Altın madenciliği atık sularının peroksit ve bakır kaplanmış pomza taşı ile siyanür giderimi
Removal of cyanide in gold mining waste waters hydrogen peroxide and copper-ımpregnated pumice
Yazar: EMİNE KARAKAYA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MEHMET KİTİŞ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
iiiÖZETTezin birinci aşamasının ana amacı, düşük sülfür ve ağır metal içeriğine sahip olan bir altınmadenciliği atık çamurundan hidrojen peroksit ile oksidatif siyanür giderim etkinliğinin tespitedilmesidir. Bu özellikteki cevherleri işleyen işletmelerin siyanürlü atıksu veya atık çamurlarındahidrojen peroksitin etkinliği hakkında laboratuar veya gerçek tesis ölçeklerinde literatüre geçençalışma mevcut değildir. Bu aşamada, CNWAD (zayıf asitte çözünebilir siyanür) giderim kinetiği venihai giderim miktarına, katalizör (Cu) ve hidrojen peroksit dozları, sıcaklık ve pH etkileriaraştırılmıştır. Deneyler, şişe-nokta metodu ile kesikli tam karışımlı reaktörlerde farklı dozlaruygulanarak yapılmıştır. Cu katalizörü eklenmesi veya eklenmemesi gibi her iki durumda da genelolarak artan peroksit dozuyla CNWAD giderim hızı ve nihai miktarının da arttığı görülmüştür. Testedilen sıcaklıklardan (10, 20 ve 30 ºC) bağımsız olarak, katalizör eklenmesi sadece siyanür giderimhızını arttırmakla kalmamış, aynı zamanda CNWAD konsantrasyonunu 1 mg/L'ye düşürmek içingereken peroksit dozunun önemli ölçüde azalmasında da etkili olmuştur. 30 mg/L Cu katalizörüeklenmesiyle, başlangıç siyanür giderim hızı 1.2 ile 3 kat arasında artmıştır. Kinetik deneyler, çoğudurumlarda 2-4 saat reaksiyon süresinden sonra CNWAD gideriminin az olduğunu göstermiştir. Siyanürgiderimine çamur pH değerinin etkisi Cu katalizörünün dozajlarına bağlı olarak değişiklikgöstermektedir. Cevherin düşük sülfür ve metal içeriğine sahip olması dolayısıyla metal bağlısiyanürler için muhtemelen daha düşük peroksit dozu gerekmesi sonucu, CNWAD konsantrasyonunu 1mg/L'den daha az değerlere düşürmek için tipik cevherlere göre daha düşük peroksit dozu/CNWADoranı gerekmektedir. Bu bulguya göre mühendislik uygulamaları bağlamında, düşük sülfür ve metaliçeriğine sahip cevherlerin atık çamurlarında siyanür giderimi için hidrojen peroksitle oksidasyonprosesi avantajlı olabilir. Siyanür giderimi boyunca, kütle dengesi hesaplamalarıyla desteklendiğiüzere, nitrat ilk olarak yan ürün olarak oluşmuş ve sonra muhtemelen diğer bazı uçucu azot içerentürlere dönüşmüştür.Tezin ikinci aşamasının ana amacı, heterojen katalizör olarak bakır kaplanmış pomza ve hidrojenperoksit kullanarak serbest siyanürün oksidatif gideriminin araştırılmasıdır. Bu amaç için pomzataşının test edilip kullanılmasına literatürde rastlanmamıştır. Bu açıdan yapılan tez literatürde bir ilkiteşkil etmektedir. Pomza türü ve partikül fraksiyon büyüklüğü, peroksit ve/veya pomza dozları, pH vesıcaklığın siyanür giderim hızı ve nihai giderim miktarına olan etkileri de incelenmiştir. Ayrıca, deneymatriksine, heterojen katalitik yüzey oksidasyonu yerine, doğal ya da bakır kaplanmış pomzalarla saltadsorbsiyonun ne derece siyanür giderdiğinin tespiti için de deneyler eklenmiştir. Sadece orjinal veyabakır kaplanmış pomzalar, uyumsuz yüzey etkileşimleri sebebiyle, negatif yüklü siyanür iyonları içinetkili adsorbent olarak tespit edilmemişlerdir. Peroksit ve orjinal pomzanın birlikte eklenmesinin desiyanür giderimine olumlu bir etkisi olmamıştır. Bununla birlikte, test edilen her üç doğal pomza vetüm partikül fraksiyonları için, bakır kaplanmış pomzaların ve peroksitin birlikte dozlanmasıyla,siyanür giderim hızı ve nihai giderim miktarı önemli ölçüde artmıştır. Benzer yüzey kimyalarına sahiptek bir pomza türünün farklı partikül fraksiyonlarında, bakır kaplanmış spesifik yüzey alanı siyanürgiderim hızı ve nihai miktarını etkileyen ana faktör olsa da, farklı pomza türleri için yüzey kimyasınında (spesifik fonksiyonel grup gibi) çok önemli bir faktör olduğu bulunmuştur. Alkali durumlarda dahafazla peroksit tüketimi ve daha negatif yüklü pomza yüzeylerinin oluşması sebebiyle pH 8 ilekarşılaştırıldığında, pH 11'de daha düşük hızda ve miktarda siyanür giderimi gözlenmiştir. Genelolarak, başlangıç siyanür giderim hızı ve nihai giderim miktarının 20 ºC sıcaklıkta, 10 ºC'ye göre dahafazla olduğu bulunmuştur. Hafif, ucuz, kolaylıkla bulunabilen, doğal ve gözenekli destekmalzemelerin (örneğin pomzaların) bakırla kaplanarak tam karışımlı/askıda veya sabit-yatak reaktörkonfigürasyonlarında uygulanması, solüsyonlardan siyanür uzaklaştırma için etkili bir arıtmateknolojisi olabilir. Bu yeni yaklaşımla, uygulanmakta olan konvansiyonel siyanür oksidasyonuteknolojilerindeki metal uzaklaştırma ile ilgili problemler en aza indirilebilir.Anahtar Kelimeler: Altın madenciliği, bakır, CNWAD (zayıf asitte çözünebilir siyanür), hidrojenperoksit, katalizör, maden çamur atıkları, malzeme kaplanması, oksidasyon, pomza, siyanür.

