Phương pháp và quy trình loại bỏ xyanua trên bề mặt quặng sunfua

1. Giới thiệu

Trong lĩnh vực luyện kim, đặc biệt là trong khai thác vàng và chế biến quặng sunfua, sự hiện diện của Cyanide trên bề mặt của Quặng sunfua đặt ra những thách thức đáng kể. Xyanua được sử dụng rộng rãi trong quá trình chiết xuất xyanua để chiết xuất vàng do khả năng tạo thành hợp chất với vàng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hòa tan vàng. Tuy nhiên, sau quá trình chiết xuất, phần còn lại xyanua trên bề mặt quặng sunfua trong chất thải không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ức chế quá trình tuyển khoáng sunfua sau đó, làm giảm tỷ lệ thu hồi chung của kim loại có giá trị. Do đó, việc phát triển các phương pháp hiệu quả để loại bỏ xyanua trên bề mặt quặng sunfua là rất quan trọng đối với quá trình chế biến khoáng sản bền vững và bảo vệ môi trường.

2. Các vấn đề hiện tại với xyanua trên bề mặt quặng sunfua

2.1 Tác động môi trường

Xyanua là một chất cực độc. Khi quặng sunfua có xyanua hấp phụ bề mặt được thải ra môi trường, xyanua có thể dần dần rò rỉ ra ngoài và làm ô nhiễm đất, nguồn nước và không khí. Ngay cả ở nồng độ thấp, xyanua vẫn có thể cực kỳ có hại cho các sinh vật thủy sinh, thực vật và sức khỏe con người. Ví dụ, ở một số khu vực khai thác nơi xảy ra tình trạng thải bỏ chất thải có chứa xyanua không đúng cách, các vùng nước gần đó đã cho thấy hàm lượng oxy hòa tan giảm đáng kể, dẫn đến cá và các sinh vật thủy sinh khác chết.

2.2 Ức chế quá trình làm giàu khoáng chất sunfua

Xyanua hấp phụ trên bề mặt quặng sunfua, chẳng hạn như pirit, chalcopyrit và sphalerit, có thể tạo thành một lớp màng thụ động trên bề mặt khoáng vật. Lớp màng này làm giảm khả năng phản ứng của khoáng vật sunfua trong quá trình tuyển nổi tiếp theo hoặc các quá trình tuyển khác. Ví dụ, trong quá trình tuyển nổi quặng sunfua chứa đồng, sự hiện diện của xyanua trên bề mặt chalcopyrit có thể làm suy yếu tương tác của nó với các chất thu gom, khiến việc tách khoáng vật đồng khỏi khoáng vật phụ trở nên khó khăn, do đó làm giảm hàm lượng và tỷ lệ thu hồi của đồng cô đặc.

3. Các phương pháp loại bỏ xyanua trên bề mặt quặng sunfua

3.1 Phương pháp hoạt hóa axit

3.1.1 Nguyên tắc

Phương pháp hoạt hóa axit chủ yếu sử dụng các axit như axit sunfuric hoặc axit oxalic để phản ứng với các hợp chất chứa xyanua trên bề mặt quặng sunfua. Khi thêm axit, nó sẽ phân hủy các hợp chất xyanua - kim loại. Kết quả là, khí hydro xyanua được tạo ra. Nhưng trong một quy trình được thiết kế tốt, hydro xyanua dễ bay hơi này có thể được thu hồi và tái sử dụng thông qua các hệ thống hấp thụ thích hợp.

3.1.2 Các bước tiến hành

1. Chuẩn bị bột quặng: Đầu tiên, trộn quặng đuôi sunfua với xyanua hấp phụ bề mặt với nước để tạo thành bột quặng đồng nhất. Tỷ lệ rắn - lỏng của bột quặng thường được điều chỉnh dựa trên đặc điểm của quặng và yêu cầu quy trình cụ thể, thường trong khoảng 1:2 - 1:5.

