Sianidni tozalash texnologiyalari-Tarkibida oqava suvlar

Sianid, xususan, -CN yoki CN- guruhiga ega boʻlgan birikmalarga tegishli boʻlib, bu yerda uglerod va azot atomlari uch tomonlama bogʻ bilan bogʻlangan. Ushbu uch tomonlama bog'lanish siyanid guruhiga sezilarli barqarorlikni beradi, bu esa uni odatiy kimyoviy reaktsiyalarda yagona birlik sifatida mavjud bo'lishiga imkon beradi. Ushbu yuqori barqarorlik tufayli siyanidli oqava suvlarni tozalashning ko'p usullari-degradatsiya samaradorligi nuqtai nazaridan ideal emas. Mahalliy va xalqaro olimlar siyanidni tozalashning turli usullarini, shu jumladan, tabiiy, fizikaviy, kimyoviy va biologik usullarni-tadqiq qildilar va ishlab chiqdilar. Biroq, bu texnologiyalar asosan erkin yoki zaif kislotali ajraladigan siyanidlarga qaratilgan, kuchli kislotali siyanidlarni davolash texnologiyalari nisbatan kam. Bundan tashqari, ushbu tozalash jarayonlarining asosiy mahsuloti siyanat bo'lib, siyanidni azot gazi yoki nitratlarga to'liq minerallashtira oladigan texnologiyalar kamdan-kam hollarda xabar qilinadi. Garchi siyanatning zaharliligi siyanidnikining mingdan biriga kamaygan boʻlsa-da,-koʻp miqdorda siyanatning toʻplanishi suvning zaharliligiga olib kelishi va oqava suvlarni chiqarish standartlariga javob bermasligiga olib kelishi mumkin. Ushbu maqolada suvni tozalash boʻyicha mutaxassislar uchun{12}}tarkibida siyanid boʻlgan oqava suvlarni tozalash boʻyicha anʼanaviy va yangi texnologiyalar keltirilgan.

Sianid{0}}tarkibida bo'lgan oqava suvlar uchta asosiy manbadan kelib chiqadi: birinchidan, siyanidning o'zi ishlab chiqarish jarayoni; ikkinchidan, siyaniddan foydalanadigan sanoat tarmoqlari, masalan, oltin uchun siyanidni yuvish, elektrokaplama va metallni qayta ishlash; uchinchidan, boshqa kimyoviy mahsulotlarni ishlab chiqarish jarayonlari, masalan, o'g'it zavodlari, gaz zavodlari va kokslash zavodlari. Oltin va elektrokaplama eng koʻp siyanidli chiqindi suvlarni-hosil qiluvchi ikki sanoatdir. Dunyoda eng etuk va keng qo'llaniladigan oltin qazib olish jarayoni siyanidlashdir. Umuman olganda, bir tonna oltin konsentratini tozalashda siyanid konsentratsiyasi 50 dan 500 mg/l gacha, baʼzan undan ham yuqori boʻlgan toʻrt tonnaga yaqin siyanidi{5}}boʻlgan oqava suv hosil boʻladi. Elektrokaplama ishlarida yuqori{9}}konsentratsiyali siyanidli qoplama eritmalaridan foydalaniladi, elektrokaplama oqava suvlaridagi CN- kontsentratsiyasi 4000 dan 100000 mg/L gacha etadi. Bundan tashqari, po'lat sirtini qotish uchun ishlatiladigan söndürme chiqindi tuzi eritmalari ham 10% dan 15% gacha bo'lgan juda yuqori konsentratsiyali siyanid ifloslanishining manbalari hisoblanadi.

