Sülfürlü Cevherlerin Yüzeyindeki Siyanürün Giderilmesine Yönelik Yöntemler ve İşlemler

1. Giriş

Metalurji alanında, özellikle altın çıkarımı ve sülfür cevheri işleme süreçlerinde, sülfür cevherlerinin yüzeyinde siyanürün bulunması önemli zorluklar yaratmaktadır. Siyanür, altınla kompleks oluşturma ve çözünmesini kolaylaştırma yeteneği nedeniyle altın çıkarımında siyanürleme liç işleminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, liç işleminden sonra, atıkta sülfür cevherlerinin yüzeyinde kalan siyanür sadece çevre kirliliğine yol açmakla kalmaz, aynı zamanda sülfür minerallerinin daha sonraki zenginleştirilmesini de engeller ve değerli metallerin genel geri kazanım oranını düşürür. Bu nedenle, sülfür cevherlerinin yüzeyindeki siyanürü gidermek için etkili yöntemler geliştirmek, sürdürülebilir mineral işleme ve çevre koruma için çok önemlidir.

2. Sülfürlü Cevher Yüzeylerinde Siyanürle İlgili Mevcut Sorunlar

2.1 Çevresel Etki

Siyanür son derece toksik bir maddedir. Yüzeye adsorbe edilmiş siyanürlü sülfür cevherleri çevreye boşaltıldığında, siyanür yavaş yavaş dışarı sızabilir ve toprağı, su kaynaklarını ve havayı kirletebilir. Düşük konsantrasyonlarda bile siyanür suda yaşayan organizmalar, bitkiler ve insan sağlığı için son derece zararlı olabilir. Örneğin, siyanür içeren atıkların uygunsuz şekilde bertaraf edildiği bazı madencilik alanlarında, yakınlardaki su kütlelerinde çözünmüş oksijen içeriğinde önemli bir azalma görülmüştür ve bu da balıkların ve diğer suda yaşayan canlıların ölümüne yol açmıştır.

2.2 Sülfür Mineral Zenginleşmesinin Engellenmesi

Pirit, kalkopirit ve sfalerit gibi sülfürlü cevherlerin yüzeyine adsorbe edilen siyanür, mineral yüzeyinde bir pasifleştirme filmi oluşturabilir. Bu film, sonraki flotasyon veya diğer zenginleştirme işlemleri sırasında sülfürlü minerallerin reaktivitesini azaltır. Örneğin, bakır içeren sülfürlü cevherlerin flotasyonunda, kalkopirit yüzeyindeki siyanür, toplayıcılarla etkileşimini zayıflatabilir ve bakır minerallerini gang minerallerinden etkili bir şekilde ayırmayı zorlaştırarak bakır konsantrelerinin derecesini ve geri kazanım oranını düşürebilir.

3. Sülfürlü Cevherlerin Yüzeyindeki Siyanürün Giderilmesi Yöntemleri

3.1 Asit Aktivasyon Yöntemi

3.1.1 İlke

Asit aktivasyon yöntemi, sülfürlü cevherlerin yüzeyindeki siyanür içeren bileşiklerle reaksiyona girmek için esas olarak sülfürik asit veya oksalik asit gibi asitler kullanır. Bir asit eklendiğinde, siyanür - metal komplekslerinin ayrışmasına neden olur. Sonuç olarak, hidrojen siyanür gazı üretilir. Ancak iyi tasarlanmış bir işlemde, bu uçucu hidrojen siyanür uygun emilim sistemleri aracılığıyla geri kazanılabilir ve yeniden kullanılabilir.

3.1.2 İşlem Adımları

1. Cevher Hamuru Hazırlama : İlk olarak, sülfürlü cevher atıkları, yüzeyde adsorbe edilmiş siyanür ve su ile karıştırılarak homojen bir cevher hamuru oluşturulur. Cevher hamurunun katı-sıvı oranı, genellikle cevherin özelliklerine ve özel işlem gereksinimlerine bağlı olarak, genellikle 1:2 - 1:5 aralığında ayarlanır.

2. Asit İlavesi : Cevher hamuruna sürekli karıştırılarak yavaşça sülfürik asit veya oksalik asit eklenir. Eklenen asit miktarı, cevher hamurundaki siyanür içeriğine göre dikkatlice kontrol edilmelidir. Genellikle cevher hamurunun pH değeri 2-4 arasına ayarlanır ve ilave işlemi sırasında pH metre kullanılarak pH değeri gerçek zamanlı olarak izlenmelidir.

