Methoden en processen voor het verwijderen van cyanide op het oppervlak van sulfide-ertsen

1. Inleiding

In de metallurgie, met name bij de goudwinning en de verwerking van sulfide-ertsen, vormt de aanwezigheid van cyanide aan het oppervlak van sulfide-ertsen een aanzienlijke uitdaging. Cyanide wordt veelvuldig gebruikt in het cyanidatie-uitloogproces voor goudwinning vanwege het vermogen om complexen met goud te vormen, waardoor de oplossing ervan wordt vergemakkelijkt. Na het uitloogproces blijft echter cyanide achter op het oppervlak van de sulfide-ertsen in het residu. Dit leidt niet alleen tot milieuvervuiling, maar belemmert ook de verdere verwerking van de sulfide-mineralen, waardoor het totale terugwinningspercentage van waardevolle metalen daalt. Het ontwikkelen van effectieve methoden om cyanide aan het oppervlak van sulfide-ertsen te verwijderen is daarom cruciaal voor duurzame ertsverwerking en milieubescherming.

2. Bestaande problemen met cyanide op sulfide-ertsoppervlakken

2.1 Milieu-impact

Cyanide is een zeer giftige stof. Wanneer sulfide-ertsen met oppervlakte-geadsorbeerd cyanide in het milieu terechtkomen, kan cyanide geleidelijk uitspoelen en de bodem, waterbronnen en lucht verontreinigen. Zelfs in lage concentraties kan cyanide zeer schadelijk zijn voor in het water levende organismen, planten en de menselijke gezondheid. Zo is in sommige mijnbouwgebieden waar cyanidehoudend afval onjuist werd afgevoerd, in nabijgelegen waterlichamen een aanzienlijke daling van het zuurstofgehalte waargenomen, wat leidde tot de dood van vissen en ander waterleven.

2.2 Remming van de verrijking van sulfidemineralen

De cyanide die geadsorbeerd is aan het oppervlak van sulfide-ertsen, zoals pyriet, chalcopyriet en sfaleriet, kan een passiveringsfilm vormen op het mineraaloppervlak. Deze film vermindert de reactiviteit van sulfidemineralen tijdens daaropvolgende flotatie of andere verrijkingsprocessen. Bij de flotatie van koperhoudende sulfide-ertsen kan de aanwezigheid van cyanide op het oppervlak van chalcopyriet bijvoorbeeld de interactie met collectoren verzwakken, waardoor het moeilijk wordt om kopermineralen effectief van ganggesteente te scheiden, wat de kwaliteit en de winning van koperconcentraten vermindert.

3. Methoden voor het verwijderen van cyanide op het oppervlak van sulfide-ertsen

3.1 Zuuractiveringsmethode

3.1.1 Principe

De zuuractiveringsmethode gebruikt voornamelijk zuren zoals zwavelzuur of oxaalzuur om te reageren met de cyanidehoudende verbindingen op het oppervlak van sulfide-ertsen. Wanneer een zuur wordt toegevoegd, veroorzaakt dit de ontleding van cyanide-metaalcomplexen. Hierdoor ontstaat waterstofcyanidegas. Maar in een goed ontworpen proces kan dit vluchtige waterstofcyanide worden teruggewonnen en hergebruikt via geschikte absorptiesystemen.

3.1.2 Processtappen

1. Bereiding van de ertspulp : Meng eerst de sulfide-ertsresten met aan het oppervlak geadsorbeerd cyanide met water om een ​​homogene ertspulp te verkrijgen. De vaste stof-vloeistofverhouding van de ertspulp wordt doorgaans aangepast aan de eigenschappen van het erts en de specifieke procesvereisten, meestal tussen 1:2 en 1:5.

2. Zuurtoevoeging : Voeg langzaam zwavelzuur of oxaalzuur toe aan de ertspulp onder voortdurend roeren. De hoeveelheid toegevoegd zuur moet zorgvuldig worden gecontroleerd op basis van het cyanidegehalte in de ertspulp. Gewoonlijk wordt de pH-waarde van de ertspulp ingesteld op 2-4. De pH-waarde moet tijdens het toevoegingsproces continu worden gecontroleerd met een pH-meter.

