Metody i procesy usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych

1. Wstęp

W metalurgii, a zwłaszcza w wydobyciu złota i przetwórstwie rud siarczkowych, obecność cyjanku na powierzchni rud siarczkowych stanowi poważne wyzwanie. Cyjanek jest szeroko stosowany w procesie ługowania cyjankowego w procesie ekstrakcji złota ze względu na jego zdolność do tworzenia kompleksów ze złotem, co ułatwia jego rozpuszczanie. Jednak po procesie ługowania, pozostały cyjanek na powierzchni rud siarczkowych w odpadach nie tylko prowadzi do zanieczyszczenia środowiska, ale także hamuje późniejsze wzbogacanie minerałów siarczkowych, zmniejszając ogólny wskaźnik odzysku cennych metali. Dlatego opracowanie skutecznych metod usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych ma kluczowe znaczenie dla zrównoważonego przetwórstwa minerałów i ochrony środowiska.

2. Istniejące problemy z cyjankiem na powierzchniach rud siarczkowych

2.1 Wpływ na środowisko

Cyjanek jest substancją silnie toksyczną. Gdy rudy siarczkowe z powierzchniowo adsorbowanym cyjankiem są odprowadzane do środowiska, cyjanek może stopniowo wypłukiwać i zanieczyszczać glebę, źródła wody i powietrze. Nawet w niskich stężeniach cyjanek może być niezwykle szkodliwy dla organizmów wodnych, roślin i zdrowia ludzi. Na przykład w niektórych obszarach górniczych, gdzie doszło do niewłaściwej utylizacji odpadów zawierających cyjanek, w pobliskich zbiornikach wodnych zaobserwowano znaczny spadek zawartości rozpuszczonego tlenu, co spowodowało śmierć ryb i innych organizmów wodnych.

2.2 Hamowanie wzbogacania minerałów siarczkowych

Cyjanek zaadsorbowany na powierzchni rud siarczkowych, takich jak piryt, chalkopiryt i sfaleryt, może tworzyć warstwę pasywacyjną na powierzchni minerału. Ta warstwa zmniejsza reaktywność minerałów siarczkowych podczas późniejszej flotacji lub innych procesów wzbogacania. Na przykład podczas flotacji rud siarczkowych zawierających miedź obecność cyjanku na powierzchni chalkopirytu może osłabić jego interakcję z kolektorami, utrudniając skuteczne oddzielanie minerałów miedzi od minerałów gangowych, co zmniejsza klasę i szybkość odzysku koncentratów miedzi.

3. Metody usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych

3.1 Metoda aktywacji kwasowej

3.1.1 Zasada

Metoda aktywacji kwasowej wykorzystuje głównie kwasy takie jak kwas siarkowy lub szczawiowy do reakcji ze związkami zawierającymi cyjanek na powierzchni rud siarczkowych. Gdy dodawany jest kwas, powoduje on rozkład kompleksów cyjanek-metal. W rezultacie powstaje gaz cyjanku wodoru. Jednak w dobrze zaprojektowanym procesie ten lotny cyjanowodór można odzyskać i ponownie wykorzystać za pomocą odpowiednich systemów absorpcyjnych.

3.1.2 Etapy procesu

1. Przygotowanie pulpy rudowej : Najpierw należy wymieszać odpady siarczkowe z powierzchniowo zaadsorbowanym cyjankiem i wodą, aby uzyskać jednorodną pulpę rudową. Stosunek fazy stałej do ciekłej pulpy rudowej jest zazwyczaj dostosowywany w zależności od jej właściwości i specyficznych wymagań procesowych, zazwyczaj w zakresie 1:2–1:5.

2. Dodawanie kwasu : Powoli dodawaj kwas siarkowy lub szczawiowy do pulpy rudowej, ciągle mieszając. Ilość dodawanego kwasu należy starannie kontrolować, w zależności od zawartości cyjanku w pulpie rudowej. Zazwyczaj pH pulpy rudowej dostosowuje się do zakresu 2-4, a pH należy monitorować na bieżąco za pomocą pehametru podczas procesu dodawania.

