Методы и процессы удаления цианида на поверхности сульфидных руд

1. Введение

В металлургии, особенно в области добычи золота и переработки сульфидных руд, присутствие цианида на поверхности сульфидных руд представляет собой серьезную проблему. Цианид широко используется в процессе цианидного выщелачивания для извлечения золота благодаря своей способности образовывать комплексы с золотом, облегчая его растворение. Однако после процесса выщелачивания остаточный цианид на поверхности сульфидных руд в отходах не только приводит к загрязнению окружающей среды, но и препятствует последующему обогащению сульфидных минералов, снижая общую степень извлечения ценных металлов. Поэтому разработка эффективных методов удаления цианида с поверхности сульфидных руд имеет решающее значение для устойчивой переработки минералов и защиты окружающей среды.

2. Существующие проблемы с цианидом на поверхности сульфидных руд

2.1 Воздействие на окружающую среду

Цианид является высокотоксичным веществом. Когда сульфидные руды с поверхностно-адсорбированным цианидом сбрасываются в окружающую среду, цианид может постепенно выщелачиваться и загрязнять почву, водные источники и воздух. Даже в низких концентрациях цианид может быть чрезвычайно вреден для водных организмов, растений и здоровья человека. Например, в некоторых районах добычи, где произошла неправильная утилизация хвостов, содержащих цианид, в близлежащих водоемах наблюдалось значительное снижение содержания растворенного кислорода, что привело к гибели рыб и других водных организмов.

2.2 Ингибирование обогащения сульфидных минералов

Цианид, адсорбированный на поверхности сульфидных руд, таких как пирит, халькопирит и сфалерит, может образовывать пассивирующую пленку на поверхности минерала. Эта пленка снижает реакционную способность сульфидных минералов во время последующей флотации или других процессов обогащения. Например, при флотации медесодержащих сульфидных руд присутствие цианида на поверхности халькопирита может ослабить его взаимодействие с собирателями, что затрудняет эффективное отделение медных минералов от жильных минералов, тем самым снижая содержание и скорость извлечения медных концентратов.

3. Методы удаления цианида на поверхности сульфидных руд

3.1 Метод кислотной активации

3.1.1 Принцип

Метод кислотной активации в основном использует кислоты, такие как серная кислота или щавелевая кислота, для реакции с цианид-содержащими соединениями на поверхности сульфидных руд. При добавлении кислоты происходит разложение комплексов цианида с металлом. В результате образуется цианистый водород. Но в хорошо разработанном процессе этот летучий цианистый водород может быть восстановлен и повторно использован с помощью соответствующих систем абсорбции.

3.1.2 Этапы процесса

1. Подготовка рудной пульпы : Сначала отходы сульфидной руды смешивают с адсорбированным на поверхности цианидом и водой для получения однородной рудной пульпы. Соотношение твердой и жидкой фаз рудной пульпы обычно регулируется в зависимости от характеристик руды и конкретных технологических требований, как правило, в диапазоне 1:2 - 1:5.

2. Добавление кислоты : Медленно добавляйте серную или щавелевую кислоту в пульпу руды, постоянно помешивая. Количество добавляемой кислоты необходимо тщательно контролировать в зависимости от содержания цианида в пульпе руды. Обычно значение pH пульпы регулируют до 2–4, и pH следует контролировать в режиме реального времени с помощью pH-метра во время процесса добавления.

3. Реакция и обработка газа : После добавления кислоты реакцию проводят в течение 1-3 часов. В это время образуется цианистый водород. Для предотвращения загрязнения окружающей среды этим газом устанавливается система сбора и очистки газа. Образующийся цианистый водород направляется в абсорбционную башню, заполненную щелочным раствором, например, раствором гидроксида натрия. Здесь цианистый водород реагирует с гидроксидом натрия, и полученный раствор цианистого натрия может быть повторно использован в процессе цианирования, если его качество соответствует требованиям.