1. Tabiiy degradatsiya

Sianidning tabiiy parchalanishi tarkibida siyanid{0}}bo‘lgan oqava suvlarni qoldiq omboriga tashishni o‘z ichiga oladi. Jismoniy, kimyoviy va biologik jarayonlarning kombinatsiyasi natijasida siyanid kontsentratsiyasi asta-sekin pasayadi, og'ir metallar ionlari cho'kadi va natijada siyanid{2}}tarkibida oqava suvlarni tozalaydi. Bu usul katta qoldiq havzasini talab qiladi va yomon oqava suvlarni ishlab chiqaradi, bu esa tobora qattiqroq ekologik siyosatlarga rioya qilishni qiyinlashtiradi. Bundan tashqari, so'nggi yillarda butun dunyo bo'ylab chiqindilar omborlari bilan bog'liq xavfsizlik va ekologik baxtsiz hodisalar tez-tez sodir bo'ldi. 2014-yilda Kanadaning Britaniya Kolumbiyasining markaziy qismidagi Poli Xill konida qoldiq to‘g‘onining qulashi oqibatida 10 million kub metr oqava suv va 4,5 million kub metr loy quyi oqimdagi daryolarga oqib tushdi. 2016-yilda Qozog‘istondagi Ridl konida qoldiq to‘g‘onining qulashi oqibatida siyanid sizib chiqib, 1000 kilometrdan ortiq masofadagi suv yo‘llarini ifloslantirib, Rossiya chegarasini kesib o‘tgan. 2019-yilda Braziliyadagi Brumadinyo konida qoldiq to‘g‘onining qulashi natijasida 12 million kub metr oqava suv sizib chiqib, 8 kilometrga zarar yetkazdi va 250 kishi halok bo‘ldi. Shuning uchun, bu texnologiya asosan bosqichma-bosqich to'xtatildi (faqat ba'zi kichik zavodlar hali ham foydalanmoqda).

2. Jismoniy usullar

Odatda ishlatiladigan fizik usullar asosan adsorbsiya va ion almashinuvini o'z ichiga oladi.

Adsorbsiya siyanidni eritmadan adsorbentning qattiq interfeysiga tortish uchun adsorbentning sirt kuchlaridan foydalanadi va shu bilan oqava suvdan ajratish va olib tashlashga erishadi. Bu texnologiya past{1}}konsentratsiyali siyanid-bo‘lgan oqava suvlar uchun javob beradi. Adsorbsion usullar arzonligi, oddiy ishlashi va siyanidni qayta ishlash qobiliyati bilan ajralib turadi; ammo adsorbsiya neytral pH muhitini talab qiladi, adsorbentning selektivligi yomon (u chiqindi suvdagi boshqa komponentlarni adsorbsiyalashi mumkin) va adsorbsiya qobiliyati cheklangan, tez-tez almashtirishni talab qiladi. Maʼlum qilinishicha, Gʻarbiy Avstraliyadagi uglerodni yuvish zavodida frantsuz geologiya tadqiqot instituti tomonidan ishlab chiqilgan V912 adsorbsion qatronidan foydalangan holda mis va natriy siyanidi konsentratsiyasi mos ravishda 85 mg/L va 158 mg/L boʻlgan siyanid qoldiqlarida -miqyosda adsorbsion-qayta tiklashning tajriba usuli oʻtkazildi. Tozalash quvvati 10 m³/kun, oqava suvdagi erkin siyanid (CN-) kontsentratsiyasi esa 0,5 mg/l dan kam edi.

Ion almashinuvi usullari oqava suvda anion shaklda mavjud bo'lgan turli siyanidlarni adsorbsiyalash uchun ion almashinadigan qatronlardan foydalanadi. Ushbu texnologiya asosan metall kompleksli siyanidlar uchun, quyidagi reaksiya tenglamasida ko'rsatilganidek.

Pb(CN)₄²⁻, Ni(CN)₄²⁻, Au(CN)₂⁻, Ag(CN)₂⁻, Cu(CN)₂⁻ va boshqalarning adsorbsiyasi yuqorida tavsiflanganga o’xshaydi. Tiosiyanat anionlari qatronda CN⁻ga qaraganda kuchliroq adsorbsiya qobiliyatiga ega va qatronga osonroq adsorbsiyalanadi. Kuchli asosli anion almashinadigan qatronlarda oltin siyanid zavodi oqava suvlaridagi asosiy anionlarning almashinish tartibi quyidagicha:

Zn(CN)₄²⁻＞Cu(CN)₃²⁻ SCN⁻＞CN⁻＞SO₄²⁻

3. Kimyoviy usullar Keng qoʻllaniladigan kimyoviy usullarga asosan kislotalash, ishqoriy xlorlash, oltingugurt dioksidi-havo va elektrokimyoviy oksidlanish kiradi.