3. Reactie en gasbehandeling : Nadat het zuur is toegevoegd, laat men de reactie ongeveer 1 tot 3 uur doorgaan. Gedurende deze tijd wordt waterstofcyanidegas geproduceerd. Om te voorkomen dat dit gas het milieu vervuilt, wordt een gasopvang- en -behandelingssysteem geïnstalleerd. Het geproduceerde waterstofcyanidegas wordt naar een absorptietoren geleid die gevuld is met een alkalische oplossing, zoals natriumhydroxide. Hier reageert het waterstofcyanide met de natriumhydroxide en de teruggewonnen natriumcyanideoplossing kan, indien de kwaliteit voldoet aan de eisen, worden hergebruikt in het cyanidatieproces.

3.1.3 Voordelen en nadelen

• Voordelen : Deze methode is relatief eenvoudig, zowel qua principe als qua uitvoering. Het kan cyanidehoudende verbindingen aan het oppervlak van sulfide-ertsen effectief afbreken en biedt de mogelijkheid om cyanide te recyclen, waardoor de totale kosten van cyanidegebruik in het mijnbouwproces worden verlaagd.

• Nadelen : Er zijn aanzienlijke veiligheidsrisico's aan verbonden. Waterstofcyanidegas is zeer giftig en lekkage tijdens de reactie kan ernstige schade toebrengen aan de gebruikers en het milieu. Bovendien zijn de zuren die bij deze methode worden gebruikt corrosief, wat apparatuur en leidingen kan beschadigen, de onderhoudskosten kan verhogen en de levensduur van de apparatuur kan verkorten.

3.2 Oxidant activeringsmethode

3.2.1 Principe

Oxidatiemiddelen zoals waterstofperoxide, kaliumpermanganaat en ozon worden gebruikt om het cyanide op het oppervlak van sulfide-ertsen te oxideren. Deze oxidatiemiddelen verbreken de chemische bindingen van cyanideverbindingen, waardoor cyanide wordt omgezet in relatief niet-giftige stoffen zoals stikstofgas en carbonaten.

3.2.2 Processtappen

1. Bereiding van ertspulp : Net als bij de zuuractiveringsmethode, wordt het sulfide-ertsafval verwerkt tot een ertspulp met een geschikte vaste stof-vloeistofverhouding.

2. Toevoeging van oxidatiemiddel : Voeg het gekozen oxidatiemiddel toe aan de ertspulp. De hoeveelheid toegevoegd oxidatiemiddel is afhankelijk van het cyanidegehalte in de ertspulp en het oxidatiepotentieel van het oxidatiemiddel. Bijvoorbeeld, bij gebruik van waterstofperoxide is de dosering doorgaans 1-5 kg ​​per ton ertspulp, terwijl kaliumpermanganaat meestal wordt toegevoegd in een hoeveelheid van 0.5-2 kg per ton ertspulp. De toevoeging moet langzaam gebeuren onder voortdurend roeren om een ​​gelijkmatige menging te garanderen.

3. Reactie en monitoring : Laat het oxidatiemiddel 2 tot 4 uur reageren met het cyanide in de ertspulp. Monitor tijdens de reactie de oxidatie-reductiepotentiaal en het cyanidegehalte in de ertspulp. De waarde van de oxidatie-reductiepotentiaal geeft de voortgang van de oxidatiereactie weer. Wanneer de waarde stabiliseert en het cyanidegehalte in de ertspulp voldoet aan de vereiste norm (meestal minder dan 0.5 mg/L), wordt de reactie als voltooid beschouwd.

3.2.3 Voordelen en nadelen

• Voordelen : Deze methode produceert geen giftige en vluchtige gassen zoals de zuuractiveringsmethode, waardoor deze veiliger is voor het werkmilieu. Het kan cyanide effectief oxideren en ontleden, waardoor cyanide van het oppervlak van sulfide-ertsen wordt verwijderd. Bovendien zijn de reactieproducten relatief milieuvriendelijk.

