Teknologi Rawatan Untuk Sianida-Mengandungi Air Sisa

Sianida secara khusus merujuk kepada sebatian dengan kumpulan -CN atau CN-, di mana atom karbon dan nitrogen dipautkan oleh ikatan rangkap tiga. Ikatan rangkap tiga ini memberikan kumpulan sianida kestabilan yang agak besar, membolehkan ia wujud sebagai satu unit dalam tindak balas kimia biasa. Disebabkan oleh kestabilan yang tinggi ini, banyak kaedah untuk merawat sianida-yang mengandungi air sisa tidak sesuai dari segi kecekapan degradasi. Sarjana domestik dan antarabangsa telah menyelidik dan membangunkan pelbagai kaedah untuk merendahkan sianida-yang mengandungi air sisa, termasuk kaedah semula jadi, fizikal, kimia dan biologi. Walau bagaimanapun, teknologi ini tertumpu terutamanya pada sianida boleh dipisahkan bebas atau berasid lemah, manakala teknologi untuk merawat sianida berasid kuat agak terhad. Tambahan pula, produk utama proses rawatan ini ialah sianat, dan teknologi yang boleh memineralkan sianida sepenuhnya kepada gas nitrogen atau nitrat jarang dilaporkan. Walaupun ketoksikan sianat dikurangkan kepada satu-seribu sianida, pengumpulan sejumlah besar sianat masih boleh menyebabkan ketoksikan air dan menyebabkan air sisa gagal memenuhi piawaian pelepasan. Artikel ini berkongsi teknologi tradisional dan baru muncul untuk merawat sianida{12}}yang mengandungi air sisa untuk profesional rawatan air.

Sianida-yang mengandungi air sisa berasal daripada tiga sumber utama: pertama, proses pengeluaran sianida itu sendiri; kedua, industri yang menggunakan sianida, seperti larut lesap sianida untuk emas, penyaduran elektrik, dan pemprosesan logam; dan ketiga, proses pengeluaran produk kimia lain, seperti loji baja, loji gas, dan loji kok. Emas dan penyaduran elektrik ialah dua industri yang menjana sianida-yang paling banyak mengandungi air sisa. Proses pengekstrakan emas yang paling matang dan digunakan secara meluas di dunia ialah sianidasi. Secara amnya, merawat satu tan pekat emas menjana kira-kira empat tan sianida-yang mengandungi air sisa, dengan kepekatan sianida antara 50 hingga 500 mg/L, dan kadangkala lebih tinggi. Operasi penyaduran elektro menggunakan-penyelesaian penyaduran sianida berkepekatan tinggi, dengan kepekatan CN- dalam air sisa penyaduran elektrik mencecah setinggi 4000 hingga 100000 mg/L. Di samping itu, larutan garam sisa pelindapkejutan yang digunakan untuk pengerasan permukaan keluli juga merupakan sumber kepekatan pencemaran sianida yang sangat tinggi, mencapai 10% hingga 15%.

1. Degradasi Semulajadi

Penguraian semula jadi sianida melibatkan pengangkutan sianida-yang mengandungi air sisa ke kolam tailing. Melalui gabungan proses fizikal, kimia dan biologi, kepekatan sianida secara beransur-ansur berkurangan, manakala ion logam berat termendap keluar, akhirnya merawat sianida-yang mengandungi air sisa. Kaedah ini memerlukan kolam tailing yang besar dan menghasilkan kualiti efluen yang buruk, menjadikannya sukar untuk mematuhi dasar alam sekitar yang semakin ketat. Tambahan pula, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kemalangan keselamatan dan alam sekitar yang melibatkan kolam tailing telah kerap berlaku di seluruh dunia. Pada tahun 2014, empangan tailing runtuh di lombong Poli Hill di tengah British Columbia, Kanada, mengakibatkan kira-kira 10 juta meter padu air sisa dan 4.5 juta meter padu enap cemar mengalir ke hilir sungai. Pada 2016, empangan tailing runtuh di lombong Ridl di Kazakhstan menyebabkan kebocoran sianida, mencemarkan laluan air lebih 1,000 kilometer jauhnya dan melintasi sempadan ke Rusia. Pada 2019, empangan tailing runtuh di lombong Brumadinho di Brazil mengakibatkan kebocoran 12 juta meter padu air sisa lombong, menyebabkan kerosakan 8 kilometer dan 250 kematian. Oleh itu, teknologi ini sebahagian besarnya telah dihapuskan (hanya beberapa tumbuhan kecil yang masih menggunakannya).