Kislotalash mening mamlakatimdagi oltin konlari va siyanid elektrokaplama zavodlarida eng ko'p qo'llaniladigan tozalash usuli hisoblanadi. Birinchidan, cho'kmaga tushgan qattiq moddalar filtrlanadi va siyanid{1}}tarkibida oqava suvdan ajratiladi. Oqava suvning pH qiymati sulfat kislota yordamida taxminan 2 ga o'rnatiladi. Keyinchalik, havo kiritiladi, bu oqava suvdagi siyanidning gidrosiyan kislotasi sifatida uchishiga olib keladi. Sianid gidroksidi eritmalarda juda yaxshi eriydi, shuning uchun u gidrosiyan kislotasining uchuvchanligi jarayonida gidroksidi eritma tomonidan so'riladi, shuning uchun siyanidni qayta tiklaydi va uni oltin rudasini qazib olish uchun qayta ishlatadi. Bu usul yuqori{7}}konsentratsiyali siyanid-bo‘lgan oqava suvlarni tozalash uchun javob beradi. Bu texnologiya yuqori-konsentratsiyali siyanidni-tarkibida oqava suvlarni tozalash uchun javob beradi va muayyan iqtisodiy foyda keltiradi. Biroq, uskuna va ekspluatatsiya murakkab va sarmoya katta. Agar dastlabki tozalash etarli bo'lmasa, oqava suvni tushirish standartlariga javob berish uchun xlorlash yoki shamollatish yordamida ikkilamchi tozalash kerak, bu jarayonni juda uzoqlashtiradi va tozalash xarajatlarini oshiradi.

Tarkibida siyanid boʻlgan oqova suvga oksidlovchi-qoʻshilsa, ishqoriy sharoitda gipoxlorit hosil qiladi. Keyinchalik, gipoxlorit ta'sirida siyanid tezda siyanogen xlorid (CNCl) ga oksidlanadi. CNCl juda zaharli modda bo'lib, siyanogen xloridning boshqa kamroq zaharli siyanatga (masalan, NaCNO kabi) tez parchalanishini ta'minlash uchun pH 11 dan yuqori bo'lgan reaktsiyani talab qiladi, keyinchalik u karbonat angidrid va azotga to'liq oksidlanadi. Sianidni olib tashlash bilan bir vaqtda oqava suvdagi metall ionlari ishqoriy sharoitda gidroksid cho'kmalarini hosil qilishi mumkin.

Ishqoriy xlorlash usullari yana bir{0}}va ikki bosqichli usullarga bo'linadi. Xlor dioksidi va xlorning bir bosqichli{3}}tarkibida siyanidli oqava suvlarni tozalash-jarayonidagi reaksiyasi quyida ko‘rsatilgan.

Bir bosqichli jarayonda{0}}1 g siyanidni olib tashlash uchun 1,04 g xlor dioksidi talab qilinadi.

Ikki bosqichli usulning birinchi bosqichi ishqoriy sharoitda (pH 11 dan yuqori yoki unga teng) xlor yoki natriy gipoxlorit kabi oksidlovchi vositadan siyanidni siyanatga (siyanat siyanidga qaraganda zaharliroq) oksidlashdan iborat. Ikkinchi bosqich ko'proq xlor yoki natriy gipoxlorit qo'shishni o'z ichiga oladi, lekin bu safar past pH sharoitida (pH 7-8), siyanatni karbonat angidrid yoki azotga yanada oksidlash uchun. Ikkinchi bosqichdagi reaktsiya quyida ko'rsatilgan (formuladagi mis kumush yoki sink kabi boshqa metallar ham bo'lishi mumkin).