Abstract:
ivABSTRACTThe main objective of the first phase of this thesis was to determine the effectiveness of hydrogenperoxide in destroying cyanide in the tailings slurry from a gold mine with low sulphide and heavymetals content. No laboratory- or full-scale work was found in the literature that focused on cyanideremoval with peroxide in solutions or tailings slurries generated from ores with such characteristics.The impacts of catalyst (Cu) and hydrogen peroxide concentrations, temperature and pH on the extentand rate of weak acid dissociable (WAD) cyanide destruction were investigated. Experiments wereconducted using the variable-dose completely mixed batch reactor bottle-point method. Both the rateand extent of CNWAD destruction generally increased with increasing peroxide doses for either absenceor presence of Cu catalyst. Catalyst addition was very effective in terms of not only enhancing thecyanide destruction rate but also significantly reducing the required peroxide dosages to achieveCNWAD concentrations of about 1 mg/L, independent of the temperatures tested (10, 20 and 30 oC).The initial cyanide destruction rates increased between 1.2 and 3 folds with the addition of 30 mg/L ofCu. Kinetic experiments showed that in most cases little CNWAD destruction occurred after a reactiontime of 2-4 hours. The impact of slurry pH on cyanide destruction varied depending upon the dosagesof Cu catalyst. Relatively lower peroxide dose/CNWAD ratios required to achieve less than 1 mg/L ofCNWAD may be due to lower heavy metals and sulphide content of the ore, resulting in lower peroxiderequirement for metal bound cyanides. Therefore, cyanide destruction with peroxide may beadvantageous and feasible in treatment applications of tailing slurries generated from ores with lowsulphide and heavy metals content. During cyanide destruction, nitrate was initially formed as a by-product and then possibly converted to other some volatile nitrogen-containing species, as supportedby the mass balance calculations.The main objective of the second phase was to investigate the oxidative destruction of free cyanidewith hydrogen peroxide and copper-impregnated pumice as the heterogeneous catalyst. The use ofpumice for such purpose has not been investigated in the available literature. The impacts of pumicetype and particle size, peroxide and pumice doses, pH, and temperature on the extent and rate ofcyanide destruction were studied. Furthermore, in addition to the tests for heterogeneous catalyticsurface oxidation, cyanide removals only with adsorption by original or copper-impregnated pumices(i.e., no peroxide addition) were also investigated. Original or copper-impregnated pumices addedalone were not effective adsorbents of negatively charged cyanide ions due to incompatible surfaceinteractions. Peroxide and original pumices added together were also ineffective in removing cyanide.However, for all of the three natural pumices tested with various particle size fractions, the use ofcopper-impregnated pumices and peroxide together significantly enhanced both the initial rate andextent of cyanide removal. Although copper-impregnated specific surface area was the major factoraffecting the rate and extent of cyanide destruction for a particular pumice source with similar surfacechemistries, the type of surface chemistry (i.e., specific functional groups) within different pumicesources also appears to be a very important factor. Lower rates and extents of cyanide removals wereobserved at pH of 11 compared to pH of 8 probably because of the negative impacts of alkalineconditions in terms of scavenging peroxide and forming more negatively charged pumice surfaces.Both the initial rate and ultimate extent of cyanide removals were generally higher at a temperature of20 oC compared with those found at 10 oC. The use of light, cheap, readily available, natural, andporous heterogeneous supports (i.e., pumice) impregnated with copper either in completelymixed/suspended or fixed-bed reactor configurations may be an effective treatment technology forcyanide removal in solutions. This new approach may minimize downstream metal removal problemsexperienced in conventional cyanide oxidation technologies.Key Words: Catalyst, CNWAD (weak acid dissociable cyanide), copper, cyanide, gold mining,hydrogen peroxide, impregnation, oxidation, pumice, tailing slurry.