Proces oczyszczania ścieków metodą ekstrakcji złota cyjankiem

W chwili obecnej, cyjanek metoda ekstrakcji złota jest jednym z głównych dojrzałych procesów wytopu złota w Chinach. Wykorzystuje roztwór cyjanku do ekstrakcji złota z rud, charakteryzując się wysokim wskaźnikiem odzysku, silną adaptacją do właściwości rudy i możliwością produkcji złota na miejscu. Od czasu pierwszego użycia roztworu cyjanku do wypłukiwania złota z rud w 1887 r. metoda ta była szeroko stosowana do dziś. Jednak ekstrakcja złota cyjankiem generuje dużą ilość toksycznych i szkodliwych substancji, stwarzając ogromne zagrożenie dla otaczającego środowiska i ludzi. Dlatego też, aby zmniejszyć szkody, konieczne jest zbadanie metod oczyszczania ścieków z ekstrakcji złota cyjankiem. Wielu badaczy podsumowało metody oczyszczania, zasady chemiczne i trendy rozwojowe ścieków zawierających cyjanek, ale większość z nich omawia tylko jedną lub dwie metody. Dlatego też niniejszy artykuł przeprowadza szczegółową analizę różnych metod oczyszczania ścieków z ekstrakcji złota cyjankiem, które są obecnie stosowane w przemyśle, porównuje zalety, wady i scenariusze zastosowań każdej metody, co ma pewne znaczenie przewodnie dla podobnych zastosowań w rzeczywistej produkcji.

I. Źródła i zagrożenia ścieków z ekstrakcji złota cyjankiem

Główną zasadą ekstrakcji złota cyjankiem jest to, że w środowisku tlenowym, cyjanek sodowy reaguje ze złotem, tworząc kompleksy złota, które następnie ulegają rozpuszczeniu. Następnie złoto można wyekstrahować poprzez wzbogacenie poprzez adsorpcję węgla aktywnego lub wyprzeć proszek cynkowy z cyjanku złota. W tym samym czasie inne metale ciężkie, takie jak srebro, miedź i cynk, również tworzą kompleksy i rozpuszczają się.

cyjanki stosowane w reakcji i kompleksy, które powstają, są substancjami toksycznymi i szkodliwymi. Cyjanek sodu łatwo ulega hydrolizie i jest substancją wysoce toksyczną klasy 1, której śmiertelna dawka wynosi 0.10 g. Kiedy Cyjanki wyciek do zbiorników wodnych, jest niezwykle szkodliwy dla organizmów w wodzie i spowoduje ogromne zagrożenie dla ludzi i otaczającego środowiska. Dlatego oczyszczanie ścieków z ekstrakcji złota cyjankiem jest bardzo ważne.

II. Główne metody oczyszczania ścieków z ekstrakcji złota cyjankiem

Metoda chlorowania alkalicznego

Metoda alkalicznego chlorowania jest obecnie jedną z najczęściej stosowanych metod oczyszczania ścieków zawierających cyjanek z ekstrakcji złota cyjankowego. Wykorzystuje głównie utleniacze na bazie chloru do utleniania cyjanków w ściekach w warunkach alkalicznych, przekształcając je w substancje nietoksyczne. Proces usuwania cyjanku metodą alkalicznego chlorowania dzieli się na dwa etapy:

Pierwszy etap polega na utlenieniu cyjanku do cyjanianu, co nazywa się etapem „niepełnego utleniania”. CN⁻ reaguje z OCl⁻, tworząc najpierw CNCl, a następnie hydrolizuje do CNO⁻. Należy zauważyć, że CNCl jest wysoce lotny i toksyczny w warunkach kwaśnych. Dlatego podczas pracy wartość pH musi być ściśle kontrolowana, aby była w stanie zasadowym.

Drugi etap polega na dalszym utlenianiu cyjanianu do dwutlenku węgla i azotu, co nazywa się etapem „całkowitego utleniania”. Podczas procesu rozbijania cyjanku, wartość pH ma duży wpływ na reakcję utleniania. Wartość pH pierwszego etapu utleniania powinna być kontrolowana na poziomie 10 - 11., a czas reakcji wynosi 10 - 15 minut. Wartość pH drugiego etapu utleniania powinna być kontrolowana na poziomie 6.5 - 7.0., a czas reakcji wynosi 10 - 15 minut.