3. Reakcja i oczyszczanie gazu : Po dodaniu kwasu, reakcja powinna trwać około 1–3 godzin. W tym czasie powstaje cyjanowodór. Aby zapobiec zanieczyszczeniu środowiska tym gazem, instalowany jest system jego gromadzenia i oczyszczania. Wytworzony cyjanowodór jest kierowany do wieży absorpcyjnej wypełnionej roztworem alkalicznym, takim jak roztwór wodorotlenku sodu. W tym miejscu cyjanowodór reaguje z wodorotlenkiem sodu, a odzyskany roztwór cyjanku sodu, jeśli spełnia wymagania jakościowe, może zostać zawrócony do procesu cyjanizacji.

3.1.3 Zalety i wady

• Zalety : Ta metoda jest stosunkowo prosta zarówno pod względem zasady działania, jak i działania. Pozwala skutecznie rozłożyć związki zawierające cyjanek na powierzchni rud siarczkowych i ma potencjał recyklingu cyjanku, co zmniejsza całkowity koszt jego wykorzystania w procesie wydobywczym.

• Wady : Wiąże się to ze znacznym ryzykiem dla bezpieczeństwa. Cyjanowodór jest silnie toksyczny, a jego wyciek podczas reakcji może stanowić poważne zagrożenie dla operatorów i środowiska. Ponadto kwasy stosowane w tej metodzie są żrące, co może uszkodzić sprzęt i rurociągi, zwiększając koszty konserwacji i skracając żywotność sprzętu.

3.2 Metoda aktywacji utleniacza

3.2.1 Zasada

Do utleniania cyjanku na powierzchni rud siarczkowych stosuje się utleniacze, takie jak nadtlenek wodoru, nadmanganian potasu i ozon. Utleniacze te rozbijają wiązania chemiczne związków cyjankowych, przekształcając cyjanek w stosunkowo nietoksyczne substancje, takie jak azot i węglany.

3.2.2 Etapy procesu

1. Przygotowanie pulpy rudnej : Podobnie jak w przypadku metody aktywacji kwasowej, należy przygotować odpady rudy siarczkowej w celu uzyskania pulpy rudnej o odpowiednim stosunku substancji stałych do cieczy.

2. Dodawanie utleniacza : Dodaj wybrany utleniacz do pulpy rudowej. Ilość dodanego utleniacza zależy od zawartości cyjanku w pulpie rudowej oraz potencjału utleniającego utleniacza. Na przykład, w przypadku stosowania nadtlenku wodoru, dawka wynosi zazwyczaj 1–5 kg na tonę pulpy rudowej, natomiast nadmanganian potasu dodaje się zazwyczaj w ilości 0.5–2 kg na tonę pulpy rudowej. Dodawanie należy przeprowadzać powoli, ciągle mieszając, aby zapewnić równomierne wymieszanie.

3. Reakcja i monitorowanie : Pozostawić utleniacz do reakcji z cyjankiem w rudzie przez 2–4 godziny. Podczas reakcji monitorować potencjał utleniania-redukcji oraz zawartość cyjanku w rudzie. Wartość potencjału utleniania-redukcji może odzwierciedlać postęp reakcji utleniania. Gdy wartość się ustabilizuje, a zawartość cyjanku w rudzie osiągnie wymagany poziom (zwykle poniżej 0.5 mg/l), reakcję uznaje się za zakończoną.

3.2.3 Zalety i wady

• Zalety : Metoda ta nie wytwarza toksycznych i lotnych gazów, jak metoda aktywacji kwasowej, co czyni ją bezpieczniejszą dla środowiska. Pozwala ona skutecznie utleniać i rozkładać cyjanek, co pozwala na usunięcie cyjanku z powierzchni rud siarczkowych. Ponadto produkty reakcji są stosunkowo przyjazne dla środowiska.

