การวิจัยเกี่ยวกับวิธีการกู้คืนทองแดงในน้ำเสียจากการชุบทองแดงไซยาไนด์

1. บทนำ

การสร้างรูปแบบการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและประหยัดทรัพยากรเป็นสองประเด็นหลักสำหรับการพัฒนาอย่างยั่งยืนของอุตสาหกรรมการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าในปัจจุบัน ในบริบทของการขาดแคลนทรัพยากรโลหะที่ไม่ใช่เหล็กในโลกและการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของต้นทุนวัสดุโลหะสำหรับการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า การนำเทคโนโลยีการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าแบบประหยัดทรัพยากรมาใช้จึงได้รับความสนใจอย่างมาก วิสาหกิจการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าของจีนมีประวัติการพัฒนาที่ค่อนข้างสั้น ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา มีปัญหาขาดแคลนเงินทุนและเทคโนโลยีที่ล้าหลัง โรงงานชุบโลหะด้วยไฟฟ้าขนาดเล็กส่วนใหญ่ขาดความรู้เกี่ยวกับการกู้คืนวัสดุโลหะในน้ำเสียจากการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า ยิ่งไปกว่านั้นยังขาดการวิจัยเกี่ยวกับวิธีการกู้คืน สำหรับ น้ำเสียจากการชุบทองแดง ด้วยไซยาไนด์และการชุบโลหะผสมทองแดง ตะกอนที่เกิดจากทองแดงสองวาเลนซ์หลังจากไซยาไนด์แตกตัวเป็นอนุภาคละเอียด ทำให้การตกตะกอนและการแยกทำได้ยากและมีต้นทุนสูง ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องศึกษาค้นคว้ากระบวนการกู้คืนใหม่ๆ

2. หลักการวิธีการ

2.1 การบำบัดน้ำเสียจากการชุบทองแดงไซยาไนด์และโลหะผสมทองแดง

ในกระบวนการสลายไซยาไนด์แบบดั้งเดิมโดยใช้โซเดียมไฮโปคลอไรต์ ค่า pH ของน้ำเสียที่มีไซยาไนด์จำเป็นต้องปรับให้อยู่ในช่วง 11-12 โดยปกติจะทำได้โดยการเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ ในระหว่างกระบวนการสลายไซยาไนด์ ไซยาไนด์จะถูกเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจน และไอออนทองแดงโมโนวาเลนต์จะถูกออกซิไดซ์เป็นไอออนทองแดงไดวาเลนต์ ซึ่งจะก่อตัวเป็นอนุภาคละเอียดของคาร์บอเนตทองแดงพื้นฐานที่แขวนลอยอยู่ในน้ำเสีย การตกตะกอนตามธรรมชาติใช้เวลานานกว่าหนึ่งวันเต็มและก็ยังไม่สามารถทำให้เกิดการตกตะกอนได้อย่างสมบูรณ์ จำเป็นต้องใช้สารช่วยตกตะกอนและสารช่วยจับตัวเป็นก้อนในปริมาณมากเพื่อให้เกิดการตกตะกอนและการแยกอย่างสมบูรณ์ ในอดีต เมื่อไม่สามารถนำทองแดงกลับมาใช้ใหม่ได้ น้ำเสียหลังจากสลายไซยาไนด์แล้วจะถูกผสมลงในน้ำเสียที่มีกรดอยู่แล้ว ซึ่งจะถูกบำบัดด้วยวิธีการใช้ปูนขาว คาร์บอเนตทองแดงพื้นฐานจะถูกดูดซับบนตะกอนในน้ำเสียรวมและในที่สุดก็จะตกตะกอนและแยกออกมา

กระบวนการแยกไซยาไนด์แบบใหม่คือการเติมปูนขาวเพื่อปรับค่า pH คาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นระหว่างการแยกไซยาไนด์จะทำปฏิกิริยากับแคลเซียมออกไซด์เพื่อสร้างแคลเซียมคาร์บอเนต ในเวลาเดียวกัน คอปเปอร์คาร์บอเนตเบสิกจะตกตะกอนร่วมกับแคลเซียมคาร์บอเนตเพื่อสร้างตะกอนอนุภาคขนาดใหญ่

