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金盐生产中的废弃物处理

日期:2013年7月4日 10:13

姜忠智,李玉芹,梁红静

(烟台招金励福贵金属股份有限公司)

摘要:阐述了金盐生产过程中废弃物的主要成分,并提出了合理的处理途径。通过治理和回收减少了环境污染和资源的浪费,取得了较好的经济效益和环境效益。

关键词:金盐生产;废弃物;处理

中图分类号:TD926.5 文献标志码:A 文章编号:1001-1277(2012)增刊1-0117-03

金盐化学品名称氰化亚金钾,化学式KAu(CN) 2 ,是使用量较大的黄金化工产品[1]。金盐外观呈白色结晶粉末状,溶解于水,微溶解于乙醇,不溶解于乙醚。理论计算金盐中金的质量分数为68.367 %;市场公认的优质金盐中金的质量分数为68.3 %,对应纯度为99.9 %。金盐具有剧毒,如果吸入、咽下或通过皮肤侵入体内,会引起氰化物中毒。

金盐主要用于电镀业,是镀金时使用的最主要的原料。由于金镀层具有耐腐蚀、耐磨损、抗氧化、接触电阻低、可焊性好、可热压键合等优良性能,可作为功能性、防护性镀层;同时,由于其金黄色外观,耐色变性能好,又可作为一种装饰性镀层。基于金镀层的特殊性能,其广泛应用于工业和装饰领域;其中,工业性镀金多应用于印制电路板、连接器、半导体器件等电子信息行业;装饰性镀金广泛应用于珠宝首饰、钟表、乐器、工艺品、五金零件等领域。除用于镀金外,金盐也用作分析试剂和制药工业。

1 金盐生产过程产生的废弃物

金盐的生产工艺主要有雷酸金法、氰化亚金法、鼓氧氰化法和离子膜电解法4种。相比其他3种工艺,离子膜电解法具有产品质量好、生产效率高、黄金损耗少、生产成本低的优势,是金盐生产工艺的发展趋势。

1.1离子膜电解法生产原理

离子膜电解法是利用离子交换膜将单元电解槽分隔为阳极室和阴极室,使电解产品分开的方法。金盐的离子膜电解是以金片作为阳极,不锈钢作为阴极,氰化钾溶液作为阳极液,氢氧化钾溶液作为阴极液,用离子膜作为隔膜,在电解槽内进行电解反应。其生产工艺简述为:纯金?压片?电解?一次冷却结晶?母液过滤?热水溶解?二次冷却结晶?洗涤?母液过滤?蒸发浓缩?低温结晶?洗涤?过滤?干燥等过程。

主要化学反应方程式:

2Au+4KCN+2H2O=2KAu(CN)2+2KOH+H2↑;

副反应方程式:

CN-+2H2O?COOH-+NH4+;

NH4++OH-?NH3?+H2O;

KCN溶解过程反应方程式:

KCN+CO2+H2O=HCN↑+KHCO3。

1.2离子膜电解法产生的废弃物

离子膜电解法生产金盐产生的废弃物主要包括如下所述:

1)废气。金盐生产过程中,在电解和浓缩工序会有含氰、含氨废气产生,氰化钾溶解、浓缩过程会产生的含氰废气等。

2)废水。金盐生产过程中,主要有产品过滤后的废水,提金后的废水,还有清洗抹布、地面的少量含氰废水。

3)固体废弃物。主要有失效的滤膜及导热油炉产生的废耐火材料、废电炉丝。

金盐生产过程中产生的废气、废液、固体废弃物若不经处理直接排放,将会对周围环境质量造成严重影响,从而制约金盐生产企业的发展。本文重点介绍了金盐生产中产生的废弃物处理途径。

2 废气处理

金盐生产过程中产生的含氰、含氨废气采用碱液吸收法进行处理。考虑到当碱性吸收装置损坏将产生含氰废气的非正常排放事故,废气采用二级碱液吸收废气处理净化系统。含氰、含氨废气经净化处理后,通过高度为25 m的排气筒排放。