• Wady : Koszt utleniaczy jest stosunkowo wysoki, zwłaszcza w przypadku silnych utleniaczy, takich jak ozon, co zwiększa koszty przetwarzania rud siarczkowych. Ponadto reakcja utleniania jest podatna na wpływ takich czynników, jak pH pulpy rudowej, temperatura i obecność innych zanieczyszczeń, co wymaga ścisłej kontroli warunków reakcji.

3.3 Metoda soli miedzi

3.3.1 Zasada

Sole miedzi, takie jak siarczan miedzi, są dodawane do pulpy rudy siarczkowej z powierzchniowo adsorbowanym cyjankiem. Jony miedzi reagują z cyjankiem, tworząc nierozpuszczalne kompleksy miedzi z cyjankiem. Kompleksy te można następnie oddzielić od pulpy rudy za pomocą metod separacji ciało stałe - ciecz, co pozwala na usunięcie cyjanku.

3.3.2 Etapy procesu

1. Przygotowanie pulpy rudowej : Odpady siarczkowe należy przygotować w postaci pulpy rudowej o odpowiednim stosunku substancji stałych do cieczy.

2. Dodawanie soli miedzi : Dodać odpowiednią ilość siarczanu miedzi do pulpy rudowej. Ilość dodawanego siarczanu miedzi zależy od zawartości cyjanku w pulpie rudowej, zazwyczaj przy stosunku molowym jonów miedzi do jonów cyjankowych wynoszącym 1–2:1. Siarczan miedzi zazwyczaj dodaje się w postaci roztworu wodnego, a procesowi dodawania powinno towarzyszyć ciągłe mieszanie, aby zapewnić równomierne rozprowadzenie jonów miedzi w pulpie rudowej.

3. Reakcja i rozdział ciecz-ciało stałe : Po dodaniu soli miedzi, należy pozwolić reakcji trwać 1-2 godziny. Następnie przeprowadzić rozdział ciecz-ciało stałe w pulpie rudowej, stosując metody takie jak filtracja lub sedymentacja. Oddzielona substancja stała zawiera osady cyjanku miedzi i minerały siarczkowe, a oddzieloną ciecz można poddać dalszej obróbce, aby spełnić normy dotyczące zrzutu, lub zawrócić do innych celów.

3.3.3 Zalety i wady

• Zalety : Metoda ta pozwala skutecznie usuwać cyjanek z powierzchni rud siarczkowych poprzez tworzenie nierozpuszczalnych osadów. Proces jest stosunkowo prosty, a siarczan miedzi (VI) jest powszechnym i niedrogim odczynnikiem chemicznym, oferującym pewne korzyści ekonomiczne.

• Wady : Dodanie soli miedzi może wprowadzić zanieczyszczenia miedziowe do pulpy rudowej, co może wpłynąć na późniejsze wzbogacanie minerałów siarczkowych. Na przykład, podczas flotacji rud siarczku ołowiu i cynku, nadmiar jonów miedzi może aktywować sfaleryt, zakłócając separację minerałów ołowiu i cynku. Ponadto, oddzielone osady cyjanku miedzi muszą być odpowiednio utylizowane, aby zapobiec wtórnemu zanieczyszczeniu.

3.4 Nowa metoda odczynników kompozytowych

3.4.1 Zasada

Niektóre nowo opracowane odczynniki kompozytowe, takie jak połączenie polisulfidów i metabisulfitu sodu, są używane. Polisulfidy reagują z zawierającymi siarkę składnikami w związkach zawierających cyjanek na powierzchni rud siarczkowych, podczas gdy metabisulfit sodu reguluje potencjał redoks układu i wspomaga rozkład cyjanku, ułatwiając w ten sposób jego usuwanie.