• Nadelen : De kosten van oxidatiemiddelen zijn relatief hoog, vooral voor sterke oxidatiemiddelen zoals ozon, wat de verwerkingskosten van sulfide-ertsen verhoogt. Bovendien wordt de oxidatiereactie gemakkelijk beïnvloed door factoren zoals de pH-waarde van de ertsmassa, de temperatuur en de aanwezigheid van andere onzuiverheden, waardoor strikte controle van de reactieomstandigheden noodzakelijk is.

3.3 Koperzoutmethode

3.3.1 Principe

Koperzouten, zoals kopersulfaat, worden toegevoegd aan de sulfide-ertspulp met oppervlakte-geadsorbeerd cyanide. De koperionen reageren met cyanide en vormen onoplosbare koper-cyanidecomplexen. Deze complexen kunnen vervolgens uit de ertspulp worden gescheiden door middel van vaste-vloeistofscheidingsmethoden, waardoor cyanide wordt verwijderd.

3.3.2 Processtappen

1. Bereiding van ertspulp : Verwerk de sulfide-ertsresten tot een ertspulp met een geschikte vaste stof-vloeistofverhouding.

2. Toevoeging van kopersulfaat : Voeg een geschikte hoeveelheid kopersulfaat toe aan de ertspulp. De hoeveelheid toegevoegd kopersulfaat wordt bepaald door het cyanidegehalte in de ertspulp, doorgaans met een molaire verhouding van koperionen tot cyanide-ionen van 1-2:1. Kopersulfaat wordt meestal toegevoegd als een waterige oplossing en het toevoegingsproces moet gepaard gaan met continu roeren om een ​​gelijkmatige verdeling van de koperionen in de ertspulp te garanderen.

3. Reactie en scheiding van vaste stof en vloeistof : Nadat het koperszout is toegevoegd, laat u de reactie 1-2 uur doorgaan. Vervolgens voert u een scheiding van de vaste stof en vloeistof uit op de ertspulp met behulp van methoden zoals filtratie of sedimentatie. De afgescheiden vaste stof bevat kopercyanideprecipitaten en sulfidehoudende mineralen, terwijl de afgescheiden vloeistof verder kan worden behandeld om aan de lozingsnormen te voldoen of kan worden hergebruikt voor andere doeleinden.

3.3.3 Voordelen en nadelen

• Voordelen : Deze methode kan cyanide effectief van het oppervlak van sulfide-ertsen verwijderen door de vorming van onoplosbare neerslag. Het werkproces is relatief eenvoudig en kopersulfaat is een veelgebruikt en goedkoop chemisch reagens, wat bepaalde economische voordelen biedt.

• Nadelen : Het toevoegen van koperzouten kan koperverontreinigingen in de ertsenpulp introduceren, wat de daaropvolgende verwerking van sulfidehoudende mineralen kan beïnvloeden. Bijvoorbeeld, bij de flotatie van lood-zinksulfide-ertsen kunnen overmatige koperionen sfaleriet activeren, waardoor de scheiding van lood- en zinkmineralen wordt verstoord. Bovendien moeten de afgescheiden kopercyanide-precipitaten op de juiste manier worden afgevoerd om secundaire vervuiling te voorkomen.

3.4 Nieuwe samengestelde reagensmethode

3.4.1 Principe

Er wordt gebruikgemaakt van enkele nieuw ontwikkelde samengestelde reagentia, zoals een combinatie van polysulfiden en natriummetabisulfiet. De polysulfiden reageren met de zwavelhoudende componenten in de cyanidehoudende verbindingen op het oppervlak van sulfide-ertsen, terwijl natriummetabisulfiet de redoxpotentiaal van het systeem aanpast en de ontleding van cyanide bevordert, waardoor de verwijdering ervan wordt vergemakkelijkt.

