Сорбция на активированных углях

Сорбентом служит активированный уголь:

- сферической формы 0.3  4 мм;

- цилиндрической формы.

Активированный уголь получают из древесины, бурого угля, каменного угля из скорлупы орехов (кокосовых). У нас в стране до последнего времени не было налажено производства прочных активированных углей.

Их получают термической обработкой без доступа воздуха для удаления воды, смол. Затем проводят активацию, которая достигается обработкой сырца либо СО₂ либо водяным паром Н₂О.

50% C C + CO₂ = 2CO

выгорает: C + H₂O = CO + H₂

Образуются зерна угля с сильно развитой поверхностью. Может вестись термохимическая обработка солями:CaCO₃,Na₂CO₃, FeCl₃ и др. Природа сорбции до сих пор не установлена.

Особенности углеродистых сорбентов

Углеродистый сорбент отличается:

1. Высокой избирательностью сорбции по отношению к золоту и серебру.

Практически не сорбирует цветные металлы (значит не нужна смежная схема регенерации);

2. Низкая емкость по отношению к золоту :

ОЕ = 15 мг/г (max 2  8 мг/г);

^{углей по Au}

3. Низкая механическая прочность, следовательно высокие потери;

4. Расход углей 100  200 г/т руды;

5. Более низкая стоимость по сравнению со смолами.

Области применения активированных углей

1. Извлечение золота из растворов кучного выщелачивания. Растворы бедны по золоту, содержат много примесей. Уголь как правило сжигается, получается золотой осадок.

2. Извлечение золота и серебра из растворов по переработке Pb-Zn руд обогатительных фабрик;

3. Извлечение золота, серебра из растворов хвостохранилищ ЗИФ;

4. Использование активированных углей для извлечения золота и серебра из технологии сорбционного выщелачивания “уголь в пульпе”.

Для шламистых руд используют с осторожностью из-за возможности забивания пор сорбента .

Технология аналогичнa технологии сорбционного выщелачивания с использованием ионитов:

-предварительное выщелачивание;

-сорбционное выщелачивание (4-5 колонн);

- регенерация.

Регенерация насыщенных углей ведется по схеме, включающей:

- oбработку раствором :

0,1-0,2% NaCN и 1-2% NaOH

a) t=20⁰С Т= 5  3 суток;

b) t=130⁰C (в автоклаве) Т=10  12 ч.

[Au(CN)₂]^-  на выделение золота

- рециркуляция угля.

CaCO₃ , смоляные вещества, масла, примеси удаляют раствором HCl и прокалкой без доступа воздуха в трубчатой вращающейся печи. Получают регенерированный уголь. Из цианистого раствора золото выделяют электролизом. Применяют электролизеры цилиндрической формы с катодом из стальной ваты.

Полученный катодный осадок Fe-Au(Ag) подвергается переплавке с добавкой окислителя (селитра) и образованием шлака (сода и бура). Получают сплав золота пробы 900 и выше.

Недостаток технологии: высокие потери угля.

Обезвреживание сточных вод зиф

Для переработки 1 т руды на фабриках расходуется:

- 0,2 – 1,5 кг/т NaCN;

- 0,5 – 1,3 кг/т каустической соды;

- 0,3 – 0,9 кг/т H₂SO₄;

- 0,2 – 0,5 кг/т Thio;

- 3,0 – 9,0 кг/т извести, ртути и другие реагенты.

Поэтому сточные воды фабрик содержат токсичные элементы, основным из которых является CN^—, а также CNS^—, Hg, As и некоторые др. Поэтому продукты обработки, выбрасываемых в отвал (хвосты сорбционного выщелачивания, обеззолоченные растворы после цементации золота, кеки фильтрации пульп цианирования и др.) должны быть обезврежены до ПДК.

Содержание токсичных веществ в продуктах и ПДК на них могут колебаться в следующих пределах. Таблица

Для рыбно – хозяйственных нужд (1)

Для хозяйственных нужд (2)

	C ж.ф , мг/л	ПДК, мг/л
CN^— CNS^— Cl^— (акт.) As Pb Fe Cu Thio Hg	32-570 13-420 100-500 0,1-4,0 0,5-200 0,01-6,0 0,1-6,0 0,1-0,5	0,1-0,05 0,1-0 0-0 0,05-0,01 0,1-0,1 0,5-0,25 1,0-0,1 0,03-0 0,015-0,001

Цианид может находится в следующих соединениях:

1.Простые растворимые токсичные соединения NaCN, KCN, HCN

2.Комплексные растворимые токсичные соединения:

[Cu(CN)₃]^2— , [Zn(CN)₄]^2—

3. Растворимые нетоксичные соединения:

[Fe(CN)₆]^4— и [Fe(CN)₆]^3—

Эти соединения в кислой среде, например под действием желудочного сока разлагается на:FeCl₃, NaCN, HCN- токсичные соединения.

4. нерастворимые нетоксичные простые цианиды Cu(CN)₂ и Fe(CN)₂

в кислой среде также разлагаются с образованием токсичных соединений.