3.4.2 Etapy procesu

1. Przygotowanie pulpy rudowej : Przygotowanie odpadów rudy siarczkowej w celu uzyskania pulpy rudowej.

2. Dodawanie odczynnika złożonego : Do ​​pulpy rudowej należy dodać odczynnik złożony, składający się z polisiarczków i metabisiarczynu sodu. Stosunek wagowy polisiarczków do metabisiarczynu sodu wynosi zazwyczaj 1:1. Ilość dodawanego odczynnika złożonego jest ustalana na podstawie zawartości cyjanków w pulpie rudowej i rodzaju rudy siarczkowej, zazwyczaj w zakresie od 0.5 do 2 kg na tonę pulpy rudowej.

3. Reakcja i monitorowanie : Po dodaniu odczynnika kompozytowego, pozostawić reakcję na 1–3 godziny. W trakcie reakcji monitorować zawartość cyjanku i istotne parametry chemiczne, takie jak potencjał redoks i wartość pH, w pulpie rudowej. Niezwłocznie dostosować warunki reakcji zgodnie z wynikami monitorowania, aby zapewnić całkowite usunięcie cyjanku.

3.4.3 Zalety i wady

• Zalety : Metoda ta charakteryzuje się dobrą adaptacją do różnych rodzajów rud siarczkowych. Odczynnik kompozytowy działa synergicznie, skutecznie usuwając cyjanek z powierzchni rud siarczkowych. W porównaniu z metodami jednoodczynnikowymi, może ona zapewniać lepszą wydajność usuwania i mieć mniejszy wpływ na późniejsze wzbogacanie minerałów siarczkowych.

• Wady : Opracowywanie i produkcja odczynników kompozytowych są stosunkowo skomplikowane, a ich koszt może być wyższy niż w przypadku niektórych tradycyjnych metod wykorzystujących pojedyncze odczynniki. Ponadto, specyficzny mechanizm reakcji odczynników kompozytowych nie jest jeszcze w pełni poznany, co może wprowadzać niepewność w rzeczywistych zastosowaniach przemysłowych.

4. Optymalizacja procesu i rozważania

4.1 Wstępna obróbka rud

Przed użyciem którejkolwiek z powyższych metod usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych często konieczne jest odpowiednie wstępne przetworzenie rudy. Na przykład, jeśli odpady rudy siarczkowej zawierają dużą ilość drobnoziarnistych minerałów gangowych, można przeprowadzić wstępne przesiewanie lub klasyfikację w celu usunięcia trudnych do przetworzenia drobnoziarnistych frakcji. Może to zwiększyć wydajność kontaktu między odczynnikiem a minerałami siarczkowymi z powierzchniowo zaadsorbowanym cyjankiem i zmniejszyć zakłócenia minerałów gangowych w procesie reakcji.

4.2 Kontrola warunków reakcji

• Wartość pH : Wartość pH pulpy rudowej ma znaczący wpływ na proces reakcji. Metoda aktywacji kwasowej wymaga niższego pH, aby wspomóc rozkład związków zawierających cyjanek, podczas gdy metoda aktywacji utleniającej i metoda z solą miedzi wymagają utrzymania odpowiedniego zakresu pH. Na przykład, przy użyciu nadtlenku wodoru jako utleniacza, optymalne pH pulpy rudowej wynosi zazwyczaj 8-10. Natomiast przy użyciu siarczanu miedzi (MH) pH pulpy rudowej utrzymuje się zazwyczaj na poziomie 6-8.

• Temperatura : Temperatura reakcji wpływa również na szybkość i wydajność reakcji. Zasadniczo, zwiększenie temperatury może przyspieszyć reakcję. Jednak w przypadku niektórych reakcji, takich jak utlenianie cyjanku nadtlenkiem wodoru, zbyt wysoka temperatura może spowodować rozkład utleniacza, zmniejszając wydajność utleniania. Dlatego temperaturę reakcji należy zoptymalizować w zależności od konkretnego układu reakcji, zazwyczaj w zakresie 20–40°C.

• Intensywność mieszania : Odpowiednie mieszanie jest niezbędne do zapewnienia równomiernego rozprowadzenia odczynników w rudzie i zwiększenia prawdopodobieństwa kontaktu między odczynnikiem a substancjami zawierającymi cyjanek na powierzchni rud siarczkowych. Jednakże nadmierne mieszanie może prowadzić do niepotrzebnego zużycia energii i mechanicznego zużycia sprzętu. Odpowiednią intensywność mieszania należy określić na podstawie badań eksperymentalnych i praktycznego doświadczenia produkcyjnego.