2. Kaedah Fizikal

Kaedah fizikal yang biasa digunakan terutamanya termasuk penjerapan dan pertukaran ion.

Penjerapan menggunakan daya permukaan penjerap untuk menarik sianida daripada larutan ke antara muka pepejal penjerap, dengan itu mencapai pemisahan dan penyingkiran daripada air sisa. Teknologi ini sesuai untuk-sianida kepekatan rendah-yang mengandungi air sisa. Kaedah penjerapan dicirikan oleh kos rendah, operasi mudah, dan keupayaan untuk mengitar semula sianida; bagaimanapun, penjerapan memerlukan persekitaran pH neutral, selektiviti penjerap adalah lemah (ia mungkin menjerap komponen lain dalam air sisa), dan kapasiti penjerap adalah terhad, memerlukan penggantian yang kerap. Telah dilaporkan bahawa loji larut lesap karbon di Australia Barat menjalankan kaedah penjerapan-skala penjerapan-perintis pada tailing sianida dengan kepekatan kuprum dan natrium sianida masing-masing 85 mg/L dan 158 mg/L, menggunakan resin penjerapan V912 yang dibangunkan oleh Institut Penyelidikan Geologi Perancis. Kapasiti rawatan ialah 10 m³/d, dan kepekatan sianida bebas (CN-) dalam efluen adalah kurang daripada 0.5 mg/L.

Kaedah pertukaran ion menggunakan resin penukar ion untuk menjerap pelbagai sianida yang wujud dalam bentuk anionik dalam air sisa. Teknologi ini terutamanya untuk sianida kompleks logam, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan tindak balas berikut.

Penjerapan Pb(CN)₄²⁻, Ni(CN)₄²⁻, Au(CN)₂⁻, Ag(CN)₂⁻, Cu(CN)₂⁻, dsb., adalah serupa dengan yang diterangkan di atas. Anion tiosianat mempunyai kapasiti penjerapan yang lebih kuat pada resin daripada CN⁻ dan lebih mudah diserap ke dalam resin. Pada resin penukar anion yang sangat asas, susunan pertukaran anion utama dalam air sisa tumbuhan sianida emas adalah seperti berikut:

Zn(CN)₄²⁻＞Cu(CN)₃²⁻ SCN⁻＞CN⁻＞SO₄²⁻

3. Kaedah Kimia Kaedah kimia yang biasa digunakan terutamanya termasuk pengasidan, pengklorinan alkali, sulfur dioksida-pengoksidaan udara dan pengoksidaan elektrokimia.

Pengasidan adalah kaedah rawatan yang paling biasa digunakan dalam lombong emas dan loji penyaduran sianida di negara saya. Mula-mula, pepejal termendak ditapis dan diasingkan daripada sianida-yang mengandungi air sisa. pH air sisa diselaraskan kepada sekitar 2 menggunakan asid sulfurik. Kemudian, udara dimasukkan, menyebabkan sianida dalam air sisa meruap sebagai asid hidrosianik. Oleh kerana sianida sangat larut dalam larutan beralkali, ia diserap oleh larutan alkali semasa proses pemeruapan asid hidrosianik, dengan itu memulihkan sianida dan menggunakannya semula untuk pengekstrakan bijih emas. Kaedah ini sesuai untuk merawat-sianida kepekatan tinggi-yang mengandungi air sisa. Teknologi ini sesuai untuk merawat-sianida kepekatan tinggi-yang mengandungi air buangan dan mempunyai faedah ekonomi tertentu. Walau bagaimanapun, peralatan dan operasi adalah kompleks, dan pelaburannya tinggi. Jika rawatan awal tidak mencukupi, air sisa memerlukan rawatan sekunder menggunakan pengklorinan atau pengudaraan untuk memenuhi piawaian pelepasan, yang menjadikan proses terlalu lama dan meningkatkan kos rawatan.

