Metoder og prosesser for fjerning av cyanid på overflaten av sulfidmalmer

1. Innledning

Innen metallurgi, spesielt innen gullutvinning og sulfidmalmforedling, er tilstedeværelsen av Cyanide på overflaten av Sulfidmalm byr på betydelige utfordringer. Cyanid er mye brukt i cyanideringsutvaskingsprosessen for gullutvinning på grunn av dens evne til å danne komplekser med gull, noe som letter oppløsningen. Etter utvaskingsprosessen blir imidlertid de gjenværende cyanid på overflaten av sulfidmalm i avgangsmassene fører ikke bare til miljøforurensning, men hemmer også den påfølgende opparbeidelsen av sulfidmineraler, noe som reduserer den totale utvinningsgraden av verdifulle metaller. Derfor er det avgjørende for bærekraftig mineralforedling og miljøvern å utvikle effektive metoder for å fjerne cyanid på overflaten av sulfidmalm.

2. Eksisterende problemer med cyanid på sulfidmalmoverflater

2.1 Miljøpåvirkning

Cyanid er et svært giftig stoff. Når sulfidmalmer med overflateadsorbert cyanid slippes ut i miljøet, kan cyanid gradvis lekke ut og forurense jord, vannkilder og luft. Selv i lave konsentrasjoner kan cyanid være ekstremt skadelig for vannlevende organismer, planter og menneskers helse. For eksempel, i noen gruveområder der feil deponering av cyanidholdig avgangsmasse har forekommet, har nærliggende vannforekomster vist en betydelig reduksjon i oppløst oksygeninnhold, noe som har ført til død av fisk og annet vannlevende liv.

2.2 Hemming av sulfidmineralforedling

Cyanidet som adsorberes på overflaten av sulfidmalmer, som pyritt, kobberkis og sfaleritt, kan danne en passiveringsfilm på mineraloverflaten. Denne filmen reduserer reaktiviteten til sulfidmineraler under påfølgende flotasjon eller andre oppredningsprosesser. For eksempel, ved flotasjon av kobberholdige sulfidmalmer, kan tilstedeværelsen av cyanid på overflaten av kobberkis svekke dens interaksjon med samlere, noe som gjør det vanskelig å separere kobbermineraler fra gangsteinmineraler effektivt, og dermed redusere kvaliteten og utvinningsgraden for kobberkonsentrater.

3. Metoder for fjerning av cyanid på overflaten av sulfidmalm

3.1 Syreaktiveringsmetode

3.1.1 Prinsipp

Syreaktiveringsmetoden bruker hovedsakelig syrer som svovelsyre eller oksalsyre til å reagere med cyanidholdige forbindelser på overflaten av sulfidmalmer. Når en syre tilsettes, forårsaker det nedbrytning av cyanid-metallkomplekser. Som et resultat genereres hydrogencyanidgass. Men i en godt utformet prosess kan dette flyktige hydrogencyanidet gjenvinnes og gjenbrukes gjennom passende absorpsjonssystemer.

3.1.2 Prosesstrinn

1. Forberedelse av malmmasseFørst blandes sulfidmalmavgangen med overflateadsorbert cyanid og vann for å lage en jevn malmmasse. Forholdet mellom fast stoff og væske i malmmassen justeres vanligvis basert på malmens egenskaper og spesifikke prosesskrav, vanligvis innenfor området 1:2–1:5.

2. SyretilsetningTilsett sakte svovelsyre eller oksalsyre til malmmassen under kontinuerlig omrøring. Mengden tilsatt syre må kontrolleres nøye i henhold til cyanidinnholdet i malmmassen. Vanligvis justeres pH-verdien til malmmassen til 2–4, og pH-verdien bør overvåkes i sanntid ved hjelp av et pH-meter under tilsetningsprosessen.

3. Reaksjon og gassbehandlingEtter tilsetning av syren, la reaksjonen fortsette i omtrent 1–3 timer. I løpet av denne tiden produseres hydrogencyanidgass. For å forhindre at denne gassen forurenser miljøet, settes det opp et gassoppsamlings- og behandlingssystem. Den genererte hydrogencyanidgassen ledes inn i et absorpsjonstårn fylt med en alkalisk løsning, for eksempel natriumhydroksidløsning. Her reagerer hydrogencyanidet med natriumhydroksidet, og det gjenvunnede Natriumcyanid Løsningen kan resirkuleres til cyanideringsprosessen hvis kvaliteten oppfyller kravene.