Pewna kopalnia stosuje metodę chlorowania alkalicznego do obróbki supernatantu szlamu z cyjanku (o zawartości cyjanku 200 mg/l) i wody przesiąkającej ze zbiornika sedymentacyjnego (o zawartości cyjanku 5 mg/l). Wartość pH jest kontrolowana na poziomie 10 - 11., a proszek wybielający jest dodawany w stosunku 35 - 40 razy większym od zawartości cyjanku w celu wymieszania i wymieszania. Po sedymentacji w zagęszczaczu całkowitą zawartość cyjanku można zmniejszyć do 0.1 mg/l.

Metoda chlorowania alkalicznego jest najczęściej stosowaną metodą oczyszczania ścieków zawierających cyjanek, a proszek wybielający jest najczęściej stosowanym utleniaczem na bazie chloru. Ta metoda nadaje się do oczyszczania ścieków z ekstrakcji złota cyjankiem o wysokim lub niskim stężeniu. Może również usuwać kompleksy zawierające tiocyjanian i cyjanek (z wyjątkiem kompleksów żelazocyjankowych). Lek jest szeroko dostępny, wytworzone pozostałości odpadów są łatwe do filtrowania, a obsługa jest prosta. Jednak środowisko operacyjne jest stosunkowo trudne podczas stosowania proszku wybielającego do oczyszczania ścieków. Obecnie niektóre przedsiębiorstwa stosują zamiast tego płyn wybielający lub dwutlenek chloru, co w pewnym stopniu poprawia środowisko operacyjne. Jednak podczas procesu reakcji wytwarzane są toksyczne gazy i ma on stosunkowo dużą korozyjność dla sprzętu. Koszt leku i koszty konserwacji są stosunkowo wysokie.

Metoda kompleksowania soli żelazawych

Metoda kompleksowania soli żelazawych to metoda oczyszczania ścieków z ekstrakcji złota cyjankiem, która pojawiła się w ostatnich latach. Poprzez kontrolowanie wartości pH reakcji na poziomie 7 - 8 jony żelazawe reagują z wolnym cyjankiem i niektórymi kompleksami cyjankowymi w ściekach z ekstrakcji złota cyjankiem, tworząc osady.

Eksperymenty wykazały, że generalnie dodanie tylko siarczanu żelazawego do oczyszczania ścieków z ekstrakcji złota cyjankiem nie może sprawić, że ścieki spełnią normy zrzutu. Dlatego też do oczyszczonych ścieków należy dodać ogólny utleniacz w celu głębokiego usunięcia cyjanku. O ile warunki są dobrze kontrolowane, utleniacz można dodać bezpośrednio do oczyszczania bez oddzielania osadu, a także można osiągnąć normę zrzutu. Ma to pozytywne znaczenie w porównaniu z tradycyjną metodą najpierw oddzielania, a następnie oczyszczania.

Pewna huta złota wykorzystuje metodę siarczku sodu - siarczanu żelazawego do oczyszczania cieczy ubogiej w cyjanek. Zawartość cyjanku w dopływie wynosi 2500 mg/l. Po oczyszczeniu ścieki mają zawartość cyjanku mniejszą niż 20 mg/l, przy współczynniku usuwania 99.2%, co daje niezwykłe rezultaty. Następne głębokie oczyszczanie wykorzystuje metodę metabisulfitu sodu - powietrza w celu zmniejszenia całkowitego cyjanku do mniej niż 0.4 mg/l.

Metoda kompleksowania soli żelazawych jest nową metodą oczyszczania, stosowaną głównie do oczyszczania ścieków zawierających cyjanek o wysokim stężeniu. Jej proces jest prosty, jednorazowa inwestycja jest niewielka, jest łatwa w obsłudze, lek (głównie siarczan żelazawy) jest szeroko dostępny, niedrogi i łatwy w użyciu. Jednakże, ponieważ roztwór siarczanu żelazawego jest kwaśny, po zmieszaniu go ze ściekami z ekstrakcji złota cyjankiem, lokalny obszar staje się kwaśny i istnieje możliwość wytworzenia gazu cyjanku wodoru. Co więcej, nie może ona usunąć tiocyjanianu, a oczyszczone ścieki nadal wymagają głębokiego oczyszczania, aby spełnić normy zrzutu.

