Introducción: Necesidad del tratamiento del cianuro en la minería

La extracción de oro y plata de los ores de bajo nivel se ha basado en el lixiviamiento de los cianuros durante más de un siglo. Este proceso hidrometorúrgico utiliza soluciones diluidas de cianuro de sodio para disolver selectivamente metales preciosos, formando complejos de metal-cianida estables.

Los métodos de tratamiento químico tienen como objetivo o bien oxidar el cianuro a compuestos menos tóxicos, precipitarlo como sales insolubles, o convertirlo en complejos que son más susceptibles de extracción. La elección del método depende de la forma y concentración del cianuro presente, la presencia de otros metales, el uso final deseado del agua tratada, y consideraciones económicas. Este artículo proporciona una visión general de las principales técnicas químicas utilizadas para eliminar el cianuro de sus ventajas de la minería.

Comprender la Especiación de Cianuro en la minería de aguas residuales

Antes de discutir los métodos de tratamiento, es esencial entender las formas de cianuro que existen en el efluente minero. El cianuro puede estar presente como:

  • Cianuro libre] – HCN (hidrogen cyanide) y CN – (cianide ion). El cianuro libre es la forma más tóxica y está disponible para la reacción.
  • Cianuro de ácido débil disociable (WAD) – Complejos con metales como zinc, cobre, cadmio y níquel que pueden liberar cianuro bajo condiciones ligeramente ácidos. Estos son moderadamente tóxicos.
  • Cianuro de ácido desarmado (SAD)] – Complejos estables con hierro, cobalto y oro que requieren condiciones ácidos fuertes o oxidativas para liberar cianuro. Cianuro de SAD, especialmente ferrociaanida, es menos tóxico pero todavía regulado.

La mayoría de los procesos de tratamiento se dirigen gratis y cianuro WAD. El cianuro SAD es más refractario y a menudo requiere métodos oxidativos específicos o la eliminación física mediante osmosis inversa u otros procesos de membrana. El análisis de la especulación adecuado es crítico para la selección de métodos, ya que la concentración de cada forma determina las condiciones de dosis y reacción químicas requeridas.

Métodos químicos comunes para la eliminación de cianuro

Los siguientes métodos representan las técnicas químicas más aplicadas en la industria minera, que han sido probadas sobre el terreno durante décadas de funcionamiento.

Oxidación química usando el peróxido de hidrógeno

El peróxido de hidrógeno (H2O2) es un oxidante fuerte que convierte cianuro en cianato (OCN−) en un solo paso:

CN + H2O2 → OCN− + H2O

El óxido de carbono es aproximadamente 1.000 veces menos tóxico que el cianuro y puede seguir hidrándose a amoníaco y carbonato en ciertas condiciones. La reacción se lleva a cabo normalmente en un pH de 9-10.5, que favorece el ion cianuro (CN -) y minimiza la evolución del gas HCN. Un catalizador, como el sulfato de cobre (CuSO4) o un promotor orgánico, se añade a menudo para acelerar la reacción

Cloración de Alkaline

La cloración alcalina implica añadir gas cloro (Cl2) o hipoclorito de sodio (NaOCl) a aguas residuales en un pH controlado superior a 10. La reacción procede en dos etapas:

  1. Etapa 1:] El cloro reacciona con cianuro para formar cloruro cianógeno (CNCl), un intermedio altamente tóxico y volátil. A alta pH (conejértese10), los hidrolizas CNCl rápidamente para cianar (OCN−).
  2. Etapa 2:] El cloro adicional oxida el cianato al dióxido de carbono y al gas de nitrógeno si el exceso de cloro está presente.

El tratamiento de la sencillez de la sencillez [FC] es un método de seguridad de la sencillez de la sencillez de la sencillez de la sencillez de la sencillez de la sencillez [FC].

Oxidación química Usando el ácido de Caro (áccido Peroxymonosulfuérico)

El ácido de Caro (H2SO5) es un oxidante in situ formado por reaccionar concentrado ácido sulfúrico con peróxido de hidrógeno. Es un agente oxidativo muy fuerte que puede tratar el cianuro libre, complejos WAD, e incluso algunos complejos SAD, convirtiéndolas en cianato. El ácido de Caro es particularmente eficaz en los rangos de pH ácido (3–5), haciendo que sea naturalmente adecuado para la cola

Dióxido de azufre / aire (proceso de INCO)

El proceso de INSCO, desarrollado por la International Nickel Company, utiliza dióxido de azufre (SO2) y aire en presencia de un catalizador de cobre para oxidar cianuro a cianato. La reacción se produce en un pH de 7 a 9, que es neutral a un poco de alcalino. La reacción general es: CN - + SO2 + O2O → OCN + H2SO4.