3.1.3 Fordeler og ulemper

• FordelerDenne metoden er relativt enkel både i prinsipp og drift. Den kan effektivt bryte ned cyanidholdige forbindelser på overflaten av sulfidmalmer og har potensial til å resirkulere cyanid, noe som reduserer den totale kostnaden for cyanidbruk i gruveprosessen.

• UlemperDet er betydelige sikkerhetsrisikoer involvert. Hydrogencyanidgass er svært giftig, og enhver lekkasje under reaksjonen kan forårsake alvorlig skade på operatører og miljøet. I tillegg er syrene som brukes i denne metoden etsende, noe som kan skade utstyr og rørledninger, øke vedlikeholdskostnader og forkorte utstyrets levetid.

3.2 Metode for oksidantaktivering

3.2.1 Prinsipp

Oksidasjonsmidler som hydrogenperoksid, kaliumpermanganat og ozon brukes til å oksidere cyanidet på overflaten av sulfidmalmer. Disse oksidasjonsmidlene bryter de kjemiske bindingene til cyanidforbindelsene og omdanner cyanid til relativt giftfrie stoffer som nitrogengass og karbonater.

3.2.2 Prosesstrinn

1. Forberedelse av malmmasseI likhet med syreaktiveringsmetoden, preparer sulfidmalmavgangen til en malmmasse med et passende forhold mellom fast stoff og væske.

2. OksidasjonsmiddeltilsetningTilsett det valgte oksidasjonsmiddelet til malmmassen. Mengden tilsatt oksidasjonsmiddel avhenger av cyanidinnholdet i malmmassen og oksidasjonsmiddelets oksidasjonspotensial. For eksempel, når man bruker hydrogenperoksid, er doseringen vanligvis 1–5 kg per tonn malmmasse, mens kaliumpermanganat vanligvis tilsettes med 0.5–2 kg per tonn malmmasse. Tilsetningen bør gjøres sakte med kontinuerlig omrøring for å sikre jevn blanding.

3. Reaksjon og overvåkingLa oksidasjonsmidlet reagere med cyanidet i malmmassen i 2–4 timer. Overvåk oksidasjons- og reduksjonspotensialet og cyanidinnholdet i malmmassen under reaksjonen. Verdien for oksidasjons- og reduksjonspotensialet kan gjenspeile oksidasjonsreaksjonens forløp. Når verdien stabiliserer seg og cyanidinnholdet i malmmassen oppfyller den nødvendige standarden (vanligvis mindre enn 0.5 mg/L), anses reaksjonen som fullført.

3.2.3 Fordeler og ulemper

• FordelerDenne metoden produserer ikke giftige og flyktige gasser slik som syreaktiveringsmetoden, noe som gjør den tryggere for driftsmiljøet. Den kan effektivt oksidere og dekomponere cyanid, og oppnå målet om å fjerne cyanid fra overflaten av sulfidmalmer. Dessuten er reaksjonsproduktene relativt miljøvennlige.

• UlemperKostnaden for oksidanter er relativt høy, spesielt for sterke oksidanter som ozon, noe som øker prosesseringskostnadene for sulfidmalm. I tillegg påvirkes oksidasjonsreaksjonen lett av faktorer som malmmassens pH-verdi, temperatur og tilstedeværelsen av andre urenheter, noe som krever streng kontroll av reaksjonsbetingelsene.

3.3 Kobbersaltmetode

3.3.1 Prinsipp

Kobbersalter, som kobbersulfat, tilsettes sulfidmalmmassen med overflateadsorbert cyanid. Kobberionene reagerer med cyanid og danner uløselige kobber-cyanid-komplekser. Disse kompleksene kan deretter separeres fra malmmassen ved hjelp av faststoff-væske-separasjonsmetoder, og dermed oppnå fjerning av cyanid.

3.3.2 Prosesstrinn

1. Forberedelse av malmmasseFremstill sulfidmalmavgangen til en malmmasse med et passende forhold mellom fast stoff og væske.

2. KobbersalttilsetningTilsett en passende mengde kobbersulfat til malmmassen. Mengden kobbersulfat som tilsettes bestemmes av cyanidinnholdet i malmmassen, vanligvis med et molforhold mellom kobberioner og cyanidioner på 1–2:1. Kobbersulfat tilsettes vanligvis som en vandig løsning, og tilsetningsprosessen bør ledsages av kontinuerlig omrøring for å sikre jevn fordeling av kobberioner i malmmassen.

