させ、コストを削減するために、プロセスパラメータを継続的に最適化する必要があります。