3. Reaksiyon ve Gaz Arıtma : Asit eklendikten sonra, reaksiyonun yaklaşık 1-3 saat sürmesine izin verilir. Bu süre zarfında hidrojen siyanür gazı üretilir. Bu gazın çevreyi kirletmesini önlemek için bir gaz toplama ve arıtma sistemi kurulur. Oluşan hidrojen siyanür gazı, sodyum hidroksit çözeltisi gibi alkali bir çözeltiyle dolu bir absorpsiyon kulesine yönlendirilir. Burada hidrojen siyanür, sodyum hidroksit ile reaksiyona girer ve geri kazanılan sodyum siyanür çözeltisi, kalitesi gereksinimleri karşılıyorsa siyanürleme işlemine geri dönüştürülebilir.

3.1.3 Avantajlar ve Dezavantajlar

• Avantajları : Bu yöntem hem prensip hem de uygulama açısından nispeten basittir. Sülfür cevherlerinin yüzeyindeki siyanür içeren bileşikleri etkili bir şekilde parçalayabilir ve siyanürü geri dönüştürme potansiyeline sahiptir, bu da madencilik sürecinde siyanür kullanımının genel maliyetini düşürür.

• Dezavantajları : Önemli güvenlik riskleri söz konusudur. Hidrojen siyanür gazı son derece zehirlidir ve reaksiyon sırasında herhangi bir sızıntı, operatörler ve çevre için ciddi zararlara yol açabilir. Ayrıca, bu yöntemde kullanılan asitler aşındırıcıdır, bu da ekipman ve boru hatlarına zarar vererek bakım maliyetlerini artırır ve ekipmanın ömrünü kısaltır.

3.2 Oksidan Aktivasyon Yöntemi

3.2.1 İlke

Hidrojen peroksit, potasyum permanganat ve ozon gibi oksitleyiciler, sülfür cevherlerinin yüzeyindeki siyanürü oksitlemek için kullanılır. Bu oksitleyiciler, siyanür bileşiklerinin kimyasal bağlarını kırarak siyanürü azot gazı ve karbonatlar gibi nispeten toksik olmayan maddelere dönüştürür.

3.2.2 İşlem Adımları

1. Cevher Hamuru Hazırlama : Asit aktivasyon yöntemine benzer şekilde, sülfürlü cevher atıklarını uygun katı-sıvı oranına sahip bir cevher hamuruna dönüştürün.

2. Oksitleyici İlavesi : Seçilen oksitleyiciyi cevher hamuruna ekleyin. Eklenen oksitleyici miktarı, cevher hamurundaki siyanür içeriğine ve oksitleyicinin oksidasyon potansiyeline bağlıdır. Örneğin, hidrojen peroksit kullanıldığında, dozaj genellikle ton başına 1-5 kg ​​iken, potasyum permanganat genellikle ton başına 0.5-2 kg oranında eklenir. Eşit karışımı sağlamak için ilave işlemi sürekli karıştırma ile yavaşça yapılmalıdır.

3. Reaksiyon ve İzleme : Oksitleyici maddenin cevher hamurundaki siyanürle 2-4 saat reaksiyona girmesine izin verin. Reaksiyon sırasında, oksidasyon-indirgeme potansiyelini ve cevher hamurundaki siyanür içeriğini izleyin. Oksidasyon-indirgeme potansiyeli değeri, oksidasyon reaksiyonunun ilerlemesini yansıtır. Değer stabilize olduğunda ve cevher hamurundaki siyanür içeriği gerekli standardı (genellikle 0.5 mg/L'den az) karşıladığında, reaksiyonun tamamlandığı kabul edilir.

3.2.3 Avantajlar ve Dezavantajlar

• Avantajları : Bu yöntem, asit aktivasyon yöntemi gibi zehirli ve uçucu gazlar üretmez, bu da onu çalışma ortamı için daha güvenli hale getirir. Siyanürü etkili bir şekilde oksitleyip ayrıştırarak sülfür cevherlerinin yüzeyinden siyanürü uzaklaştırma amacına ulaşır. Dahası, reaksiyon ürünleri nispeten çevre dostudur.