3.1.3 преимуществ и недостатков

• Преимущества : Этот метод относительно прост как по принципу действия, так и по эксплуатации. Он эффективно расщепляет цианидсодержащие соединения на поверхности сульфидных руд и имеет потенциал для повторного использования цианида, что снижает общую стоимость его применения в горнодобывающем процессе.

• Недостатки : Существуют значительные риски для безопасности. Газ цианистый водород крайне токсичен, и любая утечка во время реакции может нанести серьезный вред операторам и окружающей среде. Кроме того, используемые в этом методе кислоты являются коррозионными, что может повредить оборудование и трубопроводы, увеличивая затраты на техническое обслуживание и сокращая срок службы оборудования.

3.2 Метод активации окислителя

3.2.1 Принцип

Для окисления цианида на поверхности сульфидных руд используются такие окислители, как перекись водорода, перманганат калия и озон. Эти окислители разрывают химические связи соединений цианида, превращая цианид в относительно нетоксичные вещества, такие как газообразный азот и карбонаты.

3.2.2 Этапы процесса

1. Подготовка рудной пульпы : Аналогично методу кислотной активации, отходы сульфидной руды подготавливаются в виде рудной пульпы с соответствующим соотношением твердой и жидкой фаз.

2. Добавление окислителя : Добавьте выбранный окислитель в пульпу руды. Количество добавляемого окислителя зависит от содержания цианида в пульпе руды и окислительного потенциала окислителя. Например, при использовании перекиси водорода дозировка обычно составляет 1–5 кг на тонну пульпы руды, тогда как перманганат калия обычно добавляется в количестве 0.5–2 кг на тонну пульпы руды. Добавление следует проводить медленно при постоянном перемешивании для обеспечения равномерного смешивания.

3. Реакция и мониторинг : Дайте окислителю прореагировать с цианидом в пульпе руды в течение 2–4 часов. В ходе реакции контролируйте окислительно-восстановительный потенциал и содержание цианида в пульпе руды. Значение окислительно-восстановительного потенциала отражает ход реакции окисления. Когда значение стабилизируется и содержание цианида в пульпе руды достигнет требуемого стандарта (обычно менее 0.5 мг/л), реакция считается завершенной.

3.2.3 преимуществ и недостатков

• Преимущества : Этот метод не выделяет токсичных и летучих газов, в отличие от метода кислотной активации, что делает его более безопасным для рабочей среды. Он эффективно окисляет и разлагает цианид, достигая цели удаления цианида с поверхности сульфидных руд. Кроме того, продукты реакции относительно экологичны.

• Недостатки : Стоимость окислителей относительно высока, особенно для сильных окислителей, таких как озон, что увеличивает затраты на переработку сульфидных руд. Кроме того, на реакцию окисления легко влияют такие факторы, как значение pH пульпы руды, температура и наличие других примесей, что требует строгого контроля условий реакции.

3.3 Метод с использованием медной соли

3.3.1 Принцип

Медные соли, такие как сульфат меди, добавляются в пульпу сульфидной руды с цианидом, адсорбированным на поверхности. Ионы меди реагируют с цианидом, образуя нерастворимые комплексы меди и цианида. Эти комплексы затем можно отделить от пульпы руды с помощью методов разделения твердого вещества и жидкости, тем самым достигая удаления цианида.

3.3.2 Этапы процесса

1. Подготовка рудной пульпы : Превратите отходы сульфидной руды в рудную пульпу с подходящим соотношением твердой и жидкой фаз.

2. Добавление соли меди : Добавьте соответствующее количество сульфата меди в пульпу руды. Количество добавляемого сульфата меди определяется содержанием цианида в пульпе руды, как правило, при молярном соотношении ионов меди к ионам цианида 1-2:1. Сульфат меди обычно добавляют в виде водного раствора, и процесс добавления должен сопровождаться непрерывным перемешиванием для обеспечения равномерного распределения ионов меди в пульпе руды.

3. Реакция и разделение твердой и жидкой фаз : После добавления соли меди реакцию проводят в течение 1-2 часов. Затем проводят разделение твердой и жидкой фаз рудной пульпы с использованием таких методов, как фильтрация или седиментация. Отделенная твердая фаза содержит осадки цианида меди и сульфидные минералы, а отделенную жидкую фазу можно дополнительно обработать для соответствия стандартам сброса или использовать повторно для других целей.