Metabisulfit sodu - metoda powietrzna

Metoda metabisulfitu sodu - powietrze jest rozwinięta z metody dwutlenku siarki - powietrze. Wykorzystuje głównie synergistyczny efekt metabisulfitu sodu i powietrza na cyjanki w ściekach w określonym zakresie pH, z katalitycznym efektem jonów miedzi, aby utlenić CN⁻ do CNO⁻.

Jeśli zawartość cyjanku w ściekach zawierających cyjanek jest wysoka, można najpierw przeprowadzić wstępne oczyszczanie, aby zmniejszyć całkowite stężenie cyjanku do mniej niż 100 mg/l. Następnie dodaje się metabisulfit sodu i siarczan miedzi, wprowadza się wystarczającą ilość powietrza i kontroluje się wartość pH (zwykle 7-8), tak aby cyjanek został utleniony do cyjanianu, który następnie ulega hydrolizie, tworząc jony wodorowęglanowe i amoniak.

Metoda metabisulfitu sodu - powietrze nadaje się do oczyszczania ścieków z ekstrakcji złota cyjankiem o niskim stężeniu. Dawkowanie leku jest niewielkie, pracochłonność jest niska, ale początkowa inwestycja jest stosunkowo duża, a sprzęt, taki jak dmuchawy, musi zostać dodany. Wymagania dotyczące wskaźników procesu są stosunkowo surowe, a kontrolowanie wartości pH jest bardzo ważne. Siarczan miedzi musi zostać również dodany jako katalizator. Czas reakcji jest długi. Jeśli oczyszczanie nie jest prawidłowe, zostanie wygenerowana duża ilość jonów amonowych, a wygenerowany żużel nie będzie łatwy do filtrowania. Na miejscu powstaje niewielka ilość gazu amoniakowego, który nie ma wpływu na usuwanie tiocyjanków.

Metoda utleniania nadtlenkiem wodoru

Metoda utleniania nadtlenkiem wodoru polega na utlenianiu cyjanków do CNO⁻ w normalnej temperaturze, w warunkach alkalicznych (pH = 10 - 11), z Cu²⁺ jako katalizatorem, a następnie ich hydrolizie do substancji nietoksycznych. Złożone cyjanki (kompleksy Cu, Zn, Pb, Ni, Cd) są również dysocjowane z powodu rozpadu cyjanków w nich zawartych. Jony żelazocyjankowe i inne jony metali ciężkich tworzą sole złożone żelazocyjankowe i są usuwane. Ostatecznie całkowite stężenie cyjanku w oczyszczonych ściekach można zmniejszyć do mniej niż 0.5 mg/l.

Ta metoda nadaje się do oczyszczania ścieków zawierających cyjanek o niskim stężeniu. Sprzęt do oczyszczania nadtlenkiem wodoru jest prosty i łatwy do uzyskania w automatycznej kontroli. Jednak wytworzony cyjanian musi pozostać przez pewien okres czasu, aby rozłożyć się na CO₂ i NH₃. Wadami są: stosowanie miedzi jako katalizatora może spowodować, że miedź w odprowadzanej wodzie przekroczy normę, koszt surowca jest stosunkowo wysoki, tiocyjanki nie mogą zostać utlenione, a jony amonowe są generowane. W rzeczywistości ścieki nadal mają pewną toksyczność. Ponadto, ponieważ nadtlenek wodoru jest utleniaczem, ma dużą korozyjność, a transport i użytkowanie wiążą się z pewnymi trudnościami i zagrożeniami.

Metoda zakwaszania

W przypadku stosowania metody zakwaszania do oczyszczania cieczy ubogiej w cyjanek mechanizm reakcji jest stosunkowo złożony i obejmuje głównie trzy procesy: proces zakwaszania ścieków zawierających cyjanek, proces usuwania i absorpcji gazu HCN oraz proces neutralizacji usuniętej cieczy.

(1) Reakcja zakwaszania: Ciecz uboga w cyjanek jest zakwaszana i oczyszczana kwasem. Złożone cyjanki w cieczy ubogiej w cyjanek utworzą nierozpuszczalne osady, takie jak CuCN, CuSCN i Zn₂Fe(CN)₆ i zostaną usunięte, a jednocześnie powstaje cyjanowodór.