2. Bổ sung axit: Từ từ thêm axit sunfuric hoặc axit oxalic vào bột quặng trong khi khuấy liên tục. Lượng axit thêm vào phải được kiểm soát cẩn thận theo hàm lượng xyanua trong bột quặng. Thông thường, giá trị pH của bột quặng được điều chỉnh thành 2 - 4. và độ pH phải được theo dõi theo thời gian thực bằng máy đo pH trong quá trình thêm vào.

3. Phản ứng và xử lý khí: Sau khi thêm axit, để phản ứng diễn ra trong khoảng 1 - 3 giờ. Trong thời gian này, khí hydro xyanua được tạo ra. Để ngăn chặn khí này gây ô nhiễm môi trường, một hệ thống thu gom và xử lý khí được thiết lập. Khí hydro xyanua được tạo ra được dẫn vào một tháp hấp thụ chứa đầy dung dịch kiềm, chẳng hạn như dung dịch natri hydroxit. Tại đây, hydro xyanua phản ứng với natri hydroxit và thu hồi Natri Xyanua dung dịch có thể được tái chế cho quá trình xyanua hóa nếu chất lượng của nó đáp ứng các yêu cầu.

3.1.3 Ưu điểm và nhược điểm

• Ưu điểm:Phương pháp này tương đối đơn giản về cả nguyên lý và hoạt động. Nó có thể phân hủy hiệu quả các hợp chất chứa xyanua trên bề mặt quặng sunfua và có khả năng tái chế xyanua, giúp giảm tổng chi phí sử dụng xyanua trong quá trình khai thác.

• Nhược điểm: Có những rủi ro đáng kể về an toàn. Khí hydro xyanua rất độc và bất kỳ rò rỉ nào trong quá trình phản ứng đều có thể gây hại nghiêm trọng cho người vận hành và môi trường. Ngoài ra, axit được sử dụng trong phương pháp này có tính ăn mòn, có thể làm hỏng thiết bị và đường ống, làm tăng chi phí bảo trì và rút ngắn tuổi thọ của thiết bị.

3.2 Phương pháp hoạt hóa chất oxy hóa

3.2.1 Nguyên tắc

Oxidants such as hydrogen peroxide, potassium permanganate, and ozone are employed to oxidize the cyanide on the surface of sulfide ores. These oxidants break the chemical bonds of cyanide compounds, transforming cyanide into relatively non - toxic substances like nitrogen gas and Carbonăn.

3.2.2 Các bước tiến hành

1. Chuẩn bị bột quặng:Tương tự như phương pháp hoạt hóa axit, chuẩn bị quặng sunfua thành bột quặng có tỷ lệ rắn - lỏng thích hợp.

2. Bổ sung chất oxy hóa: Thêm chất oxy hóa đã chọn vào bột quặng. Lượng chất oxy hóa được thêm vào phụ thuộc vào hàm lượng xyanua trong bột quặng và thế oxy hóa của chất oxy hóa. Ví dụ, khi sử dụng hydro peroxide, liều lượng thường là 1 - 5 kg cho mỗi tấn bột quặng, trong khi kali permanganat thường được thêm vào ở mức 0.5 - 2 kg cho mỗi tấn bột quặng. Việc thêm vào nên được thực hiện từ từ với khuấy liên tục để đảm bảo trộn đều.

3. Phản ứng và giám sát: Cho chất oxy hóa phản ứng với xyanua trong bột quặng trong 2 - 4 giờ. Trong quá trình phản ứng, theo dõi thế oxy hóa - khử và hàm lượng xyanua trong bột quặng. Giá trị thế oxy hóa - khử có thể phản ánh tiến trình của phản ứng oxy hóa. Khi giá trị ổn định và hàm lượng xyanua trong bột quặng đạt tiêu chuẩn yêu cầu (thường nhỏ hơn 0.5 mg/L), phản ứng được coi là hoàn thành.

3.2.3 Ưu điểm và nhược điểm

• Ưu điểm:Phương pháp này không tạo ra khí độc và dễ bay hơi như phương pháp hoạt hóa axit, an toàn hơn cho môi trường hoạt động. Có thể oxy hóa và phân hủy xyanua hiệu quả, đạt được mục tiêu loại bỏ xyanua khỏi bề mặt quặng sunfua. Hơn nữa, sản phẩm phản ứng tương đối thân thiện với môi trường.