Apabila oksidan ditambah kepada sianida-yang mengandungi air buangan, ia menghasilkan hipoklorit dalam keadaan beralkali. Selepas itu, di bawah tindakan hipoklorit, sianida cepat teroksida kepada sianogen klorida (CNCl). CNCl ialah bahan yang sangat toksik, memerlukan pH tindak balas yang lebih besar daripada 11 untuk memastikan penguraian cepat sianogen klorida kepada sianat lain yang kurang toksik (seperti NaCNO), yang kemudiannya dioksidakan sepenuhnya kepada karbon dioksida dan nitrogen. Serentak dengan penyingkiran sianida, ion logam dalam air sisa boleh membentuk mendakan hidroksida di bawah keadaan beralkali.

Kaedah pengklorinan alkali dibahagikan lagi kepada kaedah satu-langkah dan dua-langkah. Tindak balas klorin dioksida dan klorin dalam satu-proses satu langkah untuk merawat sianida-yang mengandungi air buangan ditunjukkan di bawah.

Dalam proses satu-langkah, 1.04 g klorin dioksida diperlukan untuk mengeluarkan 1 g sianida.

Langkah pertama kaedah dua-langkah melibatkan penggunaan agen pengoksida, seperti klorin atau natrium hipoklorit, di bawah keadaan beralkali (pH Lebih besar daripada atau sama dengan 11) untuk mengoksidakan sianida kepada sianat (sianat adalah lebih kurang toksik daripada sianida). Langkah kedua melibatkan penambahan lebih banyak klorin atau natrium hipoklorit, tetapi kali ini dalam keadaan pH yang lebih rendah (pH 7-8), untuk terus mengoksidakan sianat kepada karbon dioksida atau nitrogen. Tindak balas dalam langkah kedua ditunjukkan di bawah (tembaga dalam formula juga boleh menjadi logam lain, seperti perak atau zink).

Pengklorinan ialah kaedah matang untuk merawat sianida-yang mengandungi air sisa, dengan hasil rawatan yang baik dan air sisa yang dirawat memenuhi piawaian pelepasan. Walau bagaimanapun, ia agak rumit untuk dikendalikan, merupakan kaedah rawatan yang boleh digunakan semata-mata, dan mempunyai kos yang tinggi.

Kaedah pengoksidaan udara-sulfur dioksida, juga dikenali sebagai kaedah Inco, telah dibangunkan pada tahun 1982 oleh US-usaha sama Kanada Inco (kemudian diperoleh oleh Brazil). Teknologi ini menggunakan campuran SO2 dan udara sebagai oksidan dan kuprum sebagai pemangkin, mengawal pH antara 8 dan 10 untuk secara selektif mengoksidakan sianida bebas dan asid lemah-sianida boleh dipisahkan kepada sianat. Pada masa yang sama, logam memendakan daripada larutan sebagai hidroksida, seperti yang ditunjukkan dalam imej di bawah.

Kaedah pengoksidaan udara-sulfur dioksida boleh mencapai kadar penyingkiran sianida melebihi 99.9% dan mengurangkan logam berat dalam air kepada di bawah 1 mg/L. Berbanding dengan kaedah pengklorinan alkali, ia mempunyai kelebihan seperti peralatan mudah, pelaburan yang rendah, dan kos reagen yang rendah, menjadikannya salah satu kaedah yang paling biasa digunakan. Mengikut statistik yang tidak lengkap, dalam tempoh enam tahun dari 1984 hingga 1990, 32 lombong emas di Amerika Utara sahaja menggunakan kaedah ini. Lombong Emas Xincheng di Shandong, negara saya, berjaya menggunakan kaedah ini untuk merawat air sisa sianida.