3. Reaksjon og faststoff-væskeseparasjonEtter tilsetning av kobbersaltet, la reaksjonen fortsette i 1–2 timer. Deretter utføres separasjon av fast stoff og væske på malmmassen ved hjelp av metoder som filtrering eller sedimentering. Det separerte faste stoffet inneholder kobbercyanidutfellinger og sulfidmineraler, mens den separerte væsken kan behandles videre for å oppfylle utslippsstandarden eller resirkuleres til andre formål.

3.3.3 Fordeler og ulemper

• FordelerDenne metoden kan effektivt fjerne cyanid fra overflaten av sulfidmalmer ved å danne uoppløselige utfellinger. Driftsprosessen er relativt enkel, og kobbersulfat er et vanlig og billig kjemisk reagens, som gir visse økonomiske fordeler.

• UlemperTilsetning av kobbersalter kan føre til kobberurenheter i malmmassen, noe som kan påvirke den påfølgende opparbeidelsen av sulfidmineraler. For eksempel, ved flotasjon av bly-sinksulfidmalm kan for store mengder kobberioner aktivere sfaleritt, noe som forstyrrer separasjonen av bly- og sinkmineraler. I tillegg må de separerte kobber-cyanidutfellingene deponeres på riktig måte for å forhindre sekundær forurensning.

3.4 Ny metode for komposittreagens

3.4.1 Prinsipp

Noen nyutviklede komposittreagenser, som en kombinasjon av polysulfider og natriummetabisulfitt, brukes. Polysulfidene reagerer med svovelholdige komponenter i cyanidholdige forbindelser på overflaten av sulfidmalmer, mens natriummetabisulfitt justerer systemets redokspotensial og fremmer nedbrytningen av cyanid, og dermed letter fjerningen.

3.4.2 Prosesstrinn

1. Forberedelse av malmmasseForbered sulfidmalmavgangen til malmmasse.

2. Tilsetning av komposittreagensTilsett komposittreagenset bestående av polysulfider og natriummetabisulfitt til malmmassen. Vektforholdet mellom polysulfider og natriummetabisulfitt er vanligvis 1:1, og mengden av det tilsatte komposittreagenset bestemmes basert på cyanidinnholdet i malmmassen og sulfidmalmens natur, vanligvis fra 0.5–2 kg per tonn malmmasse.

3. Reaksjon og overvåkingEtter tilsetning av komposittreagenset, la reaksjonen fortsette i 1–3 timer. Under reaksjonen, overvåk cyanidinnholdet og relevante kjemiske parametere, som redokspotensial og pH-verdi, i malmmassen. Juster reaksjonsbetingelsene raskt i henhold til overvåkingsresultatene for å sikre fullstendig fjerning av cyanid.

3.4.3 Fordeler og ulemper

• FordelerDenne metoden viser god tilpasningsevne til ulike typer sulfidmalmer. Komposittreagenset fungerer synergistisk for å effektivt fjerne cyanid fra overflaten av sulfidmalmer. Sammenlignet med metoder med ett enkelt reagens, kan den tilby bedre fjerningseffektivitet og ha mindre innvirkning på den påfølgende opparbeidelsen av sulfidmineraler.

• UlemperUtvikling og produksjon av komposittreagenser er relativt komplekst, og kostnadene kan være høyere enn for noen tradisjonelle metoder med ett enkelt reagens. Dessuten er den spesifikke reaksjonsmekanismen til komposittreagenser ennå ikke fullt ut forstått, noe som kan føre til usikkerhet i faktiske industrielle anvendelser.

4. Prosessoptimalisering og hensyn

4.1 Forbehandling av malm

Før man bruker noen av metodene ovenfor for å fjerne cyanid på overflaten av sulfidmalm, er det ofte nødvendig med passende forbehandling av malmen. Hvis for eksempel sulfidmalmavgangen inneholder en stor mengde finkornede gangmineraler, kan det utføres forscreening eller klassifisering for å fjerne de vanskelig behandlede finkornede fraksjonene. Dette kan forbedre kontakteffektiviteten mellom reagenset og sulfidmineralene med overflateadsorbert cyanid og redusere interferensen fra gangmineraler på reaksjonsprosessen.

4.2 Kontroll av reaksjonsbetingelser

• PH verdipH-verdien til malmmassen påvirker reaksjonsprosessen betydelig. Syreaktiveringsmetoden krever en lavere pH for å fremme nedbrytningen av cyanidholdige forbindelser, mens oksidantaktiveringsmetoden og kobbersaltmetoden må opprettholde et passende pH-område. For eksempel, når man bruker hydrogenperoksid som oksidant, er den optimale pH-verdien til malmmassen vanligvis 8–10, og når man bruker kobbersulfat, kontrolleres pH-verdien til malmmassen vanligvis til 6–8.