• Nhược điểm: Chi phí chất oxy hóa tương đối cao, đặc biệt là đối với chất oxy hóa mạnh như ozon, làm tăng chi phí xử lý quặng sunfua. Ngoài ra, phản ứng oxy hóa dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như giá trị pH của bột quặng, nhiệt độ và sự hiện diện của các tạp chất khác, đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ các điều kiện phản ứng.

3.3 Phương pháp muối đồng

3.3.1 Nguyên tắc

Muối đồng, chẳng hạn như đồng sunfat, được thêm vào bột quặng sunfua với xyanua hấp phụ bề mặt. Các ion đồng phản ứng với xyanua để tạo thành các phức chất đồng - xyanua không hòa tan. Các phức chất này sau đó có thể được tách ra khỏi bột quặng thông qua các phương pháp tách rắn - lỏng, do đó đạt được mục tiêu loại bỏ xyanua.

3.3.2 Các bước tiến hành

1. Chuẩn bị bột quặng: Chuẩn bị quặng sunfua thành bột quặng có tỷ lệ rắn - lỏng thích hợp.

2. Bổ sung muối đồng: Thêm một lượng đồng sunfat thích hợp vào bột quặng. Lượng đồng sunfat thêm vào được xác định bởi hàm lượng xyanua trong bột quặng, thường có tỷ lệ mol giữa ion đồng và ion xyanua là 1 - 2:1. Đồng sunfat thường được thêm vào dưới dạng dung dịch nước và quá trình thêm vào phải kèm theo khuấy liên tục để đảm bảo ion đồng phân bố đều trong bột quặng.

3. Phản ứng và tách rắn - lỏng: Sau khi thêm muối đồng, để phản ứng diễn ra trong 1 - 2 giờ. Sau đó, tiến hành tách rắn - lỏng trên bột quặng bằng các phương pháp như lọc hoặc lắng. Chất rắn tách ra chứa kết tủa đồng - xyanua và khoáng chất sunfua, trong khi chất lỏng tách ra có thể được xử lý thêm để đạt tiêu chuẩn xả thải hoặc tái chế cho các mục đích khác.

3.3.3 Ưu điểm và nhược điểm

• Ưu điểm:Phương pháp này có thể loại bỏ hiệu quả xyanua khỏi bề mặt quặng sunfua bằng cách tạo thành kết tủa không hòa tan. Quy trình vận hành tương đối đơn giản và đồng sunfat là thuốc thử hóa học phổ biến và rẻ tiền, mang lại một số lợi ích kinh tế nhất định.

• Nhược điểm: Việc thêm muối đồng có thể đưa tạp chất đồng vào bột quặng, có thể ảnh hưởng đến quá trình tuyển quặng sulfua sau này. Ví dụ, trong quá trình tuyển nổi quặng sulfua chì - kẽm, các ion đồng dư thừa có thể kích hoạt sphalerit, cản trở quá trình tách khoáng chì và kẽm. Ngoài ra, các chất kết tủa đồng - xyanua đã tách ra cần được xử lý đúng cách để ngăn ngừa ô nhiễm thứ cấp.

3.4 Phương pháp thuốc thử tổng hợp mới

3.4.1 Nguyên tắc

Một số thuốc thử tổng hợp mới được phát triển, như sự kết hợp của polysulfide và natri metabisulfite, được sử dụng. Các polysulfide phản ứng với các thành phần chứa lưu huỳnh trong các hợp chất chứa xyanua trên bề mặt quặng sunfua, trong khi natri metabisulfite điều chỉnh thế oxy hóa khử của hệ thống và thúc đẩy quá trình phân hủy xyanua, do đó tạo điều kiện loại bỏ nó.

3.4.2 Các bước tiến hành

1. Chuẩn bị bột quặng: Chuẩn bị quặng sunfua thành bột quặng.

2. Thêm thuốc thử tổng hợp: Thêm thuốc thử tổng hợp gồm polysulfide và natri metabisulfite vào bột quặng. Tỷ lệ khối lượng của polysulfide so với natri metabisulfite thường là 1:1. và lượng thuốc thử tổng hợp được thêm vào được xác định dựa trên hàm lượng xyanua trong bột quặng và bản chất của quặng sunfua, thường dao động từ 0.5 - 2 kg trên một tấn bột quặng.