(2) Reakcja ulatniania i absorpcji: Słaba ciecz jest podgrzewana wstępnie do około 30℃ przed zakwaszeniem. Ponieważ temperatura wrzenia HCN wynosi tylko 26.5℃, jest on niezwykle lotny. Dlatego wieża wypełniona jest używana jako sprzęt do przenoszenia masy do kontaktu między fazą gaz-ciecz w metodzie zakwaszania, co ułatwia odpędzanie i absorpcję HCN.

(3) Reakcja neutralizacji: Wapno lub płynny alkaliczny środek jest używany do neutralizacji odkwaszonego resztkowego płynu. Pozostałościowe cząsteczki HCN w roztworze zostaną przekształcone w formę CN⁻. Metoda zakwaszania może odzyskać Cyjanek sodowy ze ścieków zawierających cyjanek i zrealizować odzysk zasobów. Jednakże ma wysokie wymagania dotyczące uszczelnienia sprzętu, stosunkowo dużą inwestycję początkową, wymaga wysokich umiejętności obsługi, a konserwacja sprzętu jest trudna. Istnieją również pewne zagrożenia bezpieczeństwa. Ścieki generowane po odzyskaniu nadal wymagają głębokiego oczyszczania, aby spełnić normy zrzutu.

Metoda elektrolizy

Metoda elektrolizy wykorzystuje elektrochemiczne reakcje redoks w celu zniszczenia cyjanków w ściekach. Podczas elektrolizy jonowej cyjanki tracą elektrony na anodzie i są utleniane do cyjanianu, węglanu, azotu lub amonu. Cyjanek jest dalej utleniany do CO₂ i H₂O. Główne reakcje to:

CN⁻ + 2OH⁻ - 2e → CNO⁻ + H₂O (24)

2CN⁻ + 4OH⁻ - 6e → 2CO₂ + N₂ + 2H₂O (25)

Eksperymenty elektrolizy z użyciem samodzielnie wykonanego pręta elektrodowego z dwutlenku ołowiu na bazie ceramiki i stalowej płytki katodowej udowodniły, że stosując metodę elektrolizy do oczyszczania ścieków zawierających cyjanek, po 2 godzinach elektrolizy, stężenie CN⁻ można zmniejszyć z 385 mg/l do 58 mg/l, a stężenie Cu²⁺ można zmniejszyć z 450 mg/l do 48 mg/l. Ponadto, huta złota Hunan Zhongnan wykorzystuje metodę elektrochemiczną do oczyszczania ścieków z ekstrakcji złota cyjankiem, co może zmniejszyć całkowitą zawartość cyjanku z 4 g/l do 0.8 g/l. Różnica w stosunku do powyższego polega na tym, że zarówno anoda, jak i katoda są wykonane z płyt żelaznych. Podczas procesu operacyjnego zużywana jest nie tylko energia elektryczna, ale także płyty żelazne.

Metoda elektrolizy jest głównie stosowana do oczyszczania ścieków zawierających wysokie stężenie cyjanku. Sprzęt zajmuje niewielką powierzchnię, proces jest prosty i łatwy do kontrolowania, ale zużywa dużą ilość energii elektrycznej, a koszty operacyjne są wyższe niż w przypadku metody chlorowania alkalicznego. Szybkość usuwania cyjanku jest średnia i nie ma wpływu na usuwanie kompleksów cyjankowych.

Obecnie wśród metod oczyszczania ścieków z ekstrakcji złota cyjankowego powszechnie stosuje się metodę chlorowania alkalicznego, metodę zakwaszania i metodę metabisulfitu sodu - powietrze. Metoda elektrolizy i metoda kompleksowania soli żelazawych to nowe metody, które zostały z powodzeniem zastosowane w oczyszczaniu przemysłowym. Metoda utleniania nadtlenkiem wodoru jest głównie metodą oczyszczania awaryjnego. Istnieje wiele innych metod oczyszczania ścieków z ekstrakcji złota cyjankowego, takich jak naturalna metoda oczyszczania, metoda biologiczna, metoda separacji membranowej, metoda wymiany jonowej itp. Jednak jako zastosowania przemysłowe wszystkie mają pewne ograniczenia i nadal wymagają ciągłego doskonalenia.