Kaedah pengoksidaan elektrokimia dibahagikan kepada pengoksidaan langsung dan pengoksidaan tidak langsung. Pengoksidaan langsung membuang sianida melalui elektro-pengoksidaan/elektro-penurunan pada permukaan elektrod. Pengoksidaan tidak langsung melibatkan pengurangan pengoksidaan-antara elektrod dan medium akueus, menghasilkan radikal hidroksil, radikal superoksida dan hidrogen atom yang bertindak ke atas sianida. Teknologi ini sesuai untuk rawatan awal-sianida kepekatan tinggi-yang mengandungi air sisa daripada loji penyaduran elektrik, di mana air sisa yang dirawat masih memerlukan pengklorinan sekunder. Pengoksidaan elektrokimia ialah sejenis kaedah pengoksidaan lanjutan; teknologi serupa termasuk Fenton dan proses Fenton heterogen.

4. Kaedah Biologi Walaupun sianida sangat toksik, sesetengah mikroorganisma masih menggunakannya sebagai sumber nitrogen dan terus hidup. Mikroorganisma ini memperoleh nutrien penting seperti karbon dan nitrogen daripada sianida, seperti Pseudomonas, Acinetobacter, Bacillus, dan Alcaligenes. Bagi sesetengah mikroorganisma, sianida adalah sumber tunggal karbon dan nitrogen mereka. Kaedah biologi termasuk proses enapcemar teraktif dan penapis biologi (pengudaraan terus). Untuk merawat-sianida berkepekatan tinggi-yang mengandungi air buangan, proses gabungan seperti pengoksidaan udara basah-proses enap cemar teraktif atau hidrogen peroksida-proses biodegradasi boleh dilaksanakan secara ekonomi.

1. Penambahbaikan dalam Teknologi Pembekuan
Kajian menggunakan FeSO₄ sebagai koagulan telah menunjukkan bahawa nisbah molar Fe²⁺/TCN (total cyanide) adalah parameter utama yang menentukan keberkesanan rawatan. Apabila nisbah molar Fe²⁺/TCN adalah lebih kurang 2.5, hampir-penyingkiran TCN sepenuhnya daripada air sisa ketuhar kok boleh dicapai. Satu strategi yang dipertingkatkan ialah menggantikan koagulan dengan poliferik sulfat (PFS) dalam kombinasi dengan polimer kationik yang tersedia secara komersial (nama polimer kationik tidak diberikan dalam laporan). Kaedah ini telah digunakan secara industri, merawat kadar aliran 75 m³/j. Air sisa mula-mula menjalani rawatan biologi, dan efluen biokimia mengandungi kira-kira 4.0 mg/L TCN. Selepas rawatan pembekuan, kepekatan TCN dikurangkan kira-kira 20 kali ganda. Satu lagi peningkatan ialah teknologi electrocoagulation (electrocoagulation). Teknologi ini boleh mencapai penyingkiran lengkap 100 mg/L sianida bebas (fCN) dalam air sisa lombong simulasi, tetapi ia belum lagi disahkan secara industri.

2. Penambahbaikan Penjerap Para sarjana tempatan dan antarabangsa telah menyiasat pelbagai bahan yang boleh digunakan sebagai penjerap untuk sianida-yang mengandungi air buangan, termasuk karbon teraktif, hidrogel alginat dan resin organologam, tetapi semuanya masih dalam peringkat penyelidikan makmal. Satu penjerap-kos rendah, yang disediakan oleh-pengkarbonan enap cemar perbandaran dan sisa buluh, secara serentak boleh menjerap TCN dan fenol, dengan kos kira-kira 6 yuan/kg, lebih rendah daripada karbon teraktif-berprestasi tinggi. pH penjerapan optimum untuk TCN dan fenol ialah 8.0–10.0 dan 8.0, masing-masing; oleh itu, pada pH 8.0, 80% penyingkiran TCN dan 70% penyingkiran fenol boleh dicapai secara serentak. Walau bagaimanapun, walaupun sebagai unit rawatan kedua selepas rawatan biologi, TCN dan residu fenol masih wujud, memerlukan rawatan lanjutan lanjut.

