Proces odzyskiwania cyjanku sodu i metali ciężkich ze ścieków metodą zakwaszania

Wprowadzenie

Ścieki zawierające cyjanek powstają w różnych procesach przemysłowych, takich jak wydobycie złota, galwanizacja i produkcja chemiczna. Ze względu na wysoką toksyczność cyjanku , niewłaściwe odprowadzanie tych ścieków może powodować poważne zanieczyszczenie środowiska i szkody dla zdrowia ludzi. Dlatego oczyszczanie i odzyskiwanie zasobów ścieków zawierających cyjanek stały się kluczowymi kwestiami. Spośród metod oczyszczania, zakwaszanie i odzyskiwanie cyjanku sodu i metali ciężkich jest szeroko stosowanym i skutecznym podejściem, które nie tylko zmniejsza ryzyko dla środowiska, ale także umożliwia recykling cennych zasobów.

Zasada odzyskiwania zakwaszenia

Konwersja cyjanku do cyjanku wodoru (HCN)

W procesie zakwaszania do ścieków zawierających cyjanek dodawane są mocne kwasy, takie jak kwas siarkowy. W warunkach kwaśnych wolne jony cyjankowe w ściekach przekształcają się w cyjanowodór (HCN). Cyjanowodór jest związkiem lotnym. Gdy pH ścieków zostanie dostosowane do niskiej wartości, zwykle poniżej 2, reakcja będzie bardziej prawdopodobna, ułatwiając konwersję jonów cyjankowych w gaz HCN.

Odzyskiwanie cyjanku sodu

Wytworzony gaz HCN jest następnie wprowadzany do kolumny absorpcyjnej alkalicznej. Wewnątrz wieży reaguje z roztworem wodorotlenku sodu (NaOH). W miarę postępu reakcji powstaje cyjanek sodu (NaCN), który akumuluje się w roztworze absorpcyjnym. Gdy stężenie NaCN w roztworze osiągnie około 10–12%, można go poddać recyklingowi i ponownie wykorzystać w odpowiednich procesach przemysłowych, takich jak proces ługowania w górnictwie złota.

Uwalnianie i wytrącanie metali ciężkich

Oprócz wolnego cyjanku ścieki często zawierają kompleksy metali ciężkich i cyjanku, takie jak te miedzi i cynku. W warunkach kwaśnych kompleksy te ulegają rozpadowi. Po uwolnieniu jonów metali ciężkich mogą one tworzyć nierozpuszczalne sole i wytrącać się w określonych warunkach. Na przykład dostosowanie wartości pH lub dodanie pewnych środków wytrącających może spowodować wytrącanie się jonów miedzi.

Etapy procesu

Krok 1: Wstępne oczyszczanie ścieków

Zasadowe ścieki o wysokim stężeniu zawierające cyjanek przechodzą najpierw przez wymiennik ciepła parowego, aby kontrolować ich temperaturę. Zazwyczaj temperatura jest utrzymywana w zakresie 20–25°C. Taka kontrola temperatury pomaga zoptymalizować późniejszą szybkość reakcji i zapewnia stabilność procesu. Stężenie cyjanku w ściekach o wysokim stężeniu waha się zazwyczaj od 5000 do 5500 ppm, a wartość pH wynosi od 10.5 do 12.5.

Krok 2: Zakwaszenie

Wstępnie oczyszczone ścieki są podawane do zakwaszającej wieży natryskowej z określoną szybkością przepływu, na przykład 2 m³/h. Następnie dodawany jest stężony kwas siarkowy. Ilość dodawanego kwasu siarkowego jest dostosowywana do charakterystyki ścieków, zazwyczaj 25 - 30 kg/m³, aby obniżyć wartość pH ścieków do wartości mniejszej niż 2. Ciepło uwalniane podczas dodawania kwasu siarkowego może przyspieszyć reakcję, ułatwiając przekształcanie się wolnych jonów cyjankowych w ściekach w lotny HCN.

Krok 3: Generowanie i separacja HCN

W silnie kwaśnym środowisku wieży natryskowej do zakwaszania, promowana jest konwersja cyjanku do HCN. Powstały gaz HCN jest następnie zasysany przez wentylator odśrodkowy próżniowy i wchodzi do następnego etapu - wieży absorpcyjnej alkaliów. Jednocześnie, gdy wartość pH spada, niektóre jony metali ciężkich w ściekach zaczynają się zmieniać. Na przykład, stężenie jonów miedzi w ściekach może spaść, a niektóre metale ciężkie zaczynają tworzyć osady.

Krok 4: Absorpcja i odzyskiwanie cyjanku sodu

Gaz HCN trafia do kolumny absorpcyjnej alkaliów i jest absorbowany przez 20%-30% roztwór NaOH. Alkaliczna ciecz absorpcyjna w wieży jest poddawana recyklingowi, a podczas procesu recyklingu wentylator zapewnia wielokrotną absorpcję gazu HCN. W miarę postępu reakcji absorpcji stężenie NaCN w cieczy absorpcyjnej stopniowo wzrasta. Gdy stężenie NaCN osiągnie 10%-12%, można go zawrócić do procesu ługowania w celu ponownego wykorzystania, co pozwala na odzyskanie cyjanku sodu.