• TemperaturReaksjonstemperaturen påvirker også reaksjonshastigheten og effektiviteten. Generelt kan økning av temperaturen øke hastigheten. For noen reaksjoner, som oksidasjon av cyanid med hydrogenperoksid, kan imidlertid en for høy temperatur føre til at oksidasjonsmidlet dekomponerer, noe som reduserer oksidasjonseffektiviteten. Derfor må reaksjonstemperaturen optimaliseres i henhold til det spesifikke reaksjonssystemet, vanligvis innenfor området 20–40 °C.

• RørintensitetTilstrekkelig omrøring er viktig for å sikre jevn fordeling av reagenser i malmmassen og øke sannsynligheten for kontakt mellom reagenset og cyanidholdige stoffer på overflaten av sulfidmalmene. Imidlertid kan overdreven omrøring føre til unødvendig energiforbruk og mekanisk slitasje på utstyr. Den passende omrøringsintensiteten bør bestemmes gjennom eksperimentell forskning og praktisk produksjonserfaring.

4.3 Separasjon av faste stoffer og væsker og avløpsrensing

Etter reaksjonen for å fjerne cyanid på overflaten av sulfidmalmer, kreves effektiv separasjon av fast stoff og væske for å separere de behandlede sulfidmineralene fra reaksjonsløsningen. Vanlige metoder for separasjon av fast stoff og væske inkluderer filtrering, sedimentering og sentrifugering. Det separerte avløpsvannet inneholder vanligvis fortsatt noe gjenværende cyanid og andre urenheter, som må behandles ytterligere for å oppfylle utslippsstandarden. Avløpsrenseprosesser kan omfatte metoder som ytterligere oksidasjon, adsorpsjon og biologisk behandling.

5. Casestudier

5.1 Anvendelse av syreaktiveringsmetode i en gullgruve

I en viss gullgruve, etter cyanideringsutvaskingsprosessen, hadde sulfidmalmavgangen en viss mengde overflateadsorbert cyanid. Gruven brukte syreaktiveringsmetoden for behandling. Først ble avgangen omgjort til malmmasse med et faststoff-væskeforhold på 1:3. Deretter ble svovelsyre tilsatt for å justere malmmassens pH-verdi til 3. Etter reaksjon i 2 timer ble den genererte hydrogencyanidgassen samlet opp og absorbert av en natriumhydroksidløsning. Etter behandling falt cyanidinnholdet i malmmassen fra 5 mg/L til mindre enn 0.5 mg/L, og den påfølgende flotasjonsutvinningsgraden av sulfidmineraler økte med omtrent 10 %. Under driften utgjorde imidlertid hydrogencyanidgasslekkasje sikkerhetsrisikoer på operasjonsstedet, og utstyrsrørledningene ble utsatt for relativt alvorlig korrosjon.

5.2 Oksidantaktiveringsmetode i en polymetallisk sulfidmalmgruve

En polymetallisk sulfidmalmgruve brukte hydrogenperoksid som oksidasjonsmiddel for å fjerne cyanid på overflaten av sulfidmalmer. Malmmassens pH-verdi ble først justert til 9, og deretter ble hydrogenperoksid tilsatt i en dosering på 3 kg per tonn malmmasse. Etter reaksjon i 3 timer ble cyanidinnholdet i malmmassen redusert til et svært lavt nivå. Den påfølgende opparbeidelsen av kobber-, bly- og sinksulfidmineraler ble ikke påvirket av det gjenværende cyanidet, og den totale metallutvinningsgraden ble forbedret. Imidlertid førte den høye kostnaden for hydrogenperoksid til en økning i malmforedlingskostnadene med omtrent $5 per tonn.

6. konklusjon

Fjerning av cyanid på overflaten av sulfidmalmer er en avgjørende oppgave innen mineralforedling. Syreaktiveringsmetoden, oksidantaktiveringsmetoden, kobbersaltmetoden og den nye komposittreagensmetoden har hver sine fordeler og ulemper. I faktiske industrielle applikasjoner er det nødvendig å vurdere faktorer som sulfidmalmenes natur, miljøvernkrav og økonomiske kostnader for å velge den mest passende metoden. Ved å optimalisere prosessforholdene, forbehandle malmene og håndtere separasjon av fast stoff og væske og avløpsrensing på riktig måte, kan effektiviteten av fjerning av cyanid på overflaten av sulfidmalmer forbedres ytterligere, og dermed oppnå målene om ressursgjenvinning og miljøvern.