بهینه سازی پارامترهای موثر در فرایند جذب و بازیافت سیانید از آب سد باطله کارخانه فراوری طلای آقدره تکاب بر روی کربن فعال

دسته کانه آرایی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده عبدالله سمیعی۱، احمد خدادادی۲، محمود عبداللهی۳
تاريخ برگزاری ۰۹ اسفند ۱۳۸۴

چکیده

سیانید علیرغم خطرناک بودن، یکى از مهمترین مواد شیمیائى است که در استخراج طلا و نقره از پالپ مورد نظر آنها مورد استفاده قرار مى گیرد. روش جذب و بازیافت سیانید بخاطر بخاطر گران قیمت بودن و استفاده مجدد آن از مهمترین روشها مى باشد. هدف کلى از این تحقیق، بررسى جذب سیانید و امکان بازیافت آن بوسیله همین روش از آب سد باطله کارخانه فراورى طلاى آقدره تکاپ  بر روى کربن فعال صنعتى که در کارخانه براى جذب کمپلکسهاى طلا بکار می­رود، می­باشد. مقدار کربن فعال، pH محلول، زمان جذب، ابعاد ودانه بندى کربن فعال، درجه حرارت محلول و افزودن کاتالیزور از پارامترهاى مهم براى فرایند جذب می­باشد. آزمایشات در دو بخش از کربن فعال براى ابعاد (۱۰۰۰-۵۰۰) میکرون و (۱۵۰–۱۰۰) میکرون انجام گرفت. مقادیر بهینه بدست آمده براى فرایند جذب براى ابعاد (۱۰۰۰-۵۰۰) میکرون در ۱۲pH= ، زمان ۳۵ دقیقه، (gr/l)۳۴ کربن فعال، دماى

۳۰ درجه سانتیگراد و میزان جذب ۸۰ درصد و براى ابعاد (۱۵۰ – ۱۰۰) میکرون در۵/۱۱pH=، زمان ۳۵ دقیقه، با مقدار(gr/l) ۳۸ دماى ۳۰ و میزان جذب ۸۲ درصد حاصل شد. افزودن سولفات مس باعث افزایش درصد جذب سیانید بر روى کربن فعال می­شود. نمونه با ابعاد (۱۰۰۰-۵۰۰) میکرون از مدل فروندلیچ بیشتر و ابعاد (۱۵۰-۱۰۰) از هر دو مدل پیروى مى کنند.

کلمات کلیدى:سیانید، کربن فعال، جذب، ایزوترم جذب

 

 

Investigation of Cyanide Adsorption and Recovery on Activated carbon Surface from Tailing Dam Water in AGHDAREH-TAKAB Gold Processing Plant

A.Samiee۱, A.Khodadadi۲, M.Abdollahi۳

۱) M.Sc Student in Mineral Processing Engineering of Tarbiat۱:placename> Modarres۱:placename> University۱:placetype>۱:place>

۲) Assistant Prof. Mineral Processing Dep.۱:placename> Tarbiat۱:placename> Modarres۱:placename> University۱:placetype>۱:place>

۳) Associate Prof. Mineral Processing Dep.۱:placename> Tarbiat۱:placename> Modarres۱:placename> University۱:placetype>۱:place>

E-mail۱:a_samiee۲۰۰۳@yahoo.com

 

ABSTRACT

The basic purpose of this research was to study the investigation of cyanide adsorption on activated carbon surface from tailing dam water in AGHDAREH-TAKAB gold processing refractory in West Azerbaijan۱:place>. In this refractory industrial activated carbon is used for the adsorption of gold complexes. Then in this work the same activated carbon was used for absorbing the cyanide from the tailing dam water. Solution pH, adsorption time, amount and size of activated carbon and temperature are some important parameters in the adsorption mechanism. Activated carbon was used in two fraction (۶-۱۲) mesh and (۱۰۰-۱۵۰) microns in tests. The optimum conditions (۵۰۰-۱۰۰۰) microns fraction were obtained in pH=۱۲, adsorption time=۳۵ minute, temperature less than ۳۰ , activated carbon=۳۴(gr/l) and adsorption percent=۸۰. For (۱۰۰-۱۵۰) microns were obtained in pH=۱۱.۵, adsorption time=۳۵ minute, temperature less than ۳۰ , activated carbon=۳۸(gr/l) and. adsorption percent=۸۲. Copper sulfate increasing caused an increase in the adsorption percentage. The          (۵۰۰-۱۰۰۰) microns fraction follow from freundlich isotherm rather than Longmuir isotherm and (۱۰۰-۱۵۰) microns fraction are due to both isotherm.

Keywords: cyanide, activated carbon, adsorption, adsorption isotherm

 

 

 

مقدمه

کارخانه فراوری طلای اقدره وابسته به شرکت پویا زرکان در 32 کیلومتری شمال شهرستان تکاب در استان آذربایجان غربی واقع شده است. بر اساس مطالعات اکتشافی، طلا در داخل سیلیکاتهای آهن و منگنز تشکیل شده است. عیار طلا در این کانسنگ در حدودppm 3، خوراک کارخانه کانسنگ طلا و محصول آن کیک فیلتر شده با عیار 5/1 درصد می­باشد. فرایند استخراج طلا از کانسنگ بعد از مرحله خردایش توسط عملیات لیچینگ و با استفاده از محلول سیانید سدیم انجام می­گیرد که در طی این مرحله طلا در محلول سیانید حل شده و بصورت محلول در می­آید.

کمپلکسهای محلول طلا بعد از مرحله لیچینگ در داخل ستونهای جذب، بر روی کربن فعال جذب می­شوند. دوغاب خروجی از تیکنر بعد از مرحله جذب حاوی مقادیر زیادی سیانید و ترکیبات آن می­باشد که وارد سد آب باطله می­شود]1[.

سیانید یک ترکیب شیمیائی کربن و نیتروژن می­باشد که هیدروژن سیانید، سدیم سیانید و پتاسیم سیانید مثالهائی از ترکیبات ساده سیانیدی هستند. سیانید یک ماده بسیار سمی و خطرناک می­باشد و حدودppm 05/0 آن موجب مرگ انسان می شود ورود آن به آبهای سطحی، زیرزمینی و خاک خسارات جبران ناپذیری را بر محیط زیست و زندگی بشری به همراه دارد]2[. یونهای  CN-و HCN بعنوان سیانور آزاد محسوب می­شوند. یونها CN- در PH بالای 9 پایدار هستند و در پائیین تر از 7 به HCN گازی شکل تبدیل شده و وارد هوا شده که بسیار خطرناک است]2[.

بنابر این حذف و خنثی سازی سیانید در آب باطله این صنایع و صنایعی که به هر نحوی با سیانید سرو کار دارند از موارد بسیار مهم در جلوگیری از آلوده شدن محیط زیست به شمار می­رود. روشهای متعددی برای کاهش و ازبین بردن سیانید در پسابها وجود دارد که از جمله آنها می توان به روشهای بیولوژیکی، اکسایش شیمیائی با استفاده از موادی مانند آب اکسیژنه، گاز ازون، هیپو کلریت سدیم و کلسیم، استفاده از پلی سولفورها، تخریب الکترولیتی،تعویض یون با استفاده از رزینهای تبادل یونی جذب آن با استفاده از کانیها و طبیعی مانند ایلمنیت، زئولیت،   و مواد جاذب مانند کربن فعال شده اشاره کرد]4و3[.

کربن فعال یک توده پودری و یا دانه­ای سیاه رنگ جامد میکرون ابه زغال چوب است. کربن فعال صنعتی از زغال سنگ تهیه   می­شود. ابتدا زغال سنگ در بخار با حرارت بالا تصفیه میشود و آنجه باقی می ماند کربن فعال است که آب گریز (Hydrophobe) و بسیار متخلل است. این خلل و فرج ها سطح بسیار وسیعی را در واحد حجم کربن فعال ایجاد می نماید، که تحت عنوان سطح ویژه تعریف می کنند و از پارامتر های موثر در قابلیت جذب می باشد. کربن فعال دانه ای یک ساختمان بسیار وسیعی از خلل و فرج را در خود جای داده است]5[. 

کربن فعال این قابلیت را دارد که بسیاری از مواد آلی ومعدنی، بو، مواد آلوده کننده آب، فلزات سمی نظیر جیوه، آرسنیک، کروم، سرب و غیره، بسیاری از کاتیونها و آنیونها را جذب کند]6[.

ترکیبات سیانیدی آزاد قابل شستشو با اسیدهای ضعیف (سیانیدهای فلزات قلیائی و قلیائی خاکی) و کمپلکسهای قوی نیز تمایل بسیار زیادی برای جذب بر روی کربن فعال را دارند که با این روش سیانید به میزان قابل ملاحظه ای حذف می­شود]7[.

کربن فعال اگر با محلول نمکهای ضعیف فلزاتی نظیر آهن، مس، نیکل، نقره و کبالت آغشته شود باعث افزایش قابلیت جذب ترکیبات سیانید در آن می شود. جذب سیانید بوسیله کربن فعال ، جذب فیزیکی می باشد]7[.

فرایند جذب عبارت است از انتقال اجزائی از سیال و تجمع آن در جاذب جامد که تا رسیدن به حالت تعادل ادامه می یابد(در حالت تعادل غلظت اجزاء جذب شونده در سیال و سطح جاذب به تعادل می­رسد ). در مطالعه انتقال و جذب املاح و ترکیبات بر روی یک ماده بایستی معادلات و روابطی بین غلظت ماده جذب شده بر روی جاذب و غلظت باقیمانده(غلظت تعادل) آن در دماهای ثابت وجود داشته باشد که این معادلات را ایزوترمها (همدماهای) جذب سطحی می­گویند. مدلهای لانگ مویر و فروند لیچ بیان کننده این روابط و معادلات هستند]8[.

 

2- آزمایشات

2-1- مواد لازم برای انجام آزمایشات

در آزمایشات کربن فعال به ترتیب در دو محدوده ابعادی(1000-500)  میکرون  (که در کارخانه از آن برای جذب کمپلکسهای طلا استفاده می­شود و میکرون خصات آن در جدول (1) آمده است.) و (150و100) میکرون مورد استفاده قرار گرفت.

 

 

جدول (1) مشخصات کربن فعال صنعتی

مشخصه

درصد بهم پیوستگی(%)

ظرفیت جذب(%)

دانسیته ظاهری((t/m3

کل سطح ویژهgr)/(m2

مقدار 

99 درصد

55

500

1100

مشخصه

رطوبت(%)

سرعت جذب (1/h)

محتوی خاکستر(%)

خاصیت تورق (%)

مقدار 

کمتر از 2

60-70

کمتر از5

کمتر از15

 

 

 

محلول سیانیدی از آب سد باطله کارخانه فراوری طلا که pH آن در حدود 9 و غلظت سیانید آزاد در محلول که با استفاده از روش تیتراسیون با محلول 0102/0 مول در لیتر نیترات نقره انجام گرفت حدود 140 میلی گرم در لیتر تعیین گردید. از هیدروکسید سدیم برای تهیه محلول بلانک استفاده که از حل کردن 6/1 گرم هیدروکسید سدیم در یک لیتر آب مقطر، محلول بلانک04/0 مول حاصل می­شود که برای رقیق کردن محلول سیانید مورد استفاده قرار می­گیرد. از سولفات مس نیز بعنوان کاتالیزور در حالت بهینه جذب استفاده گردید.

 

2-2- روش انجام آزمایش

مطالعات و آزمایشات جذب در همان درجه حرارت معمولی اتاق و در داخل یک بشر استوانه ای انجام گرفت. بدین ترتیب که اولاً pH محلول برای جلوگیری از تبخیر سیانید وتبدیل شدن آن به HCN گازی شکل در حدود 11 تنظیم گردید سپس 50 میلی لیتر از محلول سیانید به داخل بشر ریخته و بدنبال آن مقادیر متفاوتی از کربن فعال در وزنهای 2/.1،4./1، 6/1،    به داخل محلول اضافه شد و به مدت نیم ساعت بوسیله همزن مکانیکی بهم زده شد بعد از آن محتویات داخل شیشه به مدت 10 دقیقه در حالت سکون قرار گرفت تا اینکه کربن ته نشین شده و مابقی سیانید نیز تا حد امکان جذب شود. سپس محلول با استفاده از کاغذ صافی واتمن به شماره 42 فیلتر شد و کربن با قیمانده بر روی فیلتر نیز شستشو گردید تا اینکه سیانید بر روی صافی باقی نماند.بعد از آن حجم محلول را به 100 میلی لیتر رسانده و غلظت سیانید مشخص شد.

برای مشحص کردن ایزوترمهای جذب محلولهای سیانیدی با غلظتهای 25، 50، 75، 100 و 150 میلی گرم در لیتر از سیانید سدیم تهیه گردید، سپس 2 گرم کربن فعال بر 50 میلی لیتر از هر کدام از این محلولها ریخته شد و در یک دمای ثابت (دمای معمولی آزمایشگاه

5/ 27) آزمایشات جذب انجام گرفت و مقدار سیانید باقیمانده بعد از آزمایش برای هر کدام از دو نمونه اندازه گیری شد. 