2.2 การบำบัดน้ำเสียที่มีทองแดงอื่นๆ

ไอออนทองแดงที่มีประจุไฟฟ้าสองประจุในน้ำเสียจากการชุบทองแดงที่มีกรดจะทำปฏิกิริยากับปูนขาวเพื่อสร้างคอปเปอร์ไฮดรอกไซด์ และกรดซัลฟิวริกจะทำปฏิกิริยากับปูนขาวเพื่อสร้างแคลเซียมซัลเฟตและน้ำ ในน้ำเสียจากการชุบทองแดงไพโรฟอสเฟต อนุมูลไพโรฟอสเฟตและไอออนทองแดงจะอยู่ในรูปของสารเชิงซ้อน เมื่อบำบัดด้วยปูนขาว อนุมูลไพโรฟอสเฟตจะทำปฏิกิริยากับแคลเซียมออกไซด์เพื่อสร้างตะกอนแคลเซียมไพโรฟอสเฟต และไอออนทองแดงจะทำปฏิกิริยากับแคลเซียมออกไซด์เพื่อสร้างคอปเปอร์ไฮดรอกไซด์

3. กระบวนการกู้คืน

3.1 องค์ประกอบของน้ำเสียที่มีทองแดง

น้ำเสียที่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบมีหลายประเภท เช่น น้ำเสียจากการชุบทองแดงด้วยไซยาไนด์ น้ำเสียจากโลหะผสมทองแดง-สังกะสี น้ำเสียจากโลหะผสมทองแดง-ดีบุก น้ำเสียจากการชุบทองแดงด้วยกรด และน้ำเสียจากการชุบทองแดงด้วยไพโรฟอสเฟต น้ำเสียจากการชุบทองแดงด้วยไซยาไนด์ โลหะผสมทองแดง-สังกะสี และโลหะผสมทองแดง-ดีบุก จะไหลลงสู่ถังปรับสภาพน้ำเสียที่มีไซยาไนด์ ในขณะที่น้ำเสียจากการชุบทองแดงด้วยกรดและน้ำเสียจากการชุบทองแดงด้วยไพโรฟอสเฟตจะไหลลงสู่ถังปรับสภาพน้ำเสียที่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบ น้ำเสียจากการชุบทองแดงด้วยไซยาไนด์และโลหะผสมทองแดงมีสารเชิงซ้อน เช่นโซเดียมไซยาไนด์โพแทสเซียมโซเดียมทาร์เทรต และแอมโมเนียมไทโอไซยาเนต ซึ่งจะสร้างสารเชิงซ้อนกับไอออนของทองแดง ส่วนน้ำเสียจากการชุบทองแดงด้วยไพโรฟอสเฟตจะมีสารเชิงซ้อนของทองแดงไพโรฟอสเฟตอยู่ด้วย น้ำเสียจากการชุบทองแดงด้วยไซยาไนด์และโลหะผสมทองแดงคิดเป็นประมาณ 90% ของน้ำเสียที่มีทองแดงทั้งหมด ในขณะที่น้ำเสียจากการชุบทองแดงเงาด้วยกรดและการชุบทองแดงไพโรฟอสเฟตคิดเป็นประมาณ 10%