Xlorlash siyanidli oqava suvlarni tozalashning etuk usuli{0}}bo‘lib, yaxshi tozalash natijalari va tozalangan oqava suv chiqarish standartlariga javob beradi. Biroq, uni ishlatish nisbatan murakkab, sof iste'mol qilinadigan davolash usuli va yuqori xarajatlarga ega.

Oltingugurt dioksidini havo bilan oksidlash usuli, yaʼni Inco usuli sifatida ham tanilgan, 1982 yilda AQSH-Kanada qoʻshma korxonasi (keyinchalik Braziliya sotib olgan) tomonidan ishlab chiqilgan. Bu texnologiya oksidlovchi sifatida SO2 va havo aralashmasidan va katalizator sifatida misdan foydalanadi, erkin siyanid va kuchsiz kislota{7}}ajraladigan siyanidni siyanatga tanlab oksidlash uchun pH 8 dan 10 gacha boʻlgan qiymatni nazorat qiladi. Quyidagi rasmda ko'rsatilganidek, bir vaqtning o'zida metall eritmadan gidroksid shaklida cho'kadi.

Oltingugurt dioksidi{0}}havoni oksidlash usuli siyanidni 99,9% dan ortiq chiqarish tezligiga erishishi va suvdagi og'ir metallarni 1 mg/l dan pastga tushirishi mumkin. Ishqoriy xlorlash usuli bilan solishtirganda, u oddiy uskunalar, past investitsiyalar va past reagent xarajatlari kabi afzalliklarga ega, bu uni eng ko'p ishlatiladigan usullardan biriga aylantiradi. To'liq bo'lmagan statistik ma'lumotlarga ko'ra, 1984 yildan 1990 yilgacha bo'lgan olti yil ichida birgina Shimoliy Amerikadagi 32 oltin konlari ushbu usuldan foydalangan. Mamlakatim Shandong shahridagi Xincheng oltin konida siyanidli oqava suvlarni tozalashda ushbu usuldan muvaffaqiyatli foydalanildi.

Elektrokimyoviy oksidlanish usullari to'g'ridan-to'g'ri oksidlanish va bilvosita oksidlanishga bo'linadi. To'g'ridan-to'g'ri oksidlanish elektrod yuzasida elektro-oksidlanish/elektro{2}}qaytarilish orqali siyanidni olib tashlaydi. Bilvosita oksidlanish elektrod va suvli muhit o'rtasida oksidlanishni-qaytarib, gidroksil radikallarini, superoksid radikallarini va siyanidga ta'sir qiluvchi atom vodorodini hosil qilishni o'z ichiga oladi. Ushbu texnologiya yuqori{6}}konsentratsiyali siyanid-tarkibida elektrokaplama zavodlarining oqava suvlarini dastlabki tozalash uchun javob beradi, bunda tozalangan oqava suvlar hali ham ikkilamchi xlorlanishni talab qiladi. Elektrokimyoviy oksidlanish - ilg'or oksidlanish usulining bir turi; shunga o'xshash texnologiyalar Fenton va heterojen Fenton jarayonlarini o'z ichiga oladi.

4. Biologik usullar Sianid juda zaharli bo'lsa-da, ba'zi mikroorganizmlar uni azot manbai sifatida ishlatib, omon qoladi. Bu mikroorganizmlar Pseudomonas, Acinetobacter, Bacillus va Alcaligenes kabi siyaniddan uglerod va azot kabi muhim oziq moddalarni oladi. Ba'zi mikroorganizmlar uchun siyanid hatto uglerod va azotning yagona manbai hisoblanadi. Biologik usullarga faollashtirilgan loy jarayonlari va biologik filtrlar (to'g'ridan-to'g'ri shamollatish) kiradi. Tarkibida yuqori{5}}konsentratsiyali siyanid-bo‘lgan oqava suvlarni tozalash uchun ho‘l havoda oksidlanish-faollashgan loy jarayoni yoki vodorod peroksid-biologik parchalanish jarayoni kabi kombinatsiyalangan jarayonlar iqtisodiy jihatdan maqsadga muvofiqdir.

