Pesquisa sobre o método de recuperação de cobre em águas residuais de revestimento de cobre com cianeto

1. Introdução

Estabelecer um modo de galvanoplastia ecologicamente correto e que economize recursos são atualmente os dois principais temas para o desenvolvimento sustentável da indústria de galvanoplastia. No contexto da escassez mundial de recursos de metais não ferrosos e do aumento contínuo do custo dos materiais metálicos para galvanoplastia, a adoção de tecnologias de galvanoplastia que economizem recursos tem atraído muita atenção. As empresas chinesas de galvanoplastia têm uma história de desenvolvimento relativamente curta. Na fase inicial, houve escassez de recursos financeiros e tecnologia defasada. A maioria das pequenas fábricas de galvanoplastia desconhece a recuperação de materiais metálicos presentes nas águas residuais da galvanoplastia, muito menos a pesquisa de métodos de recuperação. No caso de águas residuais de galvanoplastia de cobre com cianeto e de ligas de cobre, os precipitados formados pelo cobre divalente após a quebra do cianeto são partículas finas, resultando em precipitação e separação difíceis e custos elevados. Portanto, é urgente estudar novos processos de recuperação.

2. Princípios do Método

2.1 Tratamento de águas residuais de revestimento de cobre cianeto e ligas de cobre

No processo tradicional de quebra de cianeto com hipoclorito de sódio, o pH da água residual contendo cianeto precisa ser ajustado para 11-12, geralmente pela adição de hidróxido de sódio. Durante o processo de quebra de cianeto, o cianeto é convertido em dióxido de carbono e nitrogênio, e os íons de cobre monovalentes são oxidados a íons de cobre divalentes, que então formam partículas finas de carbonato básico de cobre em suspensão na água residual. A sedimentação natural leva mais de um dia inteiro e ainda assim não consegue atingir a precipitação completa. Uma grande quantidade de coagulante e floculante é necessária para alcançar a precipitação e separação completas. No passado, quando o cobre não era recuperado, a água residual após a quebra de cianeto era misturada à água residual ácida, que era tratada pelo método de calagem. O carbonato básico de cobre era adsorvido nos precipitados presentes na água residual e, finalmente, precipitava e se separava.

O novo processo de quebra de cianeto é adicionar cal para ajustar o pH. O dióxido de carbono gerado durante a quebra de cianeto reage com óxido de cálcio para formar carbonato de cálcio. Ao mesmo tempo, o carbonato de cobre básico coprecipita com carbonato de cálcio para formar grandes precipitados de partículas.

2.2 Tratamento de outras águas residuais contendo cobre

Os íons de cobre divalentes na água residual de revestimento de cobre brilhante ácido reagem com cal para formar hidróxido de cobre, e o ácido sulfúrico reage com cal para formar sulfato de cálcio e água. Na água residual de revestimento de pirofosfato de cobre, o radical pirofosfato e os íons de cobre existem na forma de um complexo. Quando tratado com cal, o radical pirofosfato reage com óxido de cálcio para formar precipitado de pirofosfato de cálcio, e os íons de cobre reagem com óxido de cálcio para formar hidróxido de cobre.

3. Processo de recuperação

3.1 Composição de águas residuais contendo cobre

As águas residuais contendo cobre incluem diversos tipos, como as provenientes de revestimento de cobre com cianeto, ligas de cobre-zinco, ligas de cobre-estanho, revestimento de cobre brilhante ácido e revestimento de pirofosfato de cobre. As águas residuais de revestimento de cobre com cianeto, ligas de cobre-zinco e ligas de cobre-estanho são direcionadas para o tanque de ajuste de águas residuais contendo cianeto, enquanto as águas residuais de revestimento de cobre brilhante ácido e revestimento de pirofosfato de cobre são direcionadas para o tanque de ajuste de águas residuais contendo cobre. As águas residuais de revestimento de cobre com cianeto e ligas de cobre contêm agentes complexantes, como cianeto de sódio , tartarato de sódio e potássio e tiocianato de amônio, que formam complexos com íons de cobre. As águas residuais de revestimento de pirofosfato de cobre contêm complexos de pirofosfato de cobre. As águas residuais de revestimento de cobre com cianeto e ligas de cobre representam aproximadamente 90% do total de águas residuais contendo cobre, enquanto as águas residuais de revestimento de cobre brilhante ácido e revestimento de pirofosfato de cobre representam cerca de 10%.