4.3 Separacja substancji stałych od cieczy i oczyszczanie ścieków

Po reakcji usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych, wymagana jest skuteczna separacja ciało stałe-ciecz, aby oddzielić przetworzone minerały siarczkowe od roztworu reakcyjnego. Powszechnie stosowane metody separacji ciało stałe-ciecz obejmują filtrację, sedymentację i wirowanie. Oddzielone ścieki zazwyczaj nadal zawierają resztki cyjanku i inne zanieczyszczenia, które należy poddać dalszej obróbce, aby spełnić normę zrzutu. Procesy oczyszczania ścieków mogą obejmować takie metody, jak dalsze utlenianie, adsorpcja i oczyszczanie biologiczne.

5. Studia przypadków

5.1 Zastosowanie metody aktywacji kwasem w kopalni złota

W pewnej kopalni złota, po procesie ługowania cyjankowego, odpady rudy siarczkowej zawierały pewną ilość powierzchniowo zaadsorbowanego cyjanku. Kopalnia stosowała metodę aktywacji kwasowej do oczyszczania. Najpierw odpady przerabiano na pulpę rudy o stosunku ciało stałe-ciecz 1:3. Następnie dodawano kwas siarkowy, aby dostosować wartość pH pulpy rudy do 3. Po 2 godzinach reakcji, wytworzony gaz cyjanku wodoru został zebrany i zaabsorbowany przez roztwór wodorotlenku sodu. Po oczyszczeniu, zawartość cyjanku w pulpie rudy spadła z 5 mg/l do mniej niż 0.5 mg/l, a późniejsza szybkość odzysku minerałów siarczkowych z flotacji wzrosła o około 10%. Jednak podczas eksploatacji wyciek gazu cyjanku wodoru stwarzał zagrożenia dla bezpieczeństwa w miejscu eksploatacji, a rurociągi urządzeń uległy stosunkowo poważnej korozji.

5.2 Metoda aktywacji utleniacza w kopalni rudy siarczkowej polimetalicznej

Kopalnia rudy siarczkowej polimetalicznej stosowała nadtlenek wodoru jako utleniacz do usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych. Wartość pH pulpy rudy została najpierw dostosowana do 9, a następnie dodano nadtlenek wodoru w dawce 3 kg na tonę pulpy rudy. Po 3 godzinach reakcji zawartość cyjanku w pulpie rudy została zredukowana do bardzo niskiego poziomu. Na późniejsze wzbogacanie minerałów siarczku miedzi, ołowiu i cynku nie miał wpływu pozostały cyjanek, a ogólny wskaźnik odzysku metali uległ poprawie. Jednak wysoki koszt nadtlenku wodoru doprowadził do wzrostu kosztów przetwarzania rudy o około 5 USD na tonę.

6. Wniosek

Usuwanie cyjanku z powierzchni rud siarczkowych jest kluczowym zadaniem w dziedzinie przetwórstwa minerałów. Metoda aktywacji kwasowej, metoda aktywacji utleniacza, metoda soli miedziowej i nowa metoda odczynników kompozytowych mają swoje zalety i wady. W rzeczywistych zastosowaniach przemysłowych konieczne jest kompleksowe rozważenie czynników, takich jak charakter rud siarczkowych, wymogi ochrony środowiska i koszty ekonomiczne, aby wybrać najbardziej odpowiednią metodę. Tymczasem poprzez optymalizację warunków procesu, wstępną obróbkę rud i właściwe postępowanie z separacją ciało stałe-ciecz i oczyszczaniem ścieków, wydajność usuwania cyjanku z powierzchni rud siarczkowych może zostać dodatkowo zwiększona, osiągając cele odzyskiwania zasobów i ochrony środowiska.