5. комплексное нерастворимое соединение Fe₄[Fe(CN)₆]₃.

Ион [Fe(CN)₆]^4- под действием О₂ в водной среде переходит в [Fe(CN)₆]^3- + OH^-. Далее ион гидрализует :

[Fe(CN)₆]^3- + Н₂О Fe(OH)₃ + HCN

Роданиды могут находиться в форме:

- NaCNS;

- комплексных соединений.

Методы обезвреживания

1. Hейтрализация цианистых растворов с отгонкой образующихся HCN и последующим улавливанием ее щелочным раствором.

Исходная пульпа (рН=10  11) подкисляется H₂SO₄ до рН=2,5  2,8.

При этом под действием H₂SO₄ происходит разложение простых и некоторых комплексных соединений.

NaCN + H₂SO₄ = HCN  + Na₂SO₄

[Zn(CN)₄]^2- + H₂SO₄ HCN +ZnSO₄

НСN удаляется в газовую фазу, улавливается NaOH , происходит регенерация NaCN (достоинство метода).

Недостатки: не регенерируется значительная часть комплексных соединений, поэтому очистки до ПДК не происходит.

2. Oбработка цианистой пульпы сульфатом Fe(II) (солью Мора).

Преследуется цель: связать простые растворимые токсичные соединения в

нетоксичные растворимые или нерастворимые соединения: Fe(CN)₆]^3- , [Fe(CN)₆]^4- , Fe(CN)₂.

Недостатки:

- очистки до ПДК нет ;

- не разрушаются CNS^– ;

- возможен переход нетоксичных соединений снова в токсичные.

3. Oкислительные методы;

Суть их основана на обработке цианистой пульпы окислителями, которые окисляют все группы цианистых соединений и роданидов, разрушают при этом CN^– , переводя его в безвредные CO₃^2- , NH₄⁺ или N₂.

Очистка этими методами ведется до ПДК.

Действующим методом в этой группе является:

a) Xлорный метод;

В качестве окислителя используют NaClO, Ca(ClO)₂, CaOCl₂ или Cl₂.

CN^- + ClO^- = CNO^- + Cl^- ;

^{хлорат- цианат-}

^{ион ион}

CNO^- +2H₂O = CO₃^2- + NH₄⁺;

CNS^- +4ClO + 2OH^- = CNO^- + 4Cl^- + SO₄^2- + H₂O;

[Cu(CN)₃]^2 + 7ClO^ + 2OH^ + H₂O = 2Cu(OH)₂ + 6CNO^ + 7Cl^.

Обезвреживание с помощью жидкого хлора ведется по следующей схеме:

Достоинства: очистка до ПДК.

Недостатки:

- использование токсичного хлор-газа;

- дорогой метод ;

- образование ионов хлора, что приводит к “засаливанию” воды.

б) Метод озонирования

Считается перспективным.

В качестве окислителя используется озон : О₃=О₂ + О

Он образуется при воздействии электрического разряда на воздух (или кислород):

CN^ + O = CNO^

CNO^ + H₂O = CO₃^2 + NH₄⁺ и т.д.

Очистка ведется до ПДК, но не нужны ни какие дополнительные реагенты и не образуется побочных продуктов.

Недостаток: высокая стоимость электроэнергии необходимой для получения озона.

в) Анодное окисление

Заключается в пропускании раствора через электролизер с нерастворимыми анодами и катодами. Метод применяют для пульп с высокой концентрацией CN^.

На аноде:

CN^ + 2OH^ = CNO^+ 2H₂O +2e;

[Cu(CN)₃]^2 + 8OH^ = Cu(OH)₂ + 3CNO^ + 3H₂O ^ +7e;

CNS^ + 10OH^ = CNO^ + SO₄^2 + 5H₂O +8e

2CNO^ + 4OH^ = 2CO₂ + N₂ + 2H₂O +6e

Недостатки: высокий расход электроэнергии.

Известны и другие методы (сорбции на анионитах, экстракция ), не вышедшие из стадии лабораторных исследований.

Очистка от As

И

гидролиз

спользуют метод очистки, основанный на высокой сорбционной способности гидроксидовFe(OH)₃ по отношению ко многим соединениям As, Se,Te. Если на фабрике используют хлорный метод очистки, то в хвостах содержится некоторое количество ClO^ в виде гиппохлорита. Для его нейтрализации вводят FeSO₄.

ClO^ + FeSO₄ Fe₂ (SO ₄)₃ Fe(OH)₃,

который является эффективным сорбентом As.

Очистка идет до ПДК.

Очистка от Hg

Метод основан на малой растворимости в водных средах сульфида Hg (HgS). Для образования этого соединения вводят сульфид Na:

Na₂S + HgCl₂ = HgS + 2NaCl (Пр=10^50)

Очистка идет до ПДК.

!!! Oбезвреживаниe сточных вод является обязательным, но неокончательным решением вопросов охраны окружающей среды.

С целью обеспечения более экологически чистой обстановки на фабриках рекомендуют использовать оборотное водоснабжение.

₄ + FeCl₂ + Na₂SO₄