3. Phản ứng và giám sát: Sau khi thêm thuốc thử tổng hợp, để phản ứng diễn ra trong 1 - 3 giờ. Trong quá trình phản ứng, theo dõi hàm lượng xyanua và các thông số hóa học liên quan, chẳng hạn như thế oxy hóa khử và giá trị pH, trong bột quặng. Điều chỉnh kịp thời các điều kiện phản ứng theo kết quả theo dõi để đảm bảo loại bỏ hoàn toàn xyanua.

3.4.3 Ưu điểm và nhược điểm

• Ưu điểm:Phương pháp này cho thấy khả năng thích ứng tốt với các loại quặng sunfua khác nhau. Thuốc thử tổng hợp hoạt động hiệp đồng để loại bỏ hiệu quả xyanua khỏi bề mặt quặng sunfua. So với các phương pháp thuốc thử đơn, phương pháp này có thể mang lại hiệu quả loại bỏ tốt hơn và ít ảnh hưởng đến quá trình tuyển quặng sunfua sau này.

• Nhược điểm:Việc phát triển và sản xuất thuốc thử tổng hợp tương đối phức tạp và chi phí có thể cao hơn một số phương pháp thuốc thử đơn truyền thống. Hơn nữa, cơ chế phản ứng cụ thể của thuốc thử tổng hợp vẫn chưa được hiểu đầy đủ, điều này có thể gây ra sự không chắc chắn trong các ứng dụng công nghiệp thực tế.

4. Tối ưu hóa quy trình và cân nhắc

4.1 Tiền xử lý quặng

Trước khi sử dụng bất kỳ phương pháp nào nêu trên để loại bỏ xyanua trên bề mặt quặng sunfua, thường cần phải xử lý quặng trước thích hợp. Ví dụ, nếu quặng sunfua chứa một lượng lớn khoáng vật gangue hạt mịn, có thể tiến hành sàng lọc trước hoặc phân loại để loại bỏ các phần hạt mịn khó xử lý. Điều này có thể tăng cường hiệu quả tiếp xúc giữa thuốc thử và khoáng vật sunfua với xyanua hấp phụ trên bề mặt và giảm sự can thiệp của khoáng vật gangue vào quá trình phản ứng.

4.2 Điều kiện phản ứng kiểm soát

• Giá trị pH: Giá trị pH của bột quặng ảnh hưởng đáng kể đến quá trình phản ứng. Phương pháp hoạt hóa axit yêu cầu độ pH thấp hơn để thúc đẩy quá trình phân hủy các hợp chất chứa xyanua, trong khi phương pháp hoạt hóa oxy hóa và phương pháp muối đồng cần duy trì phạm vi pH thích hợp. Ví dụ, khi sử dụng hydro peroxide làm chất oxy hóa, giá trị pH tối ưu của bột quặng thường là 8 - 10. và khi sử dụng đồng sunfat, giá trị pH của bột quặng thường được kiểm soát ở mức 6 - 8.

• Nhiệt độ: Nhiệt độ phản ứng cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và hiệu suất. Nhìn chung, tăng nhiệt độ có thể tăng tốc độ phản ứng. Tuy nhiên, đối với một số phản ứng, chẳng hạn như quá trình oxy hóa xyanua bằng hydro peroxide, nhiệt độ quá cao có thể khiến chất oxy hóa bị phân hủy, làm giảm hiệu suất oxy hóa. Do đó, nhiệt độ phản ứng cần được tối ưu hóa theo hệ thống phản ứng cụ thể, thường trong khoảng 20 - 40 °C.

• Cường độ khuấy: Khuấy đủ là điều cần thiết để đảm bảo phân phối đều thuốc thử trong bột quặng và tăng khả năng tiếp xúc giữa thuốc thử và các chất chứa xyanua trên bề mặt quặng sunfua. Tuy nhiên, khuấy quá mức có thể dẫn đến tiêu thụ năng lượng không cần thiết và làm mòn cơ học thiết bị. Cường độ khuấy thích hợp nên được xác định thông qua nghiên cứu thực nghiệm và kinh nghiệm sản xuất thực tế.