碱吸收装置的工作原理为:酸性气体从吸收塔体下方进气口沿切向进入净化塔,在通风机的动力作用下,迅速充满进气段空间,然后均匀地通过均速气流段上升到填料吸收段;在填料的表面上,气相中酸性物质与液相中碱性物质发生化学反应,反应生成物质(多为可溶性盐类)随吸收液流入下部贮液槽。通过控制气体流速与滞留时间,保证吸收过程的充分与稳定。塔体的最上部是除雾段,气体中所夹的吸收液雾滴在这里被清除下来,经过处理后的洁净空气从净化塔上端排气管排入大气。

吸收装置的净化效率高。吸收净化塔采用逆向喷淋,填料比表面积大,气液比能保证设备稳定运行,对酸性废气净化效率达到90 %以上。采用NaOH作为吸收液,循环水基本上是NaOH的水溶液;在循环过程中,对水泵、管道、设备均无腐蚀现象,便于设备运行与保养。

二级碱性吸收装置同时出现故障的几率很小,当一级碱性吸收装置出现故障时,另一级碱性吸收装置仍可以正常运行,这样就可以做到使生产过程中产生的含氰废气得到稳定有效地处理。出于保守考虑,一级碱性吸收含氰废气的净化效率按95 %计算,二级碱性吸收含氰废气的累计净化效率为99.75 %。

3 废水的处理

3.1产品过滤后的废水和车间清洗水的处理

产品过滤后的废水抽入碳缸后泵入电解槽可继续重复使用,电解2~3次或电解液颜色发红,便可考虑更换新的电解液,将其送至提金工序,进行锌粉置换处理。金盐生产车间清洗抹布和地面的水送至提金工序,采用锌粉置换方法进行处理。

置换反应是单质与化合物反应生成另外的单质和化合物的化学反应,是四大基本化学反应类型之一。任何置换反应都不属于复分解反应,包括金属与金属盐的反应,金属与酸的反应等。

锌粉置换的原理是按照金属的活泼性顺序,即排在前面的金属可以将排在后面的金属从其化合物溶液中置换出来。由于锌粉表面积远远超过锌丝,大大提高了置换率。

锌粉置换化学反应方程式为:

2Au(CN)2-+Zn=2Au↓+Zn(CN)42-。

3.2提金后的废水处理

通过锌粉置换,溶液中金的质量浓度降至xx mg/L,仍然有很大的回收利用价值。主要采用活性炭吸附法、树脂吸附法等进行回收。通过活性炭或树脂吸附,废液中含金量几乎为零,便可进行氰化物处理后排放。

3.2.1 活性炭吸附法

活性炭是常用的一种非极性吸附剂,性能稳定,抗腐蚀,应用广泛。它是一种具有吸附性能的炭基物质的总称。把含碳的有机物质加热炭化,去除全部挥发物,在经化学试剂(如ZnCl2 等)或水蒸汽活化,制成多孔性炭素结构吸附剂。活性炭有粉状和粒状两种,工业上多使用粒状活性炭。由于原料和制法的不同,其孔径分布不同。一般主要分为:碳分子筛,孔径在10×10-10 m 以下;活性焦炭,孔径在20×10-10 m以下;活性炭,孔径在50×10-10 m 以下 [2]。

活性炭吸附作用主要产生于物理吸附和化学吸附。物理吸附主要发生在活性炭丰富的微孔中,用于去除水和空气中杂质,但这些杂质的分子直径必须小于活性炭的孔径。另一方面,活性炭在其表面含有官能团,从而与被吸附物质在活性炭的表面发生化学反应,即为化学吸附过程。活性炭的吸附是上述两种吸附综合作用的结果。评价活性炭的吸附性能指标主要有亚甲蓝值、碘值和焦糖吸附值等,吸附容量越大,吸附效果越好。