3.2 กระบวนการออกซิเดชันของสารเชิงซ้อนของทองแดง

ก่อนที่จะแยกทองแดง จำเป็นต้องทำลายสารเชิงซ้อนของทองแดงในน้ำเสียจากการชุบด้วยไฟฟ้า และออกซิไดซ์ไอออน Cu⁺ เป็นไอออน Cu²⁺ วิธีการผสมผสานระหว่างสารละลายโซเดียมไฮโปคลอไรต์และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ใช้ในการทำลายไซยาไนด์และสารเชิงซ้อน เช่น โพแทสเซียมโซเดียมทาร์เตรต มีถังทำลายไซยาไนด์สามถัง น้ำเสียที่มีไซยาไนด์และน้ำเสียที่มีทองแดงจะถูกสูบเข้าไปในถังทำลายไซยาไนด์ขั้นที่หนึ่ง เติมนมมะนาวเพื่อปรับค่า pH เป็น 11 - 12 และปริมาณนมมะนาวที่เติมจะถูกปรับโดยระบบควบคุม pH ในเวลาเดียวกัน เติมสารละลายโซเดียมไฮโปคลอไรต์เพื่อทำลายไซยาไนด์ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะถูกเติมลงในถังทำลายไซยาไนด์ขั้นที่สองเพื่อทำลายไซยาไนด์และสารเชิงซ้อนออกซิไดซ์ เช่น โพแทสเซียมโซเดียมทาร์เตรตต่อไป เนื่องจากอัตราการเกิดปฏิกิริยาช้า จึงมีการเติมถังทำลายไซยาไนด์ขั้นที่สาม ในถังแยกไซยาไนด์ขั้นที่สาม การกำจัดไซยาไนด์และสารเชิงซ้อน เช่น โพแทสเซียมโซเดียมทาร์เตรต จะถูกตรวจสอบตามข้อมูลการวิเคราะห์ทางเคมีและประสบการณ์ เมื่อปฏิกิริยาออกซิเดชันเสร็จสมบูรณ์ Cu⁺ ในน้ำเสียจะถูกแปลงเป็น Cu²⁺ อย่างสมบูรณ์ และเกิดตะกอนคอปเปอร์คาร์บอเนตและคอปเปอร์ไฮดรอกไซด์เบส ในระหว่างกระบวนการนี้ หลังจากที่น้ำเสียจากการชุบทองแดงไพโรฟอสเฟตทำปฏิกิริยากับปูนขาว สารเชิงซ้อนที่เกิดจากอนุมูลทองแดงและไพโรฟอสเฟตจะแตกตัว และเกิดทองแดงไฮดรอกไซด์ขึ้น ข้อมูลการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่ากระบวนการนี้สามารถทำให้น้ำเสียเป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยทิ้ง การเติมปูนขาวเพื่อปรับค่า pH และตกตะกอนไอออนทองแดงจะช่วยลดต้นทุนการบำบัด และปูนขาวยังมีบทบาทเป็นตัวช่วยในการตกตะกอนและตกตะกอนอนุมูลไพโรฟอสเฟตได้อย่างสมบูรณ์

3.3 การกู้คืนทองแดง

ในกระบวนการข้างต้น ไอออนของทองแดงในน้ำเสียจากการชุบด้วยไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นตะกอนคอปเปอร์คาร์บอเนตเบส หากปริมาณปูนขาวที่เติมลงไปมีมาก ไอออนของทองแดงก็สามารถแปลงเป็นตะกอนคอปเปอร์ไฮดรอกไซด์ได้เช่นกัน เนื่องจากต้องใช้ปูนขาวในการตกตะกอนอนุมูลไพโรฟอสเฟตในน้ำเสียจากการชุบด้วยทองแดงไพโรฟอสเฟต ปริมาณปูนขาวที่เติมลงไปจึงไม่ควรน้อยเกินไป ต้นทุนของปูนขาวนั้นต่ำมาก และสามารถเติมในปริมาณที่เหมาะสมในระหว่างกระบวนการบำบัดได้

หลังจากน้ำเสียที่มีไซยาไนด์และทองแดงได้รับการบำบัดในถังแยกไซยาไนด์สามขั้นตอนแล้ว น้ำเสียเหล่านี้จะไหลเข้าสู่ถังตกตะกอน โซเดียมไพโรซัลไฟต์จะถูกเติมลงในถังแยกไซยาไนด์เพื่อลดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ส่วนเกิน และเติมสารตกตะกอนโพลีอะคริลาไมด์เพื่อให้อนุภาคของตะกอนมีขนาดใหญ่ขึ้น หากไม่เติมโซเดียมไพโรซัลไฟต์ลงในถังแยกไซยาไนด์ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เหลือหลังจากแยกไซยาไนด์จะสลายตัวเพื่อสร้างออกซิเจน ซึ่งจะถูกดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคของตะกอนและทำให้ตะกอนลอย ปริมาณของโซเดียมไพโรซัลไฟต์ที่เติมลงไปควรไม่ทำให้ตะกอนลอย และปริมาณส่วนเกินที่เหมาะสมต้องเป็นที่ยอมรับได้