Precipitación de cianuro con metales y salinas

Los métodos de precipitación implican añadir una cation que forma un compuesto insoluble con cianuro. La opción más común es añadir sulfato ferroso (FeSO4) para producir ferricianuro ferroso (azul prusiano): 3FeSO4 + 6NaCN → Fe4[Fe(CN)6]3 + 3Na2SO4. Este precipitado es un sólido azul que puede ser eliminado por sedimentación o filtración peligrosa.

Otros agentes de precipitación incluyen:

  • sales de cobre: El cianuro de cobre (CuCN) precipita soluciones concentradas pero redissolves en exceso de cianuro. Este método es selectivo y a menudo utilizado para recuperar el cobre de soluciones de cianuro.
  • sales de zinc: La precipitación de cianuro de zinc se utiliza ocasionalmente pero menos eficiente que los métodos ferrosos.
  • Hipóclorito de calcio: Mientras que principalmente un oxidante, también puede precipitar complejos de cianuro de calcio en entornos de alto contenido.
  • Precipitación del sulfuro: Añadiendo NaHS o Na2S precipita cianuro como tiocito (SCN−) en ciertas condiciones, que pueden ser oxidadas.

La precipitación es mejor adecuada para corrientes de cianuro de baja volumen y alta concentración donde es factible el manejo de lodos. Para grandes flujos, se vuelve poco práctico debido a los costos de volumen y eliminación de lodos.

Procesos de oxidación química avanzados y alternativos

Más allá de las técnicas clásicas, se han estudiado y aplicado varios procesos avanzados de oxidación (AOPs) para la eliminación de cianuro. Estos combinan normalmente oxidantes con insumos energéticos para generar especies radicales altamente reactivas.

Oxidación de la zona

El olfato es un potente oxidizador que reacciona directamente con el cianuro libre para formar cianato, y puede oxidar más el cianato al nitrógeno y el bicarbonato en condiciones alcalinas. La reacción es rápida, y el proceso no introduce sales o metales pesados. El hidrógeno se descompone rápidamente al oxígeno, sin dejar residuos tóxicos.

Procesos Fenton y Electro-Fenton

La reacción de Fenton utiliza ferroso hierro (Fe2+) y peróxido de hidrógeno para generar radicales hidroxilos (•OH) en condiciones ácidas (pH 2–4). Los radicales hidroxilos no son selectivos y pueden oxidar el cianuro libre, los complejos de metal-cianuro e incluso el tiocitonato a dióxido de carbono y nitrógeno.

Procesos fotoquímicos y de base UV

La luz UV solo puede fotolicitar complejos cianuro, pero las tarifas son lentas. Combinar UV con peróxido de hidrógeno o dióxido de titanio (TiO2) fotocatalisis acelera la oxidación. Los sistemas UV/H2O2 generan radicales hidroxilos eficaces para destruir cianuro libre y complejo. La intensidad UV y el tiempo de contacto requerido dependen de la concentración de turbida de agua y de ciclo.

Factores que influyen en la selección de la técnica química

Elegir el método de eliminación de cianuro adecuado requiere un análisis exhaustivo de varias variables:

  • ■ Concentración y especulación de cianuros: Se realizaron/fuertes concentraciones de cianuro libre (concentración de cianuros libres (con 100 mg/L) favorecen la oxidación química (H2O2, SO2/air, cloración alcalina). Las concentraciones bajas (a 10 mg/L) pueden ser tratadas más eficazmente por métodos biológicos o de adsorción, pero el pulido químico con ozono o peróxido es todavía común.
  • Presencia del tiocitonato (SCN−): El tiocianato es un subproducto común en el procesamiento del mineral de oro y es más resistente a la oxidación. Algunos métodos (por ejemplo, el ácido de Caro, el ozono) lo tratan parcialmente, mientras que otros requieren contacto prolongado o múltiples etapas.
  • pH del arroyo:] Aguas naturalmente ácidos favorecen el ácido de Caro; las aguas alcalinas son adecuadas para el peróxido de hidrógeno o cloración alcalina. Ajustar el pH añade costos químicos.
  • Otros metales y contaminantes: El cobre, el hierro y el níquel forman complejos estables que pueden requerir pasos separados de destrucción o adición catalizador.
  • límites de descarga regulatorios: Las jurisdicciones con límites muy bajos (por ejemplo, 0,022 mg/L cianuro libre en algunos estados de los Estados Unidos) pueden requerir una etapa de pulido después del tratamiento primario.
  • Recirculación de agua vs. descarga: Si el agua se reutiliza en el proceso, algunos productos químicos (por ejemplo, cloro, sulfatos) pueden acumularse e interferir con el lixiviado. El peróxido de hidrógeno y el ozono producen subproductos benignos.
  • Gastos de funcionamiento y de explotación: La cloración y precipitación alcalinas tienen un capital inferior pero costos químicos y de seguridad más altos. SO2/aire y peróxido ofrecen costos medios. Ozono y UV tienen un alto capital pero bajos costos de funcionamiento una vez instalado.
  • ] Experiencia y seguridad del espectador: El manejo del gas cloro requiere una formación especializada; el ácido de Caro es altamente corrosivo; SO2 es tóxico por inhalación. El peróxido de hidrógeno y el hipoclorito de sodio son alternativas más seguras.

