Процесс кислотного восстановления цианида натрия и тяжелых металлов из сточных вод

Введение

Сточные воды, содержащие цианид, образуются в результате различных промышленных процессов, таких как добыча золота, гальваническое производство и химическая промышленность. Из-за высокой токсичности цианида неправильный сброс этих сточных вод может привести к серьезному загрязнению окружающей среды и нанести вред здоровью человека. Поэтому очистка и переработка сточных вод, содержащих цианид, стали важнейшими проблемами. Среди методов очистки широко распространенным и эффективным подходом является кислотная регенерация цианида натрия и тяжелых металлов, которая не только снижает экологический риск, но и обеспечивает переработку ценных ресурсов.

Принцип восстановления подкисления

Превращение цианида в цианистый водород (HCN)

В процессе подкисления в цианидсодержащие сточные воды добавляются сильные кислоты, такие как серная кислота. В кислых условиях свободные ионы цианида в сточных водах превращаются в цианистый водород (HCN). Цианистый водород является летучим соединением. Когда pH сточных вод регулируется до низкого значения, обычно ниже 2, реакция протекает с большей вероятностью, способствуя превращению ионов цианида в газ HCN.

Восстановление цианида натрия

Образовавшийся газ HCN затем подается в щелочную абсорбционную башню. Внутри башни он реагирует с раствором гидроксида натрия (NaOH). В ходе реакции образуется цианид натрия (NaCN), который накапливается в абсорбционном растворе. Когда концентрация NaCN в растворе достигает примерно 10–12%, его можно рециркулировать и повторно использовать в соответствующих промышленных процессах, таких как процесс выщелачивания при добыче золота.

Выброс и осаждение тяжелых металлов

Помимо свободного цианида, сточные воды часто содержат комплексы тяжелых металлов и цианида, например, меди и цинка. В кислых условиях эти комплексы распадаются. После высвобождения ионов тяжелых металлов они могут образовывать нерастворимые соли и выпадать в осадок при определенных условиях. Например, регулировка значения pH или добавление определенных осаждающих агентов может привести к образованию осадка ионов меди.

Шаги процесса

Шаг 1: Предварительная очистка сточных вод

Сточные воды с высокой концентрацией щелочного цианида сначала проходят через паровой теплообменник для регулирования температуры. Обычно температура поддерживается в диапазоне 20–25 °C. Такой контроль температуры помогает оптимизировать скорость последующей реакции и обеспечивает стабильность процесса. Концентрация цианида в сточных водах с высокой концентрацией обычно составляет от 5000 до 5500 ppm, а значение pH составляет от 10.5 до 12.5.

Шаг 2: Подкисление

Предварительно очищенные сточные воды подаются в распылительную башню подкисления с определенной скоростью потока, например, 2 м³/ч. Затем добавляется концентрированная серная кислота. Количество добавляемой серной кислоты регулируется в соответствии с характеристиками сточных вод, как правило, 25 - 30 кг/м³, чтобы снизить значение pH сточных вод до менее 2. Тепло, выделяющееся при добавлении серной кислоты, может ускорить реакцию, облегчая превращение свободных ионов цианида в сточных водах в летучий HCN.

Шаг 3: Генерация и разделение HCN

В сильнокислой среде распылительной башни подкисления ускоряется превращение цианида в HCN. Образовавшийся газ HCN затем всасывается вакуумным центробежным вентилятором и поступает на следующую стадию — в щелочную абсорбционную башню. В то же время, по мере снижения значения pH, некоторые ионы тяжелых металлов в сточных водах начинают изменяться. Например, концентрация ионов меди в сточных водах может снизиться, а некоторые тяжелые металлы начнут образовывать осадки.

Шаг 4: Поглощение и извлечение цианида натрия

Газ HCN поступает в башню щелочной абсорбции и поглощается 20–30%-ным раствором NaOH. Жидкость, используемая в башне для абсорбции щелочи, рециркулируется, и в процессе рециркуляции используется вентилятор для обеспечения многократного поглощения газа HCN. По мере протекания реакции абсорбции концентрация NaCN в абсорбционной жидкости постепенно увеличивается. Когда концентрация NaCN достигает 10–12%, жидкость может быть возвращена в процесс выщелачивания для повторного использования, что позволяет получить цианид натрия.