3.3.3 преимуществ и недостатков

• Преимущества : Этот метод позволяет эффективно удалять цианид с поверхности сульфидных руд путем образования нерастворимых осадков. Процесс относительно прост, а сульфат меди является распространенным и недорогим химическим реагентом, что обеспечивает определенные экономические преимущества.

• Недостатки : Добавление солей меди может привести к попаданию примесей меди в пульпу руды, что может повлиять на последующее обогащение сульфидных минералов. Например, при флотации свинцово-цинковых сульфидных руд избыток ионов меди может активировать сфалерит, препятствуя разделению свинцовых и цинковых минералов. Кроме того, выделенные осадки цианида меди необходимо надлежащим образом утилизировать, чтобы предотвратить вторичное загрязнение.

3.4 Новый метод композитного реагента

3.4.1 Принцип

Используются некоторые недавно разработанные композитные реагенты, такие как комбинация полисульфидов и метабисульфита натрия. Полисульфиды реагируют с серосодержащими компонентами в цианидсодержащих соединениях на поверхности сульфидных руд, в то время как метабисульфит натрия регулирует окислительно-восстановительный потенциал системы и способствует разложению цианида, тем самым облегчая его удаление.

3.4.2 Этапы процесса

1. Подготовка рудной пульпы : Превратите отходы сульфидной руды в рудную пульпу.

2. Добавление комбинированного реагента : Добавьте комбинированный реагент, состоящий из полисульфидов и метабисульфита натрия, к рудной пульпе. Весовое соотношение полисульфидов к метабисульфиту натрия обычно составляет 1:1, а количество добавляемого комбинированного реагента определяется исходя из содержания цианида в рудной пульпе и природы сульфидной руды и, как правило, составляет от 0.5 до 2 кг на тонну рудной пульпы.

3. Реакция и мониторинг : После добавления комплексного реагента дайте реакции протекать в течение 1–3 часов. В ходе реакции контролируйте содержание цианида и соответствующие химические параметры, такие как окислительно-восстановительный потенциал и значение pH, в пульпе руды. Оперативно корректируйте условия реакции в соответствии с результатами мониторинга, чтобы обеспечить полное удаление цианида.

3.4.3 преимуществ и недостатков

• Преимущества : Этот метод демонстрирует хорошую адаптивность к различным типам сульфидных руд. Комбинированный реагент действует синергетически, эффективно удаляя цианид с поверхности сульфидных руд. По сравнению с методами с использованием одного реагента, он может обеспечить более высокую эффективность удаления и оказывать меньшее влияние на последующее обогащение сульфидных минералов.

• Недостатки : Разработка и производство комбинированных реагентов относительно сложны, и их стоимость может быть выше, чем у некоторых традиционных методов с использованием одного реагента. Кроме того, специфический механизм реакции комбинированных реагентов еще не до конца изучен, что может вносить неопределенность в практическое промышленное применение.

4. Оптимизация процесса и соображения

4.1 Предварительная обработка руд

Перед использованием любого из вышеперечисленных методов удаления цианида с поверхности сульфидных руд часто необходима соответствующая предварительная обработка руды. Например, если хвосты сульфидных руд содержат большое количество мелкозернистых пустых минералов, можно провести операции предварительного просеивания или классификации для удаления труднообрабатываемых мелкозернистых фракций. Это может повысить эффективность контакта между реагентом и сульфидными минералами с адсорбированным на поверхности цианидом и уменьшить помехи пустых минералов на процесс реакции.

4.2 Контроль условий реакции

• Значение pH : Значение pH рудной пульпы существенно влияет на процесс реакции. Метод кислотной активации требует более низкого значения pH для ускорения разложения цианидсодержащих соединений, в то время как метод окислительной активации и метод с использованием солей меди требуют поддержания соответствующего диапазона pH. Например, при использовании перекиси водорода в качестве окислителя оптимальное значение pH рудной пульпы обычно составляет 8–10, а при использовании сульфата меди значение pH рудной пульпы обычно контролируется в диапазоне 6–8.