Comparación de los métodos químicos clave

Para ayudar en la selección de métodos, en el cuadro siguiente se resumen los principales atributos de cada técnica:

Peroxido de hidrógeno: Eficaz para el cianuro libre y WAD. Requiere catalizador para algunos complejos. Reacción rápida. No subproductos peligrosos. El peróxido residual debe ser apagado. Costo moderado. pH 9-10.5.

Cloración alcalino: Altamente eficaz para el cianuro libre y WAD. Produce cloruro de cianógeno intermedio (tóxico). Formas orgánicas cloradas si los orgánicos presentes. Requiere un alto pH (~11). Riesgo de seguridad del gas cloro.

El Ácido de Caro:] Eficaz para libre, WAD y algunos cianuro SAD. Opera a pH ácido. No hay subproductos clorados. Corrosivo; necesidades en la generación in situ. Costo moderado.

SO2/Air (INCO):] Eficacia para el cianuro libre y WAD. PH neutro. Costo químico bajo para los flujos altos. Riesgo de almacenamiento SO2. Produce sulfato. Requiere el catalizador de cobre (~5–50 mg/L).

Ferrous Sulfate Precipitation: Simple; elimina libre y algunos cianuro WAD como lodo azul prusiano. No eficaz para altas concentraciones o eliminación completa. emisión de eliminación de lodos. Capital bajo.

Ozono/UV: Muy eficaz para todas las formas de cianuro, incluyendo SAD y tiocitonato, especialmente cuando se combinan. Sin carga de sal. Costo alto de capital y energía. Adecuado para el pulido.

Environmental and Safety Considerations

Todos los métodos de tratamiento químico producen algún tipo de desechos secundarios. Los métodos de oxidación generan cianato, que es menos tóxico pero pueden hidrolizarse a amoníaco en determinadas condiciones. La amoníaco es en sí tóxico para la vida acuática y debe ser gestionado. La cloración puede producir trihalometanos si la materia orgánica natural está presente, que son carcinógenos regulados.

Desde una perspectiva ambiental, el objetivo es destruir el cianuro completamente al nitrógeno y el dióxido de carbono en lugar de convertirlo en formas menos tóxicas. Sin embargo, la mineralización completa raramente se logra en la práctica; la mayoría de los procesos se detienen al cianato. El cianato residual puede ser tratado más por la oxidación biológica en un estanque de pulido o por la adición de exceso de oxidante.

Tendencias y desarrollos futuros

La investigación en el tratamiento del cianuro sigue centrándose en reducir el consumo químico, eliminar los reactivos peligrosos y recuperar metales valiosos de soluciones de cianuro. La oxidación electroquímica mediante electrodos de diamantes ha demostrado una alta eficiencia de destrucción tanto para el cianuro libre como complejo sin añadir sustancias químicas. Las tecnologías de membrana (nanofiltración, osmosis inversa) se están integrando con tratamiento químico para concentrar cianuro para el reciclaje o la destrucción en un volumen más pequeño.

Otra vía prometedora es el uso de reagents que permiten la recuperación de cianuro en lugar de la destrucción. Por ejemplo, el proceso SART (suficiización-acidificación-reciclamiento-entorno) utiliza sulfuros para precipitar el cobre, el oro y la plata de soluciones de cianuro, regenerando el cianuro libre para reutilizar en el método de la destrucción circular, mientras que no se requiere.

Conclusión

La eliminación del cianuro de las aguas residuales mineras es un requisito ambiental y regulatorio crítico. Una gama de técnicas químicas está disponible, cada una con ventajas y limitaciones distintas. La oxidación del peróxido de hidrógeno, la cloración alcalina, el proceso INCO, el ácido de Caro y los métodos de precipitación son tecnologías probadas que pueden lograr el cumplimiento cuando se diseñe y se opera correctamente.