3.4.2 Processtappen

1. Bereiding van ertspulp : Verwerk de sulfide-ertsresten tot ertspulp.

2. Toevoeging van samengesteld reagens : Voeg het samengestelde reagens, bestaande uit polysulfiden en natriummetabisulfiet, toe aan de ertspulp. De gewichtsverhouding van polysulfiden tot natriummetabisulfiet is doorgaans 1:1. De hoeveelheid toegevoegd samengesteld reagens wordt bepaald op basis van het cyanidegehalte in de ertspulp en de aard van het sulfide-erts, en ligt over het algemeen tussen 0.5 en 2 kg per ton ertspulp.

3. Reactie en monitoring : Voeg het samengestelde reagens toe en laat de reactie 1 tot 3 uur doorgaan. Monitor tijdens de reactie het cyanidegehalte en relevante chemische parameters, zoals redoxpotentiaal en pH-waarde, in de ertspulp. Pas de reactieomstandigheden direct aan op basis van de monitoringsresultaten om volledige verwijdering van cyanide te garanderen.

3.4.3 Voordelen en nadelen

• Voordelen : Deze methode is goed aanpasbaar aan verschillende soorten sulfide-ertsen. Het samengestelde reagens werkt synergetisch om cyanide effectief van het oppervlak van sulfide-ertsen te verwijderen. In vergelijking met methoden met één reagens kan deze methode een betere verwijderingsefficiëntie bieden en minder impact hebben op de daaropvolgende verwerking van sulfide-mineralen.

• Nadelen : De ontwikkeling en productie van samengestelde reagentia zijn relatief complex en de kosten kunnen hoger liggen dan bij sommige traditionele methoden met één enkel reagens. Bovendien is het specifieke reactiemechanisme van samengestelde reagentia nog niet volledig begrepen, wat onzekerheden kan introduceren bij daadwerkelijke industriële toepassingen.

4. Procesoptimalisatie en overwegingen

4.1 Voorbehandeling van ertsen

Voordat een van de bovenstaande methoden wordt gebruikt om cyanide van het oppervlak van sulfide-ertsen te verwijderen, is vaak een geschikte voorbehandeling van het erts noodzakelijk. Als het sulfide-erts bijvoorbeeld een grote hoeveelheid fijnkorrelige ganggesteentemineralen bevat, kan een voorscreening of classificatie worden uitgevoerd om de moeilijk te behandelen fijnkorrelige fracties te verwijderen. Dit kan de contactefficiëntie tussen het reagens en de sulfide-mineralen met aan het oppervlak geadsorbeerd cyanide verbeteren en de interferentie van ganggesteentemineralen met het reactieproces verminderen.

4.2 Controle van de reactieomstandigheden

• pH-waarde : De pH-waarde van de ertsenpulp heeft een aanzienlijke invloed op het reactieproces. De zuuractiveringsmethode vereist een lagere pH om de ontleding van cyanidehoudende verbindingen te bevorderen, terwijl bij de oxidatieactiveringsmethode en de koperzoutmethode een geschikte pH-waarde moet worden aangehouden. Bijvoorbeeld, bij gebruik van waterstofperoxide als oxidatiemiddel ligt de optimale pH-waarde van de ertsenpulp meestal tussen 8 en 10, en bij gebruik van kopersulfaat wordt de pH-waarde van de ertsenpulp over het algemeen tussen 6 en 8 gehouden.

• Temperatuur : De reactietemperatuur beïnvloedt ook de reactiesnelheid en -efficiëntie. Over het algemeen kan een hogere temperatuur de reactiesnelheid verhogen. Bij sommige reacties, zoals de oxidatie van cyanide door waterstofperoxide, kan een te hoge temperatuur echter leiden tot de ontleding van het oxidatiemiddel, waardoor de oxidatie-efficiëntie afneemt. Daarom moet de reactietemperatuur worden geoptimaliseerd voor het specifieke reactiesysteem, meestal tussen de 20 en 40 °C.