• Dezavantajları : Oksitleyicilerin maliyeti, özellikle ozon gibi güçlü oksitleyiciler için nispeten yüksektir ve bu da sülfürlü cevherlerin işleme maliyetini artırır. Ayrıca, oksidasyon reaksiyonu, cevher hamurunun pH değeri, sıcaklık ve diğer safsızlıkların varlığı gibi faktörlerden kolayca etkilenir ve reaksiyon koşullarının sıkı bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir.

3.3 Bakır Tuzu Yöntemi

3.3.1 İlke

Bakır sülfat gibi bakır tuzları, yüzeyde adsorbe edilen siyanür ile sülfür cevheri hamuruna eklenir. Bakır iyonları siyanür ile reaksiyona girerek çözünmeyen bakır-siyanür kompleksleri oluşturur. Bu kompleksler daha sonra katı-sıvı ayırma yöntemleri ile cevher hamurundan ayrılabilir ve böylece siyanürün uzaklaştırılması sağlanır.

3.3.2 İşlem Adımları

1. Cevher Hamuru Hazırlama : Sülfürlü cevher atıklarını uygun katı-sıvı oranına sahip bir cevher hamuruna dönüştürün.

2. Bakır Tuzu İlavesi : Cevher hamuruna uygun miktarda bakır sülfat ekleyin. Eklenen bakır sülfat miktarı, cevher hamurundaki siyanür içeriğine göre belirlenir ve genellikle bakır iyonlarının siyanür iyonlarına oranı 1 - 2:1'dir. Bakır sülfat genellikle sulu çözelti halinde eklenir ve bakır iyonlarının cevher hamurunda eşit dağılımını sağlamak için ilave işlemi sürekli karıştırma eşliğinde yapılmalıdır.

3. Reaksiyon ve Katı-Sıvı Ayrımı : Bakır tuzu eklendikten sonra, reaksiyonun 1-2 saat sürmesine izin verin. Daha sonra, filtrasyon veya çöktürme gibi yöntemler kullanarak cevher hamurunda katı-sıvı ayrımı gerçekleştirin. Ayrılan katı, bakır-siyanür çökeltileri ve sülfür mineralleri içerirken, ayrılan sıvı, deşarj standardını karşılamak için daha fazla işleme tabi tutulabilir veya başka amaçlar için geri dönüştürülebilir.

3.3.3 Avantajlar ve Dezavantajlar

• Avantajlar : Bu yöntem, çözünmeyen çökelmeler oluşturarak sülfür cevherlerinin yüzeyinden siyanürü etkili bir şekilde uzaklaştırabilir. İşlem süreci nispeten basittir ve bakır sülfat yaygın ve ucuz bir kimyasal reaktiftir, bu da belirli ekonomik avantajlar sunar.

• Dezavantajları : Bakır tuzlarının eklenmesi, cevher hamuruna bakır safsızlıkları sokabilir ve bu da sülfür minerallerinin daha sonraki zenginleştirme işlemlerini etkileyebilir. Örneğin, kurşun-çinko sülfür cevherlerinin flotasyonunda, aşırı bakır iyonları sfaleriti aktive ederek kurşun ve çinko minerallerinin ayrışmasını engelleyebilir. Ayrıca, ayrılan bakır-siyanür çökeltilerinin ikincil kirliliği önlemek için uygun şekilde bertaraf edilmesi gerekir.

3.4 Yeni Kompozit Reaktif Yöntemi

3.4.1 İlke

Polisülfür ve sodyum metabisülfit kombinasyonu gibi bazı yeni geliştirilen kompozit reaktifler kullanılır. Polisülfürler, sülfür cevherlerinin yüzeyindeki siyanür içeren bileşiklerdeki kükürt içeren bileşenlerle reaksiyona girerken, sodyum metabisülfit sistemin redoks potansiyelini ayarlar ve siyanürün ayrışmasını teşvik ederek uzaklaştırılmasını kolaylaştırır.