Шаг 5: Осаждение и разделение тяжелых металлов

Для сточных вод после выброса HCN, поскольку некоторые комплексы тяжелых металлов и цианидов были разрушены в кислых условиях, может быть проведена дополнительная обработка для осаждения тяжелых металлов. Например, корректировка значения pH сточных вод до щелочного диапазона может привести к образованию гидроксидов тяжелых металлов, которые выпадают в осадок. Затем можно использовать методы разделения твердого вещества и жидкости, такие как фильтрация или седиментация, для отделения осажденных тяжелых металлов из сточных вод, достигая удаления и восстановления тяжелых металлов.

Преимущества метода восстановления подкислением

Переработка ресурсов

Метод восстановления кислотностью позволяет эффективно извлекать цианид натрия из цианидсодержащих сточных вод, которые можно повторно использовать в соответствующих промышленных процессах, сокращая потребление нового цианида натрия и снижая производственные затраты. В то же время тяжелые металлы также могут быть извлечены, превращая отходы в ценные ресурсы.

Стоимость - Эффективность

По сравнению с некоторыми другими методами очистки, которые фокусируются только на уничтожении цианида, метод восстановления кислотностью не только очищает сточные воды, но и извлекает ценные вещества. Хотя он требует потребления кислоты и щелочи, стоимость извлеченного цианида натрия и тяжелых металлов может компенсировать часть стоимости очистки, делая общую очистку более экономически эффективной в долгосрочной перспективе.

Экологичность

Благодаря извлечению цианида натрия и тяжелых металлов количество загрязняющих веществ в сточных водах значительно снижается. Очищенные сточные воды имеют более низкое содержание цианида и тяжелых металлов, что более благоприятно для последующего сброса или дальнейшей очистки, что снижает негативное воздействие на окружающую среду.

Потребление в процессе восстановления подкислением

Расходы метода кислотной регенерации цианидсодержащих сточных вод в основном включают серную кислоту, едкий натр (NaOH), известь и электроэнергию. Зимой необходимо предварительно подогревать сточные воды, поэтому также потребляется пар.

1.Потребление кислоты

• Превращение цианида в HCN : Количество серной кислоты, необходимое для превращения цианида в сточных водах в HCN, зависит от концентрации цианида в сточных водах. Например, для обработки 1 м³ сточных вод с концентрацией цианида 5000 ppm требуется определенное количество серной кислоты.

• Подкисление сточных вод : Помимо кислоты для цианидного преобразования, дополнительная кислота используется для регулирования кислотности сточных вод до необходимого уровня. Важным фактором является количество кислоты, необходимое для снижения pH до уровня ниже 2.

• Реакция со щелочами в сточных водах : В сточных водах могут присутствовать щелочные вещества, которые реагируют с серной кислотой, но, как правило, их потребление относительно невелико по сравнению с количествами, используемыми для цианидной конверсии и подкисления.

• Реакция с карбонатами в отходах : Если цианидсодержащее сырье имеет высокое содержание карбонатов , например, в некоторых цианидных хвостохранилищах, карбонат будет реагировать с кислотой, образуя диоксид углерода. В таких случаях расход серной кислоты значительно возрастет, и эти материалы могут быть не идеальными для обработки методом регенерации кислоты.

2. Расход щелочи : Каустическая сода (NaOH) используется в абсорбционной башне для поглощения HCN и образования NaCN. Количество потребляемого NaOH зависит от количества образовавшегося HCN и эффективности абсорбции.

3. Расход извести : В некоторых случаях известь может использоваться при последующей очистке сточных вод, например, для регулирования значения pH с целью осаждения тяжелых металлов. Необходимое количество извести зависит от типа и концентрации тяжелых металлов в сточных водах, а также от требуемого диапазона регулирования pH.

4. Потребление электроэнергии и пара : В процессе используется такое оборудование, как насосы, вентиляторы и вакуумные центробежные вентиляторы. Зимой, при предварительном нагреве сточных вод, потребляется пар для повышения температуры до уровня, необходимого для проведения реакции.

Заключение

Метод восстановления кислотностью цианидсодержащих сточных вод для извлечения цианида натрия и тяжелых металлов является комплексной и эффективной технологией очистки. Соблюдая определенные этапы процесса, он может не только удалять токсичные цианиды и тяжелые металлы из сточных вод, но и перерабатывать ценные ресурсы. Хотя в этом процессе есть определенные материальные и энергетические затраты, учитывая его экологические и экономические преимущества, он имеет широкие перспективы применения при очистке цианидсодержащих сточных вод. Однако в реальной эксплуатации необходимо соблюдать строгие меры безопасности из-за токсичности газа HCN. В то же время требуется постоянная оптимизация параметров процесса для повышения эффективности извлечения и снижения затрат.