3.2.2 树脂吸附法

吸附树脂又称聚合物吸附剂,它是一类具有吸附特点,对吸附物具有浓缩、分离作用的高分子聚合物。

吸附作用是指一种或多种物质分子附着在另一种物质(一般是固体)表面上的过程。吸附是界面现象,是被吸附分子在界面上的浓聚[3]。吸附树脂具有较高的比表面,可以通过范德华力、氢键及其他作用对水中的杂质进行有效富集和分离。

吸附树脂的表面发生吸附作用后,会使树脂表面上溶质的浓度高于溶剂内溶质的浓度,其结果引起体系内放热和自由能得下降。一般来说,吸附分为物理吸附和化学吸附两大类。物理吸附不具有选择性,吸附过程没有电子转移,没有化学物质的生成和破坏,而化学吸附则相反。

3.2.3 碱性氯化法处理氰化物

碱性氯化法是国内外普遍采用的一种破坏废水中氰化物的方法[4-6]。该方法的原理是在碱性条件下采用氯气或液氯、漂白粉将废水中的氰化物转化成氰酸盐,然后再分解成为CO2和N2等无毒物质[7]。

碱性氯化法破氰分为两个阶段:第一个阶段为不完全氧化阶段,也就是将氰氧化为氰酸盐;第二个阶段为完全氧化阶段,将氰酸盐进一步氧化为二氧化碳和氮。

主要化学反应方程式如下:

CNˉ+ClO-+H2O—CNCl+2OHˉ;

CNCl+2OHˉ—CNOˉ+Clˉ+H2O;

2CNOˉ+2OHˉ+3ClO-—2CO32-+N2+3Clˉ+H2O。

经过碱性氯化法破氰,废水中氰的质量浓度低于0.5 mg/L,达到废水排放标准。该方法成熟,设备简单,操作方便。

4 固体废弃物的处理

失效的滤膜由于含有氰化物属于危险废物,送有资质的废物综合处置公司进行处置。

导热油炉产生的废耐火材料、废电炉丝为一般工业固体废物,废耐火材料可作为铺路的材料综合利用,废电炉丝由金属回收公司回收。

5 结 语

随着电子工业、新材料工业的科技进步和产业化发展,金盐产品需求不断增大,金盐生产企业将迎来又一个发展高峰。在金盐生产中,废弃物的处理至关重要,必须着眼于生产的全过程。企业要尽可能减少废弃物的排放,并积极开发和采用废弃物处理的先进技术,从而做到废弃物资源的合理处置,减少对环境的污染,从而也降低了生产成本,提高了企业的竞争力,使之能在激烈的竞争中立于不败之地,实现经济效益和环境保护的“双赢”。

【参考文献】

[1]张东山.金盐生产技术研究[J].黄金, 2003,24(5):4-7.

[2] 徐越群 ,赵巧丽. 活性炭吸附技术及其在水处理中的应用[J]. 石家庄铁路职业技术学院学报,2010, 9(1):48-50.

[3]何炳林,黄文强.离子交换与吸附树脂[M].上海:上海科技教育出版社,1995.

[4]郑道敏,方善伦,李嘉.含氰废水处理方法[J].无机盐化工,2002,34(4):16-18.

[5]李远荣.灵湖金矿炭浆厂含氰废水处理[J].黄金,1986,7(4):37-39.

[6]王而力,庄晶,李瑛姝,等.碱性氯化法处理金矿含氰废水试验研究[J].辽宁城乡环境科技,2000,20(1):18-22.

[7] 任小军,李彦锋,赵光辉,等.工业含氰废水处理研究进展[J]. 工业水处理,2009,29(8):1-4.

Waste treatment in gold salt production

Jiang Zhongzhi,Li Yuqin,Liang Hongjing

(Yantai Zhaojin Lifu Precious Metals Co.,Ltd.)

Abstract: This paper introduces the main compositions of wastes from the gold salt production process and puts forward the reasonable treatment approaches. The treatment and recycling reduce the environmental pollution and save resources, achieving satisfactory economical and environmental benefits.

Keywords: gold salt production; waste; treatment

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