3.4.2 İşlem Adımları

1. Cevher Hamuru Hazırlama : Sülfürlü cevher atıklarını cevher hamuru haline getirin.

2. Kompozit Reaktif İlavesi : Polisülfitler ve sodyum metabisülfitten oluşan kompozit reaktifi cevher hamuruna ekleyin. Polisülfitlerin sodyum metabisülfite ağırlık oranı tipik olarak 1:1'dir ve eklenen kompozit reaktifin miktarı, cevher hamurundaki siyanür içeriğine ve sülfürlü cevherin yapısına bağlı olarak belirlenir ve genellikle ton başına 0.5 - 2 kg arasında değişir.

3. Reaksiyon ve İzleme : Kompozit reaktif eklendikten sonra, reaksiyonun 1-3 saat sürmesine izin verin. Reaksiyon sırasında, cevher hamurundaki siyanür içeriğini ve redoks potansiyeli ve pH değeri gibi ilgili kimyasal parametreleri izleyin. Siyanürün tamamen giderilmesini sağlamak için izleme sonuçlarına göre reaksiyon koşullarını derhal ayarlayın.

3.4.3 Avantajlar ve Dezavantajlar

• Avantajlar : Bu yöntem, farklı sülfür cevheri türlerine iyi uyum sağlamaktadır. Kompozit reaktif, sülfür cevherlerinin yüzeyinden siyanürü etkili bir şekilde uzaklaştırmak için sinerjik olarak çalışır. Tek reaktifli yöntemlerle karşılaştırıldığında, daha iyi uzaklaştırma verimliliği sunabilir ve sülfür minerallerinin sonraki zenginleştirme işlemlerine daha az etki edebilir.

• Dezavantajları : Kompozit reaktiflerin geliştirilmesi ve üretimi nispeten karmaşıktır ve maliyeti bazı geleneksel tek reaktifli yöntemlere göre daha yüksek olabilir. Dahası, kompozit reaktiflerin spesifik reaksiyon mekanizması henüz tam olarak anlaşılamamıştır, bu da gerçek endüstriyel uygulamalarda belirsizliklere yol açabilir.

4. Proses Optimizasyonu ve Hususlar

4.1 Cevherlerin Ön İşlemi

Yukarıdaki yöntemlerden herhangi birini sülfürlü cevherlerin yüzeyindeki siyanürü gidermek için kullanmadan önce, genellikle uygun cevher ön işlemi gereklidir. Örneğin, sülfürlü cevher artıkları büyük miktarda ince taneli gang mineralleri içeriyorsa, işlenmesi zor ince taneli fraksiyonları gidermek için ön eleme veya sınıflandırma işlemleri gerçekleştirilebilir. Bu, reaktif ile sülfürlü mineraller arasındaki yüzey adsorbe edilmiş siyanürle temas verimliliğini artırabilir ve gang minerallerinin reaksiyon sürecine müdahalesini azaltabilir.

4.2 Reaksiyon Koşullarının Kontrolü

• pH Değeri : Cevher hamurunun pH değeri reaksiyon sürecini önemli ölçüde etkiler. Asit aktivasyon yöntemi, siyanür içeren bileşiklerin ayrışmasını teşvik etmek için daha düşük bir pH gerektirirken, oksidan aktivasyon yöntemi ve bakır tuzu yöntemi uygun bir pH aralığını korumayı gerektirir. Örneğin, oksidan olarak hidrojen peroksit kullanıldığında, cevher hamurunun optimum pH değeri genellikle 8-10'dur ve bakır sülfat kullanıldığında, cevher hamurunun pH değeri genellikle 6-8 arasında kontrol edilir.

• Sıcaklık : Reaksiyon sıcaklığı da reaksiyon hızını ve verimliliğini etkiler. Genel olarak, sıcaklığın artırılması reaksiyon hızını hızlandırabilir. Bununla birlikte, hidrojen peroksit ile siyanürün oksidasyonu gibi bazı reaksiyonlarda, aşırı yüksek sıcaklık oksitleyicinin bozunmasına ve oksidasyon verimliliğinin azalmasına neden olabilir. Bu nedenle, reaksiyon sıcaklığı, genellikle 20-40 °C aralığında olmak üzere, belirli reaksiyon sistemine göre optimize edilmelidir.