1. Koagulyatsiya texnologiyasini takomillashtirish
Koagulant sifatida FeSO₄ dan foydalangan holda olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, Fe²⁺/TCN (umumiy siyanid) molyar nisbati davolash samaradorligini belgilovchi asosiy parametrdir. Fe²⁺/TCN molyar nisbati taxminan 2,5 ga teng bo'lsa, koks pechining oqava suvlaridan TCNni to'liq tozalashga yaqin- erishish mumkin. Yaxshilangan strategiyalardan biri koagulyantni poliferik sulfat (PFS) bilan savdoda mavjud bo'lgan katyonik polimer bilan almashtirishdir (hisobotda kationik polimerning nomi keltirilmagan). Ushbu usul sanoatda qo'llaniladi, 75 m³ / soat oqim tezligini qayta ishlaydi. Oqava suv birinchi navbatda biologik tozalashdan o'tadi va biokimyoviy oqava suvda taxminan 4,0 mg/l TCN mavjud. Koagulyatsion davolashdan so'ng TCN kontsentratsiyasi taxminan 20 marta kamayadi. Yana bir takomillashtirish elektrokoagulyatsiya (elektrokoagulyatsiya) texnologiyasidir. Ushbu texnologiya simulyatsiya qilingan kon oqava suvlarida 100 mg/L erkin siyanidni (fCN) to'liq olib tashlashga erishishi mumkin, ammo u hali sanoat tomonidan tasdiqlanmagan.

2. Adsorbentlarni takomillashtirish Mahalliy va xalqaro olimlar siyanid{1}}tarkibida faollashgan uglerod, alginat gidrogellar va organometalik qatronlar bo'lgan oqava suvlar uchun adsorbent sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan turli materiallarni o'rganishdi, ammo barchasi hali ham laboratoriya tadqiqot bosqichida. Shahar loyini va bambuk chiqindilarini birgalikda karbonlashtirish yoʻli bilan tayyorlangan arzon -bir adsorbent bir vaqtning oʻzida TCN va fenolni adsorbsiyalashi mumkin, uning narxi taxminan 6 yuan/kg, yuqori samarali faollashgan uglerodnikidan past. TCN va fenol uchun optimal adsorbsion pH mos ravishda 8,0-10,0 va 8,0; shuning uchun pH 8,0 da bir vaqtning o'zida 80% TCN va 70% fenolni olib tashlashga erishish mumkin. Biroq, biologik tozalashdan keyin ikkinchi tozalash birligi sifatida ham TCN va fenol qoldiqlari mavjud bo'lib, keyingi ilg'or davolashni talab qiladi.

3. Oksidlanishning ilg'or usullarini takomillashtirish Adabiyot ma'lumotlariga ko'ra, innovatsion katalizator Cu-Mn aralash oksidi bo'lib, argon atmosferasida 250 daraja faollashtirilgan. Laboratoriya sharoitida bu katalizator HCNni parchalashda yaxshi ish ko'rsatdi. Reaktsiya yo'li ikkita parallel reaktsiyani o'z ichiga oladi: N₂ va azot oksidlariga oksidlanish va chumoli kislotasi va ammiakga gidroliz. Ushbu tadqiqot elektrokimyoviy tizimda siyanidni N₂ ga aylantira olmaslik muammosini hal qiladi. Boshqa usul H₂O₂ oksidlanishini gidravlik kavitatsiya bilan birlashtiradi. Kavitatsiya jarayoni suvdan ·OH kabi erkin radikallarni hosil qiladi. H₂O₂ oksidlanishi yoki gidravlik kavitatsiyaning o'zi olib tashlash samaradorligi 70% dan oshmasa ham, ikkala usulning sinergik ta'siri 10 L miqyosda simulyatsiya qilingan oqava suvdan boshlang'ich konsentratsiyasi 100-550 mg / L bo'lgan erkin siyanidni deyarli butunlay olib tashlashi mumkin. Bundan tashqari, Na₂S₂O₈ oksidlanishini nol{13}}valentli temir (Fe⁰) flokulyatsiyasi bilan birlashtiruvchi usullar ham tekshirilmoqda.