หลังจากผ่านถังตกตะกอนแล้ว น้ำเสียจะไหลเข้าสู่ถังตกตะกอนแบบท่อเอียง หลังจากแยกตะกอนออกจากน้ำแล้ว ตะกอนจะเข้าสู่ถังเพิ่มความเข้มข้นของตะกอน จากนั้นจึงกรองด้วยเครื่องกรองแบบกด เค้กกรองจะถูกกู้คืน และน้ำกรองจะไหลกลับไปยังถังปรับ เค้กกรองที่มีทองแดงที่กู้คืนมาจะถูกซื้อโดยบริษัทมืออาชีพและส่งไปยังผู้ผลิตมืออาชีพเพื่อผลิตคอปเปอร์ซัลเฟตหรือสามารถใช้ผลิตทองแดงอิเล็กโทรไลต์ได้เช่นกัน

4 ประโยชน์ที่ได้รับ

โรงงานชุบโลหะด้วยไฟฟ้า 4 แห่งก่อให้เกิดน้ำเสียที่มีทองแดงปนเปื้อน ข้อมูลการวิเคราะห์และการตรวจสอบแสดงให้เห็นว่า ความเข้มข้นเฉลี่ยของทองแดงในน้ำเสียจากการชุบทองแดงด้วยไซยาไนด์อยู่ที่ 345 มิลลิกรัมต่อลิตร หรือกล่าวคือ น้ำเสียทุกๆ ตันมีทองแดงอยู่ 0.345 กิโลกรัม ปริมาณน้ำเสียจากการชุบทองแดงด้วยไซยาไนด์ต่อเดือนประมาณ 4600 ตัน ซึ่งมีทองแดงอยู่ 1587 กิโลกรัม เมื่อรวมกับทองแดงในน้ำเสียที่มีทองแดงปนเปื้อนอื่นๆ จะสามารถนำทองแดงกลับมาใช้ใหม่ได้ประมาณ 1700 กิโลกรัมต่อเดือน บริษัทมีรายได้จากการขายกากตะกอนที่มีทองแดงปนเปื้อนประมาณ 30.000 - 40.000 หยวนต่อเดือน การนำทองแดงกลับมาใช้ใหม่จากน้ำเสียจากการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าของบริษัท ช่วยหลีกเลี่ยงการใช้ทองแดงโลหะอย่างไม่คุ้มค่า ไม่เพียงแต่ลดต้นทุนการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า แต่ยังลดมลพิษทุติยภูมิของกากตะกอนจากการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้เกิดประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสังคมที่ดี

5 ข้อสรุป

อุตสาหกรรมการชุบด้วยไฟฟ้าเป็นอุตสาหกรรมที่ก่อให้เกิดมลพิษสูง ในสถานการณ์ปัจจุบันที่กระบวนการและเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียจากการชุบด้วยไฟฟ้าในประเทศจีนค่อนข้างล้าหลัง การศึกษาอย่างจริงจังเกี่ยวกับวิธีการกู้คืนโลหะที่ไม่ใช่เหล็กในน้ำเสียจากการชุบด้วยไฟฟ้ามีความสำคัญอย่างยิ่งในการสร้างรูปแบบการชุบด้วยไฟฟ้าที่ประหยัดทรัพยากรและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และรักษาการพัฒนาอย่างยั่งยืนของอุตสาหกรรมการชุบด้วยไฟฟ้า วิธีการบำบัดการชุบทองแดงไซยาไนด์และน้ำเสียที่มีทองแดงอื่นๆ เพื่อกู้คืนทองแดงโดยใช้ปูนขาวที่ศึกษาในเอกสารนี้แสดงให้เห็นผลลัพธ์ที่ดีในการใช้งานจริง ซึ่งเป็นแนวทางที่เป็นไปได้สำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมการชุบด้วยไฟฟ้าที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม