电渗析在含氰金矿废水资源化处理中的应用研究

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自1887年MacArthur实现氰化提金的商业化应用以来,由于氰化物浸金工艺稳定成熟,氰化法作为黄金提取的主要方法沿用至今。然而,在氰化法提取黄金的过程中,会产生含有氰化物和重金属铜的金矿废水。许多国家和地区的环境保护部门都设定了严格的含氰废水排放标准,去除(或者回收)金矿废水中的氰化物和重金属铜等有毒物质势在必行。但目前的一些方法或由于试剂消耗高、或由于技术壁垒、或由于操作步骤复杂、或由于对设备有特殊要求等原因而难以简单高效地处理含氰金矿废水中的氰化物和重金属铜。因此,开发一种去除效率高、试剂消耗少、无二次污染排放的方法势在必行。在苦咸水淡化、锅炉补给水生产、食物产品去矿化、食盐生产、电镀废水处理等方面的工业应用中,电渗析(Electrodialysis,ED)已经被证明是一种有效、环保的技术。然而,在利用电渗析技术处理金矿废水方面的研究较少,而且处理过程中的离子交换膜污染问题还没有被报道。另外,传统的三隔室电渗析虽然可以去除废水中的氰化物,但浓室出水中更高浓度的有毒物质依然难以处理。因此传统的电渗析方法并不能够有效实现废水中氰化物的资源化,新的电渗析技术还有待开发。本文针对以上问题,以山东省招远市黄金冶炼厂的金矿废水为处理对象,考察电渗析技术处理含氰金矿废水的可行性。具体内容及结论如下:利用有效面积为88 Cm2的三隔室电渗析分别对模拟和实际含氰金矿废水中的氰化物和重金属铜进行去除。通过FTIR、SEM-EDX、膜电阻和静态接触表测量等方法对运行前后的离子交换膜污染问题进行了分析探究。研究了操作电压、初始浓度和操作流量对铜和氰化物的去除率的影响。结果表明:最佳操作条件分别为操作电压25V,初始浓度C2(其中氰化物和铜的含量分别为242 mg/L和47mg/L),流量4.17 mL/s氰化物和铜的最佳的去除率分别为99.83%和99.41%。经过处理后的实际金矿废水中氰化物(0.48 mg/L)和铜(0.44 mg/L)、锌(0.34 mg/L)等重金属的含量都可以达到国家的排放标准(铜<0.5 mg/L,氰化物<0.5 mg/L,锌<2.0 mg/L)。膜污染物中存在CuCN, [Cu(CN)3]2-,Cu(OH)2和Zn(OH)2等物质;而且通过合理调节溶液的pH可以明显减轻阴离子交换膜的膜污染情况。提出了新型五隔室电渗析对含氰金矿废水进行处理。共设计了两个实验模式,在模式1中,分别利用均相离子交换膜和异相离子交换膜对金矿废水中的氰化物进行去除处理:在模式2中,利用均相单价阴离子交换膜(1-AEMs)和均相阳离子交换膜(CEMs)对废水中的氰化物进行回收。对其中的重要工艺参数(操作压力)进行优化以提高氰化物的去除和回收效率。另外,还初步探究了处理过程中的pH变化。结果表明:在模式2中,CN-的提取率最高可达到87.14%,此时的操作电压为30 V,能耗为8.33 kWhm-3。在模式1中,当采用均相离子交换膜时,氰化物的去除率最高可达到97.90%,此时的操作电压为38V,远高于使用异相离子交换膜的74.02%。与此同时,在设备运行过程中,两种模式都能实现碱溶液的回收,并能将其回用于电渗析过程的pH调节中。该研究在工业应用方面对氰化物的资源回收提供了新思路。
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