• Karıştırma Yoğunluğu : Cevher hamurunda reaktiflerin eşit dağılımını sağlamak ve reaktif ile sülfür cevherlerinin yüzeyindeki siyanür içeren maddeler arasındaki temas olasılığını artırmak için yeterli karıştırma şarttır. Bununla birlikte, aşırı karıştırma gereksiz enerji tüketimine ve ekipmanın mekanik aşınmasına yol açabilir. Uygun karıştırma yoğunluğu deneysel araştırmalar ve pratik üretim deneyimi yoluyla belirlenmelidir.

4.3 Katı - Sıvı Ayırma ve Atıksu Arıtımı

Sülfürlü cevherlerin yüzeyindeki siyanürü gidermek için reaksiyondan sonra, arıtılmış sülfür minerallerini reaksiyon çözeltisinden ayırmak için etkili katı-sıvı ayırma gereklidir. Yaygın olarak kullanılan katı-sıvı ayırma yöntemleri arasında filtrasyon, sedimantasyon ve santrifüjleme bulunur. Ayrılan atık su genellikle hala bir miktar kalıntı siyanür ve diğer safsızlıklar içerir ve bunların deşarj standardını karşılamak için daha fazla arıtılması gerekir. Atık su arıtma prosesleri, daha fazla oksidasyon, adsorpsiyon ve biyolojik arıtma gibi yöntemleri içerebilir.

5. Örnek Olaylar

5.1 Altın Madeninde Asit Aktivasyon Yöntemi Uygulaması

Bir altın madeninde, siyanürleme liç işleminden sonra, sülfürlü cevher artıkları belirli miktarda yüzeyde adsorbe edilmiş siyanüre sahipti. Madende, arıtma için asit aktivasyon yöntemi kullanılıyordu. İlk olarak, artıklar 1:3 katı-sıvı oranına sahip bir cevher hamuru haline getirildi. Daha sonra, cevher hamurunun pH değerini 3'e ayarlamak için sülfürik asit eklendi. 2 saat reaksiyondan sonra, oluşan hidrojen siyanür gazı toplandı ve bir sodyum hidroksit çözeltisi tarafından emildi. Arıtmadan sonra, cevher hamurundaki siyanür içeriği 5 mg/L'den 0.5 mg/L'nin altına düştü ve daha sonra sülfürlü minerallerin flotasyon geri kazanım oranı yaklaşık %10 arttı. Ancak, işletme sırasında, hidrojen siyanür gazı sızıntısı işletme sahasında güvenlik riskleri oluşturdu ve ekipman boru hatları nispeten ciddi korozyona uğradı.

5.2 Polimetalik Sülfürlü Cevher Madeninde Oksidan Aktivasyon Yöntemi

Polimetalik sülfürlü bir cevher madeni, sülfürlü cevherlerin yüzeyindeki siyanürü gidermek için bir oksitleyici olarak hidrojen peroksit kullandı. Cevher hamurunun pH değeri önce 9'a ayarlandı. Daha sonra ton cevher hamuru başına 3 kg'lık bir dozajda hidrojen peroksit eklendi. 3 saat reaksiyondan sonra cevher hamurundaki siyanür içeriği çok düşük bir seviyeye düştü. Bakır, kurşun ve çinko sülfürlü minerallerin daha sonraki zenginleştirilmesi kalan siyanürden etkilenmedi ve genel metal geri kazanım oranı iyileşti. Ancak hidrojen peroksitin yüksek maliyeti cevher işleme maliyetinde ton başına yaklaşık 5 dolarlık bir artışa yol açtı.

6. Sonuç

Sülfürlü cevherlerin yüzeyindeki siyanürün giderilmesi, mineral işleme alanında önemli bir görevdir. Asit aktivasyon yöntemi, oksidan aktivasyon yöntemi, bakır tuzu yöntemi ve yeni kompozit reaktif yönteminin her birinin kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır. Gerçek endüstriyel uygulamalarda, en uygun yöntemi seçmek için sülfürlü cevherlerin doğası, çevre koruma gereksinimleri ve ekonomik maliyetler gibi faktörlerin kapsamlı bir şekilde dikkate alınması gerekir. Bu arada, proses koşullarının optimize edilmesi, cevherlerin ön işlenmesi ve katı - sıvı ayırma ve atık su arıtımının uygun şekilde ele alınmasıyla, sülfürlü cevherlerin yüzeyindeki siyanürün giderilmesinin verimliliği daha da artırılabilir ve kaynak geri kazanımı ve çevre koruma hedeflerine ulaşılabilir.