3.2 Processo de oxidação de complexos de cobre

Antes da recuperação do cobre, é necessário quebrar os complexos de cobre na água residual de galvanoplastia e oxidar íons Cu⁺ em íons Cu²⁺. Um método de combinação de solução de hipoclorito de sódio e peróxido de hidrogênio é usado para quebrar cianeto e agentes complexantes, como tartarato de sódio e potássio. Existem três tanques de quebra de cianeto. As águas residuais contendo cianeto e as águas residuais contendo cobre são bombeadas para o tanque de quebra de cianeto de primeiro estágio. Leite de cal é adicionado para ajustar o pH para 11 - 12, e a quantidade de adição de leite de cal é ajustada pelo sistema de controle de pH. Ao mesmo tempo, a solução de hipoclorito de sódio é adicionada para quebrar o cianeto. Peróxido de hidrogênio é adicionado ao tanque de quebra de cianeto de segundo estágio para continuar quebrando o cianeto e oxidando agentes complexantes, como tartarato de sódio e potássio. Devido à lenta taxa de reação, um tanque de quebra de cianeto de terceiro estágio é adicionado. No tanque de quebra de cianeto de terceiro estágio, a remoção de cianeto e agentes complexantes, como tartarato de sódio e potássio, é verificada de acordo com dados de análise química e experiência. Com a conclusão da reação de oxidação, o Cu⁺ na água residual é completamente convertido em Cu²⁺, e precipitados básicos de carbonato de cobre e hidróxido de cobre são formados. Durante esse processo, após a água residual de revestimento de pirofosfato de cobre reagir com cal, o complexo formado por cobre e radical pirofosfato é quebrado, e hidróxido de cobre é formado. Os dados da análise mostram que esse processo pode fazer com que a água residual atenda aos padrões de descarga. Adicionar cal para ajustar o pH e precipitar íons de cobre reduz o custo do tratamento, e a cal também desempenha o papel de um auxiliar coagulante e precipita completamente o radical pirofosfato.

3.3 Recuperação de Cobre

No processo acima, os íons de cobre na água residual de galvanoplastia são convertidos em precipitados básicos de carbonato de cobre. Se a quantidade de cal adicionada for grande, os íons de cobre também podem ser convertidos em precipitados de hidróxido de cobre. Como a cal é necessária para precipitar o radical pirofosfato na água residual de galvanoplastia de pirofosfato de cobre, a quantidade de cal adicionada não pode ser muito pequena. O custo da cal é muito baixo e pode ser adicionado em excesso apropriado durante o processo de tratamento.

Após as águas residuais contendo cianeto e cobre serem tratadas nos tanques de quebra de cianeto de três estágios, elas fluem para o tanque de floculação. Pirossulfito de sódio é adicionado ao tanque de floculação para reduzir o excesso de peróxido de hidrogênio, e floculante de poliacrilamida é adicionado para fazer as partículas de precipitado crescerem. Se o pirossulfito de sódio não for adicionado ao tanque de floculação, o peróxido de hidrogênio residual após a quebra do cianeto se decompõe para produzir oxigênio, que é adsorvido na superfície das partículas de precipitado e faz com que os precipitados flutuem. A quantidade de pirossulfito de sódio adicionada deve ser tal que os precipitados não flutuem, e um excesso apropriado é aceitável.

Após passar pelo tanque de floculação, o efluente flui para o tanque de sedimentação de tubo inclinado. Após os precipitados serem separados da água, eles entram no tanque de espessamento de sedimentação e, em seguida, são filtrados por uma prensa de filtro. O bolo de filtro é recuperado e o filtrado flui de volta para o tanque de ajuste. O bolo de filtro contendo cobre recuperado é comprado por uma empresa profissional e enviado a um fabricante profissional para produzir sulfato de cobre ou também pode ser usado para produzir cobre eletrolítico.

4. Benefícios

Efluentes contendo cobre são gerados em quatro oficinas de galvanoplastia. Os dados de análise e monitoramento mostram que a concentração média de massa de cobre no efluente da galvanoplastia com cianeto é de 345 mg/L, ou seja, cada tonelada de efluente contém 0.345 kg de cobre. O volume total de efluente da galvanoplastia com cianeto gerado mensalmente é de aproximadamente 4600 toneladas, contendo 1587 kg de cobre. Somando-se ao cobre presente em outros efluentes, é possível recuperar cerca de 1700 kg de cobre por mês. A receita mensal da empresa com a venda do lodo contendo cobre é de 30.000 a 40.000 RMB. A recuperação de cobre a partir do efluente da galvanoplastia evita o consumo ineficiente de cobre metálico, reduzindo não apenas o custo da galvanoplastia, mas também a poluição secundária do lodo no meio ambiente, gerando benefícios econômicos e sociais significativos.

5. Conclusão

A indústria de galvanoplastia é uma indústria altamente poluente. Na situação atual, onde os processos e tecnologias de tratamento para águas residuais de galvanoplastia na China são relativamente atrasados, estudar ativamente os métodos de recuperação de metais não ferrosos em águas residuais de galvanoplastia é de grande importância para estabelecer um modo de galvanoplastia que economize recursos e seja ecologicamente correto e manter o desenvolvimento sustentável da indústria de galvanoplastia. O método de tratamento de galvanoplastia de cobre com cianeto e outras águas residuais contendo cobre para recuperar cobre usando cal estudado neste artigo mostrou bons resultados em aplicações práticas, fornecendo uma maneira viável para o desenvolvimento verde da indústria de galvanoplastia.