4. Bor{1}}qo‘shilgan olmos (BDD) ikki-tekislik anod + grafit katod, platina nanoqatlamli titan elektrodlari va PbO₂ elektrodlarining elektrokimyoviy elektrodlaridagi takomillashuvlarning barchasi laboratoriyada o‘tkazilgan miqyosda o‘tkazilgan biologik usullar bilan ishlov berish tajribalarida yaxshi natijalarga erishdi.
Loy resirkulyatsiyasiga asoslangan innovatsion biologik tozalash jarayoni, ya'ni "bosqichma-bosqich ta'sir etuvchi anoksik/aerob/anoksik/aerobik" jarayon sanoat sharoitida kokslash zavodida amalga oshirildi. Dastlabki oqava suvdagi siyanid kontsentratsiyasi 78,2 mg/l ni tashkil etdi. Yog'larni olib tashlash va siyanidni qisman olib tashlash uchun oldindan ishlov berishdan so'ng, siyanid konsentratsiyasi 32,1 mg / L ga kamaydi, ba'zi siyanidlar metall komplekslarini hosil qilgan deb hisoblashadi. Biologik tozalash bosqichi siyanid kontsentratsiyasini 0,2 mg/L ga qisqartirdi, tadqiqotga ko'ra, bu * Thiobacillus * va * Taureobacter * turlarining ishtiroki bilan bog'liq bo'lishi mumkin.

Xulosa
Umuman olganda, siyanidlar{0}}barqaror tuzilishi, yuqori zaharliligi va murakkab morfologiyasi tufayli suv ifloslanishini nazorat qilishda eng qiyin maqsadlardan biri bo‘lib qolmoqda. An'anaviy tozalash texnologiyalari muhandislik amaliyotida nisbatan etuk tizimlarni shakllantirdi, lekin ular asosan erkin siyanid va zaif kompleksli siyanidni olib tashlashga qaratilgan bo'lib, ko'pincha siyanat bosqichida to'xtab, haqiqiy chuqur zararsizlik va resurslarni tiklashga erisha olmaydi. Rivojlanayotgan texnologiyalar, aksincha, kuchli kislotali siyanid va to'liq mineralizatsiya muammolarini bartaraf etish uchun yangi g'oyalarni ta'minlab, reaktsiya yo'llari, moddiy tizimlar va jarayonlarni kuchaytirishda muhim salohiyatni ko'rsatadi. Biroq, ularning keng ko'lamli qo'llanilishi hali ham xarajat, barqarorlik va muhandislik moslashuvi kabi omillar bilan cheklangan. Sianidlarni{6}}tarkibida oqava suvlarni tozalashning kelajakdagi rivojlanish yoʻnalishi bir{7}}texnologik yondashuvdan “koʻp texnologiyali sinergiya, ierarxik boshqaruv va toʻliq-jarayonlarni optimallashtirish”ga oʻtishi kerak. Davolash xavfsizligini ta'minlash bilan birga, reaktsiya mexanizmlari, mahsulotni o'zgartirish va utilizatsiya qilish tushunchalarini mustahkamlash, "mos tushirish"dan "xavfni kamaytirish-va ekologik toza tozalash" ga o'tishga yordam berish juda muhimdir. Ushbu maqola jarayonni tanlash, texnologiyalarni birlashtirish va innovatsion tadqiqotlar va ishlanmalarda muhandislar uchun ma'lumot berish uchun an'anaviy va rivojlanayotgan texnologiyalarni muntazam ravishda ko'rib chiqadi. Shuningdek, u siyanidning to'liq minerallashuvi va muhandislik dasturlariga erishishda sezilarli yutuqlarni kutmoqda.