• Roerintensiteit : Voldoende roeren is essentieel om een ​​gelijkmatige verdeling van de reagentia in de ertsmassa te garanderen en de contactkans tussen het reagens en de cyanidehoudende stoffen op het oppervlak van sulfide-ertsen te vergroten. Overmatig roeren kan echter leiden tot onnodig energieverbruik en mechanische slijtage van de apparatuur. De juiste roerintensiteit moet worden vastgesteld door middel van experimenteel onderzoek en praktijkervaring.

4.3 Vaste-vloeistofscheiding en afvalwaterbehandeling

Na de reactie om cyanide van het oppervlak van sulfide-ertsen te verwijderen, is efficiënte scheiding van vaste stof en vloeistof vereist om de behandelde sulfidemineralen van de reactieoplossing te scheiden. Veelgebruikte scheidingsmethoden voor vaste stof en vloeistof zijn onder andere filtratie, sedimentatie en centrifugatie. Het gescheiden afvalwater bevat meestal nog wat restcyanide en andere onzuiverheden, die verder behandeld moeten worden om aan de lozingsnorm te voldoen. Afvalwaterzuiveringsprocessen kunnen methoden omvatten zoals verdere oxidatie, adsorptie en biologische zuivering.

5. Casestudies

5.1 Toepassing van de zuuractiveringsmethode in een goudmijn

In een bepaalde goudmijn bevatte het sulfide-ertsafval na het cyanideringsproces een bepaalde hoeveelheid oppervlaktegeadsorbeerd cyanide. De mijn gebruikte de zuuractiveringmethode voor de behandeling. Eerst werd het afval verwerkt tot ertspulp met een vaste stof-vloeistofverhouding van 1:3. Vervolgens werd zwavelzuur toegevoegd om de pH-waarde van de ertspulp op 3 te brengen. Na 2 uur reactie werd het gevormde waterstofcyanidegas opgevangen en geabsorbeerd door een natriumhydroxideoplossing. Na de behandeling daalde het cyanidegehalte in de ertspulp van 5 mg/l tot minder dan 0.5 mg/l, en steeg de daaropvolgende flotatie-opbrengst van sulfidemineralen met ongeveer 10%. Tijdens de operatie vormde lekkage van waterstofcyanidegas echter een veiligheidsrisico op de locatie en liepen de leidingen van de apparatuur relatief ernstige corrosie op.

5.2 Oxidant-activeringmethode in een polymetallische sulfide-ertsmijn

Een polymetallische sulfide-ertsmijn gebruikte waterstofperoxide als oxidatiemiddel om cyanide van het oppervlak van sulfide-ertsen te verwijderen. De pH-waarde van de ertspulp werd eerst aangepast naar 9, waarna waterstofperoxide werd toegevoegd in een dosering van 3 kg per ton ertspulp. Na 3 uur reactie was het cyanidegehalte in de ertspulp tot een zeer laag niveau gedaald. De daaropvolgende verrijking van koper-, lood- en zinksulfidemineralen werd niet beïnvloed door het resterende cyanide, en de algehele metaalwinning verbeterde. De hoge kosten van waterstofperoxide leidden echter tot een stijging van de ertsverwerkingskosten met ongeveer $ 5 per ton.

6. Conclusie

Het verwijderen van cyanide op het oppervlak van sulfide-ertsen is een cruciale taak in de mineraalverwerking. De zuuractiveringsmethode, oxidatieve activeringsmethode, koperzoutmethode en nieuwe composietreagensmethode hebben elk hun eigen voor- en nadelen. Bij industriële toepassingen is het noodzakelijk om factoren zoals de aard van sulfide-ertsen, milieueisen en economische kosten uitgebreid te overwegen om de meest geschikte methode te selecteren. Door procesomstandigheden te optimaliseren, ertsen voor te behandelen en de scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen en afvalwaterbehandeling op de juiste manier uit te voeren, kan de efficiëntie van cyanideverwijdering op het oppervlak van sulfide-ertsen verder worden verbeterd, waardoor de doelstellingen van grondstoffenwinning en milieubescherming worden bereikt.