3. Penambahbaikan Kaedah Pengoksidaan Lanjutan Menurut laporan literatur, pemangkin inovatif ialah oksida campuran Cu–Mn, diaktifkan pada 250 darjah di bawah suasana argon. Di bawah keadaan makmal, mangkin ini menunjukkan prestasi yang baik dalam merendahkan HCN. Laluan tindak balas termasuk dua tindak balas selari: pengoksidaan kepada N₂ dan nitrogen oksida, dan hidrolisis kepada asid formik dan ammonia. Kajian ini menyelesaikan masalah ketidakupayaan sianida untuk ditukar kepada N₂ dalam sistem elektrokimia. Kaedah lain menggabungkan pengoksidaan H₂O₂ dengan peronggaan hidraulik. Proses peronggaan menghasilkan radikal bebas seperti ·OH daripada air. Walaupun kecekapan penyingkiran sama ada pengoksidaan H₂O₂ atau peronggaan hidraulik sahaja tidak melebihi 70%, kesan sinergistik kedua-dua kaedah hampir boleh mengeluarkan sepenuhnya sianida bebas dengan kepekatan awal 100-550 mg/L daripada air sisa simulasi pada skala 10 L. Selain itu, kaedah menggabungkan pengoksidaan Na₂S₂O₈ dengan sifar{13}}pemberbukuan ferum valen (Fe⁰) juga sedang disiasat.

4. Penambahbaikan kepada Elektrod Elektrokimia Boron-doped diamond (BDD) dwi-anod satah + katod grafit, elektrod titanium dengan lapisan nano platinum dan elektrod PbO₂ semuanya telah mencapai keputusan yang baik dalam makmal-eksperimen skala. 5. Penambahbaikan Kaedah Rawatan Biologi
Proses rawatan biologi yang inovatif berdasarkan peredaran semula enap cemar, iaitu proses "stepwise influent anoxic/aerobic/anoxic/aerobic", telah dilaksanakan di bawah keadaan industri di loji coking. Kepekatan sianida dalam air sisa asal ialah 78.2 mg/L. Selepas prarawatan untuk mengeluarkan minyak dan mengeluarkan sebahagian sianida, kepekatan sianida menurun kepada 32.1 mg/L, dengan beberapa sianida dipercayai telah membentuk kompleks logam. Peringkat rawatan biologi seterusnya mengurangkan kepekatan sianida kepada 0.2 mg/L, yang, menurut penyelidikan, mungkin berkaitan dengan penglibatan spesies *Thiobacillus* dan *Taureobacter*.

Kesimpulan
Secara keseluruhannya, sianida-mengandungi air sisa, disebabkan oleh strukturnya yang stabil, ketoksikan tinggi dan morfologi yang kompleks, kekal sebagai salah satu sasaran paling mencabar dalam kawalan pencemaran air. Teknologi rawatan tradisional telah membentuk sistem yang agak matang dalam amalan kejuruteraan, tetapi kebanyakannya menyasarkan penyingkiran sianida bebas dan sianida terkompleks lemah, selalunya berhenti pada peringkat sianat dan gagal mencapai ketidakmudaratan yang mendalam dan pemulihan sumber. Teknologi baru muncul, sebaliknya, menunjukkan potensi yang ketara dalam laluan tindak balas, sistem bahan, dan intensifikasi proses, memberikan idea baharu untuk mengatasi cabaran sianida asid kuat dan mineralisasi lengkap. Walau bagaimanapun, aplikasi berskala besarnya-masih dihadkan oleh faktor seperti kos, kestabilan dan kebolehsuaian kejuruteraan. Hala tuju pembangunan masa hadapan sianida-yang mengandungi rawatan air sisa harus beralih daripada pendekatan-teknologi tunggal kepada "sinergi-teknologi berbilang, kawalan hierarki dan-pengoptimuman proses penuh." Sambil memastikan keselamatan rawatan, adalah penting untuk mengukuhkan pemahaman tentang mekanisme tindak balas dan transformasi dan pelupusan produk, menggalakkan peningkatan daripada "pelepasan patuh" kepada "rawatan-meminimumkan risiko dan mesra alam." Artikel ini menyemak secara sistematik teknologi tradisional dan baru muncul untuk menyediakan rujukan kepada jurutera dalam pemilihan proses, gabungan teknologi dan penyelidikan dan pembangunan yang inovatif. Ia juga menjangkakan kejayaan besar dalam mencapai mineralisasi sianida lengkap dan aplikasi kejuruteraan.