 

3- بحث و نتایج

3-1- اثر میزان کربن فعال

توجه به اینکه pH محلول سیانیدی تهیه شده از آب سد باطله برابر 9 بود و نیز با توجه به اینکه حذف و جذب سیانید در pH های بالا و خاصیت قلیایی زیاد بخوبی انجام می‌گیرد، pH اولیه برای آنجام آزمایشات را با استفاده از هیدوکسید سدیم که از آن برای تهیه محلول بلانک و رقیق سازی محلول سیانید استفاده می­شود، 12 انتخاب گردید. لذا با انتخاب 50 میلی‌لیتر محلول سیانیدی رقیق شده با محلول بلانک و ریختن کربن در وزنهای مختلف و با نسبت مناسب بر روی هر کدام از محلول 50 میلی لیتری، آزمایشات انجام گرفت. در تمامی نمودار ها منحنی با نقاط مثلثی مربوط به ابعاد (1000-500)  میکرون  و منحنی با نقاط مربعی مربوط به ابعاد (150-100) میکرون می باشند. نتایج جذب سیانید در غلظت‌های مختلف در 12=pH، زمان بهم زدن 30 دقیقه و دمای 27 برای هر دونوع دانه بندی از کربن فعال در شکل (1) آمده است.

 

 

 

 

 

شکل (1) نمودار میزان سیانید باقیمانده با کربن فعال

 

 

 

 

 

 

با توجه به نتایج بدست از نمودار (1) مشخص می­شود که با افزایش میزان کربن فعال، مقدار سیانید باقیمانده کمتر می­شود. ولی موقعی که میزان کربن فعال در ابعاد (1000-500) میکرون  به (gr/l) 34 و در ابعاد (150-100)میکرون به (gr/l) 38 می­رسد بعد از آن افزایش کربن فعال هیچ تاثیری در میزان سیانید باقیمانده ندارد و می­توان گفت که مقدار کربن فعال برای در هر دو نوع دانه بندی به بهترین مقدار خود جهت حذف سیانید در یک لیتر از محلول سیانیدی رسیده است. این حقیقت نشان می­دهد که درصد سیانید جذب شده بر روی کربن فعال با افزایش میزان کربن فعال افزایش یافته و به نقطه­ای می­رسد که دیگر افزایش کربن فعال هیچ تاثیری بر روی درصد جذب ندارد و مقدار بهینه کربن فعال برای حذف سیانید در شرایط فوق برای ابعاد (1000-500)  میکرون (gr/l) م34 با 80 درصد جذب و برای ابعاد (150-100)  (gr/l)38 با 82 درصد     می باشد. معمولاً چون در فرایند های جذب، میزان ماده جذب شده بر حسب درصد بیان می­شود بنابراین شکل (2) در صد جذب سیانید بر روی کربن فعال را در 12=pH، دمای  27 و زمان 30 دقیقه بهم زدن نشان می­دهد.

 

 

 

 

 

 

(2) نمودار درصد سیانید جذب شده با کربن فعال

 

 

 

 

 

از مقایسه دو تا منحنی نشان می دهد که در ابعاد (150-100) میکرون، میزان سیانید باقیمانده کمتر از ابعاد (1000-500)  میکرون  و به تبع آن درصد جذب سیانید در این ابعاد بیشتر از ابعاد(1000-500) میکرون  می­باشد.

 

3-2- اثر pH

برای خنثی سازی سیانید با توجه به نوع ترکیبات موجود در آن و نیز برای جلوگیری از تبدیل شدن سیانید به HCN گازی شکل بایستی pH محلول در مقادیر خیلی قلیای تنظیم شود بنابر این برای بدست آوردن pH بهینه برای مکانیزم جذب سیانید یک سری آزمایشات در pH های مختلف انجام گرفت که نتایج حاصل از جذب سیانید توسط کربن فعال با pH های مختلف،  (gr/l)34 کربن فعال برای ابعاد (1000-500)  میکرون  و (gr/l)38، زمان بهم زدن 30 دقیقه و دمای 27 در نمودار شکل (2) آمده­است.

 

 

 

 

 

 

 

شکل (3) نمودار مقدار سیانید باقیمانده با pH

 

 

 

 

 

 

نمودار 3 نشان می­دهد که با افزایش pH تا حول وحوش 12 میزان سیانید باقیمانده نیز کاهش می­یابد و برای ابعاد (1000-500)  میکرون  موقعی که میزان pH به 12 رسید میزان سیانید باقیمانده به کمترین مقدار خود یعنی حدود(mg/l)  28 و برای ابعاد (150-100) میکرون کمترین میزان سیانید باقیمانده یعنی حدود(mg/l)  24 در 5/11=

کلید واژه ها: بهینهسازی طلایآقدره آذربایجان غربی سیانید تکاب کانه آرایی آذربایجان غربى