• Температура : Температура реакции также влияет на скорость и эффективность реакции. Как правило, повышение температуры может ускорить скорость реакции. Однако для некоторых реакций, таких как окисление цианида перекисью водорода, слишком высокая температура может привести к разложению окислителя, снижая эффективность окисления. Поэтому температуру реакции необходимо оптимизировать в соответствии с конкретной реакционной системой, обычно в диапазоне 20–40 °C.

• Интенсивность перемешивания : Достаточное перемешивание необходимо для обеспечения равномерного распределения реагентов в рудной пульпе и увеличения вероятности контакта реагента с цианидсодержащими веществами на поверхности сульфидных руд. Однако чрезмерное перемешивание может привести к излишнему потреблению энергии и механическому износу оборудования. Оптимальная интенсивность перемешивания должна определяться экспериментальными исследованиями и практическим производственным опытом.

4.3 Разделение твердой и жидкой фаз и очистка сточных вод

После реакции по удалению цианида на поверхности сульфидных руд требуется эффективное разделение твердого вещества и жидкости для отделения обработанных сульфидных минералов от реакционного раствора. Обычно используемые методы разделения твердого вещества и жидкости включают фильтрацию, седиментацию и центрифугирование. Отделенные сточные воды обычно все еще содержат некоторое количество остаточного цианида и других примесей, которые необходимо дополнительно обработать для соответствия стандарту сброса. Процессы очистки сточных вод могут включать такие методы, как дальнейшее окисление, адсорбция и биологическая очистка.

5. Тематические исследования

5.1 Применение метода кислотной активации на золотодобывающем руднике

На одном золотом руднике после процесса цианирования сульфидные рудные хвосты имели определенное количество поверхностно-адсорбированного цианида. На руднике для обработки использовался метод кислотной активации. Сначала хвосты были превращены в рудную пульпу с соотношением твердого вещества и жидкости 1:3. Затем добавлялась серная кислота для корректировки значения pH рудной пульпы до 3. После реакции в течение 2 часов образовавшийся цианистый водород собирался и поглощался раствором гидроксида натрия. После обработки содержание цианида в рудной пульпе снизилось с 5 мг/л до менее 0.5 мг/л, а последующая скорость извлечения сульфидных минералов флотацией увеличилась примерно на 10%. Однако во время работы утечка цианистого водорода представляла угрозу безопасности на рабочем месте, а трубопроводы оборудования подвергались относительно сильной коррозии.

5.2 Метод активации окислителя в руднике по добыче полиметаллических сульфидных руд

На руднике по добыче полиметаллических сульфидных руд в качестве окислителя для удаления цианида с поверхности сульфидных руд использовалась перекись водорода. Значение pH рудной пульпы сначала было доведено до 9, а затем была добавлена ​​перекись водорода в дозировке 3 кг на тонну рудной пульпы. После реакции в течение 3 часов содержание цианида в рудной пульпе было снижено до очень низкого уровня. Последующее обогащение сульфидных минералов меди, свинца и цинка не было затронуто оставшимся цианидом, и общая скорость извлечения металла улучшилась. Однако высокая стоимость перекиси водорода привела к увеличению стоимости переработки руды примерно на 5 долларов за тонну.

6. Заключение

Удаление цианида с поверхности сульфидных руд является важнейшей задачей в области переработки полезных ископаемых. Метод кислотной активации, метод активации окислителем, метод солей меди и новый метод композитных реагентов имеют свои преимущества и недостатки. В реальных промышленных применениях необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как природа сульфидных руд, требования по охране окружающей среды и экономические затраты, чтобы выбрать наиболее подходящий метод. Между тем, путем оптимизации условий процесса, предварительной обработки руд и надлежащего управления разделением твердого вещества и жидкости и очисткой сточных вод можно дополнительно повысить эффективность удаления цианида с поверхности сульфидных руд, достигая целей восстановления ресурсов и охраны окружающей среды.