4.3 Tách rắn - lỏng và xử lý nước thải

Sau phản ứng loại bỏ xyanua trên bề mặt quặng sunfua, cần phải tách rắn - lỏng hiệu quả để tách khoáng chất sunfua đã xử lý khỏi dung dịch phản ứng. Các phương pháp tách rắn - lỏng thường dùng bao gồm lọc, lắng và ly tâm. Nước thải tách ra thường vẫn chứa một số xyanua còn sót lại và các tạp chất khác, cần được xử lý thêm để đạt tiêu chuẩn xả thải. Các quy trình xử lý nước thải có thể bao gồm các phương pháp như oxy hóa thêm, hấp phụ và xử lý sinh học.

5. Nghiên cứu điển hình

5.1 Ứng dụng phương pháp hoạt hóa axit trong mỏ vàng

Tại một mỏ vàng nào đó, sau quá trình lọc xyanua, quặng đuôi sunfua có một lượng xyanua hấp phụ bề mặt nhất định. Mỏ đã sử dụng phương pháp hoạt hóa axit để xử lý. Đầu tiên, quặng đuôi được chế biến thành bột quặng có tỷ lệ rắn - lỏng là 1:3. Sau đó, axit sunfuric được thêm vào để điều chỉnh giá trị pH của bột quặng thành 3. Sau khi phản ứng trong 2 giờ, khí hydro xyanua sinh ra được thu thập và hấp thụ bằng dung dịch natri hydroxit. Sau khi xử lý, hàm lượng xyanua trong bột quặng giảm từ 5 mg/L xuống dưới 0.5 mg/L và tỷ lệ thu hồi khoáng chất sunfua sau đó tăng khoảng 10%. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, rò rỉ khí hydro xyanua gây ra rủi ro an toàn tại địa điểm vận hành và đường ống thiết bị bị ăn mòn tương đối nghiêm trọng.

5.2 Phương pháp hoạt hóa chất oxy hóa trong mỏ quặng sulfua đa kim loại

Một mỏ quặng sulfua đa kim loại đã sử dụng hydro peroxide làm chất oxy hóa để loại bỏ xyanua trên bề mặt quặng sulfua. Đầu tiên, giá trị pH của bột quặng được điều chỉnh thành 9, sau đó hydro peroxide được thêm vào với liều lượng 3 kg cho mỗi tấn bột quặng. Sau khi phản ứng trong 3 giờ, hàm lượng xyanua trong bột quặng đã giảm xuống mức rất thấp. Quá trình tuyển quặng đồng, chì và kẽm sulfua sau đó không bị ảnh hưởng bởi xyanua còn lại và tỷ lệ thu hồi kim loại nói chung được cải thiện. Tuy nhiên, chi phí cao của hydro peroxide đã dẫn đến chi phí chế biến quặng tăng khoảng 5 đô la cho mỗi tấn.

6. Phần kết luận

Loại bỏ xyanua trên bề mặt quặng sunfua là nhiệm vụ quan trọng trong lĩnh vực chế biến khoáng sản. Phương pháp hoạt hóa axit, phương pháp hoạt hóa oxy hóa, phương pháp muối đồng và phương pháp thuốc thử tổng hợp mới đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Trong các ứng dụng công nghiệp thực tế, cần phải xem xét toàn diện các yếu tố như bản chất của quặng sunfua, yêu cầu bảo vệ môi trường và chi phí kinh tế để lựa chọn phương pháp phù hợp nhất. Trong khi đó, bằng cách tối ưu hóa các điều kiện quy trình, xử lý trước quặng và xử lý tách rắn - lỏng và xử lý nước thải đúng cách, hiệu quả loại bỏ xyanua trên bề mặt quặng sunfua có thể được nâng cao hơn nữa, đạt được mục tiêu thu hồi tài nguyên và bảo vệ môi trường.