Krok 5: Wytrącanie i oddzielanie metali ciężkich

W przypadku ścieków po uwolnieniu HCN, ponieważ niektóre kompleksy metali ciężkich - cyjanków uległy rozkładowi w warunkach kwaśnych, można przeprowadzić dalszą obróbkę w celu wytrącenia metali ciężkich. Na przykład dostosowanie wartości pH ścieków do zakresu zasadowego może spowodować wytrącanie się wodorotlenków metali ciężkich. Następnie można zastosować metody separacji ciało stałe - ciecz, takie jak filtracja lub sedymentacja, w celu oddzielenia wytrąconych metali ciężkich od ścieków, co pozwala na usunięcie i odzyskanie metali ciężkich.

Zalety metody odzyskiwania zakwaszenia

Recykling zasobów

Metoda odzyskiwania zakwaszenia może skutecznie odzyskiwać cyjanek sodu ze ścieków zawierających cyjanek, który może być ponownie wykorzystany w odpowiednich procesach przemysłowych, zmniejszając zużycie nowego cyjanku sodu i obniżając koszty produkcji. Jednocześnie można również odzyskiwać metale ciężkie, zamieniając odpady w cenne zasoby.

Koszt - Efektywność

W porównaniu z niektórymi innymi metodami oczyszczania, które skupiają się wyłącznie na niszczeniu cyjanku, metoda odzysku zakwaszenia nie tylko oczyszcza ścieki, ale także odzyskuje cenne substancje. Chociaż wymaga zużycia kwasu i zasady, wartość odzyskanego cyjanku sodu i metali ciężkich może zrównoważyć część kosztów oczyszczania, czyniąc ogólne oczyszczanie bardziej opłacalnym w dłuższej perspektywie.

Przyjazność dla środowiska

Dzięki odzyskiwaniu cyjanku sodu i metali ciężkich ilość zanieczyszczeń w ściekach jest znacznie zmniejszona. Oczyszczone ścieki mają niższą zawartość cyjanku i metali ciężkich, co sprzyja późniejszemu odprowadzaniu lub dalszemu oczyszczaniu, zmniejszając negatywny wpływ na środowisko.

Zużycie w procesie odzyskiwania zakwaszenia

Zużycie metody odzyskiwania zakwaszenia dla ścieków zawierających cyjanek obejmuje głównie kwas siarkowy, sodę kaustyczną (NaOH), wapno i energię elektryczną. Zimą konieczne jest wstępne podgrzanie ścieków, więc zużywana jest również para.

1. Spożycie kwasu

• Konwersja cyjanku do HCN : Ilość kwasu siarkowego potrzebna do konwersji cyjanku w ściekach do HCN zależy od stężenia cyjanku w ściekach. Na przykład, aby oczyścić 1 m³ ścieków o stężeniu cyjanku 5000 ppm, wymagana jest określona ilość kwasu siarkowego.

• Zakwaszanie ścieków : Oprócz kwasu do konwersji cyjanku, stosuje się dodatkowy kwas w celu dostosowania poziomu kwasowości ścieków do odpowiedniego poziomu. Ilość kwasu potrzebna do obniżenia pH poniżej 2 jest ważnym czynnikiem.

• Reakcja z alkaliami w ściekach : W ściekach mogą znajdować się pewne substancje alkaliczne, które reagują z kwasem siarkowym, ale na ogół ich zużycie jest stosunkowo niewielkie w porównaniu do ilości wykorzystywanych do konwersji cyjanku i zakwaszania.

• Reakcja z węglanem w odpadach : Jeśli surowce zawierające cyjanek mają wysoką zawartość węgla , jak np. w niektórych szlamach odpadów cyjankowych, węglan reaguje z kwasem, tworząc dwutlenek węgla. W takich przypadkach zużycie kwasu siarkowego znacznie wzrasta, a materiały te mogą nie być idealne do oczyszczania metodą odzysku kwasu.

2. Zużycie alkaliów : W kolumnie absorpcyjnej alkaliów soda kaustyczna (NaOH) jest używana do absorpcji HCN i tworzenia NaCN. Ilość zużytego NaOH jest zależna od ilości wytworzonego HCN i wydajności absorpcji.

3. Zużycie wapna : W niektórych przypadkach wapno może być stosowane w dalszym oczyszczaniu ścieków, np. w celu regulacji pH w celu wytrącania metali ciężkich. Ilość potrzebnego wapna zależy od rodzaju i stężenia metali ciężkich w ściekach oraz wymaganego zakresu regulacji pH.

4. Zużycie energii elektrycznej i pary : Energia elektryczna jest zużywana przez urządzenia takie jak pompy, wentylatory i wentylatory odśrodkowe. Zimą, podczas podgrzewania ścieków, para jest zużywana w celu podniesienia temperatury do poziomu odpowiedniego do zajścia reakcji.

Wniosek

Metoda odzyskiwania zakwaszenia ścieków zawierających cyjanek w celu odzyskania cyjanku sodu i metali ciężkich jest kompleksową i skuteczną technologią oczyszczania. Dzięki przestrzeganiu określonych etapów procesu może ona nie tylko usuwać toksyczny cyjanek i metale ciężkie ze ścieków, ale także poddawać recyklingowi cenne zasoby. Chociaż proces ten wiąże się z pewnym zużyciem materiałów i energii, biorąc pod uwagę korzyści środowiskowe i ekonomiczne, ma on szerokie perspektywy zastosowania w oczyszczaniu ścieków zawierających cyjanek. Jednak w rzeczywistej eksploatacji należy podjąć surowe środki bezpieczeństwa ze względu na toksyczność gazu HCN. Jednocześnie wymagana jest ciągła optymalizacja parametrów procesu w celu poprawy wydajności odzyskiwania i obniżenia kosztów.