بخشی از مقاله
چکیده:
دراین تحقیق، فرآیند اکسیداسیون با استفاده از هیدروژن پراکسید در حضور کاتالیست مس به منظور حذف سیانید موجود در باطله معدن بررسی شده است. پارامترهای دما، pH و هیدروژن پراکسید بررسی گردید. نتایج مطالعه نشان می دهد که در pH=9/8 سیانیدبا راندمان 99/95 از فاز محلول حذف گردیده است.
افزایش دما باعث افزایش نرخ اکسیداسیون سیانید می گردد که بعلت افزایش مقدار سیانید آزاد در دمای 25 درجه برای اکسیداسیون می باشد. همچنین با افزایش دما مقداری از سیانید ازاد می تواند به صورت HCN - g - بخار شود که البته مقدار آن کم می باشد. باافزایش مقدار هیدروژن پراکسید از 0/04 به 1/09 گرم برلیتر راندمان حذف از 27/5 درصدبه 99 درصد می رسد. حضور کاتالیست باعث افزایش نرخ اکسیداسیون می گردد. مقدارسیانید با استفاده از این روش به کمتر از حد استاندارد ان 0/2 - میلی گرم برلیتر - می رسد.
مقدمه
سیانید ترکیبی از یک اتم کربن و یک اتم نیتروژن که با پیوند سه گانه به یکدیگر متصل شده اند. نوع پیوند موجود در بنیان سیانید تاحدودی توجیه کننده رفتار پیچیده این ترکیب است
یون سیانور بعنوان یک عامل کمپلکس ساز شناخته شده است. سیانید ها در تمام اشکال خود، مانند سیانید آزاد، نمکهای سیانید و یا کمپلکس های فلزی سیانید سمی هستند اما بطور بالقوه سیانید آزاد خطرناکترین شکل آن است.
سیانید یک آلاینده شناسایی شده است که در فاضلاب های صنعتی معادن، صنعت پلاستیک، فرآوری فلز، آبکاری، کوره های کک سازی، صنعت خودرو، تولید مواد شیمیایی، صنعت داروسازی، رنگ و صنعت نساجی، صنعت عکاسی و غیره است.
سالانه حدود 3 میلیون تن هیدروژن سیانید درجهان تولید می شود. استفاده از معرف سیانید و به اصطلاح فرآیند سیانوراسیون تنها روش اقتصادی قابل دوام برای استخراج طلا از سنگ معدن است با این وجود، موفقیت این فرآیند تحت تاثیر اثرات آلودگی محیطزیست توسط سیانید است.
با توجه به نوع و غلظت سیانید در محیط، روشهای مختلفی جهت حذف و خنثی سازی سیانید وجود دارد که از جمله آنها می توان به روش های فیزیکی، تخریب طبیعی، تجزیه بیولوژیکی، جذب ، رزین های تبادل، اکسیداسیون UV، تخریب حرارتی، جذب بوسیله کربن فعال و روشهای شیمیایی شامل هیپوکلریت سدیم و کلیسم، گاز ازون، سولفور دی اکسید،کارو اسید و هیدروژن پراکسید اشاره کرد.[7-5]حذف سیانید با هیدروژن پروکسید از سال 1980 میلادی توسط شرکت دگاسا در معدن طلا در گینه نو انجام شد. اکسیداسیون سیانید آزاد توسط هیدروژن پراکسید شامل اکسید سیانید به سیانات - CNO- - است که سمیت کمتری دارد
این واکنش بهویژه جالب است، چون هیچگونه محصول خطرناک میانی تولید نمیکند. با اینوجود شکل اصلی این واکنش بسیار کند است. حذف سیانید با استفاده از هیدروژن پراکسید با استفاده از کاتالیزور مورد مطالعه قرارگرفته است. مس، وانادیوم، تنگستن و یا نقره میتواند بهعنوان کاتالیزور برای این فرایند، در غلظت 50-5 میلیگرم بر لیتر استفاده شد. مزایای استفاده از این فرآیند شامل این حقیقت است که هیچ ضرری برای محیطزیست توسط محصولات وجود ندارد، به این معنی که نمکهای تولیدشده قابلحل هستند و بنابراین نمیتوانند در محیط ظهور کنند و بهعنوان مشکل آلودگی باقی بمانند
بخش تجربی
مواد لازم و آماده سازی
دراین مطالعه از هیدروژن پراکسید با خلوص %30 و پودر سولفات مس 5 آبه ساخت شرکت مرک که در بطری های سیاه رنگ قرار دارد استفاده شد. مقدار سیانید توسط اسپکتوفتومتر - Unic-2300 - تعیین می شود. نمونه گیری از قسمت خروجی باطله و از محلول سود 1 مولار و هیدرو کلرید 1 مولار برای تنظیم pH استفاده شد.
روش انجام آزمایش
پارامترهای مورد بررسی در این مرحله شامل دما، غلطت هیدروژن پراکسید و pH است. مقدار سیانید اولیه در محلول بدست آمده 40 میلی گرم بر لیتر سیانید است. با توجه به مطالعات انجام شده برای حذف سیانید توسط هیدروژن پراکسید نیاز به یک کاتالیزور برای سرعت بخشیدن به سینتیک واکنش است. مس یکی از این کاتالیزور هایی است که بعلت در دسترس بودن و ارزان بودن بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. مقدار استفاده از کاتالیزور مس در منابع مختلف بین 50-5 میلی گرم بر لیتر ذکر شده که در این مطالعه و در تمام تست های انجام گرفته مقدار ثابت 30 میلی گرم بر لیتر سولفات مس 5 آبه استفاده شد. در تمامی آزمایشات 100 میلیلیتر از محلول در دمای اتاق به داخل بشر افزوده شد؛ و با توجه به نوع آزمایش انجام شده، مقدار سیانید باقیمانده در محلول توسط اسپکتوفتومتر اندازه گیری شد.
نتایج و بحث
تاثیر غلظت هیدروژن پراکسید بر حذف سیانید
آزمایشات مرحله اول در 8 غلظت متفاوت /04، 0/11، 0/17، 0/22، 0/43، 0/65، 0/87، 1/09 گرم بر لیتر از هیدروژن پراکسید همراه با 30 میلی گرم برلیتر کاتالیزور مس - Cu25 - H2O - - و در دمای 20 c محیط و با همان pH=9 خروجی از باطله انجام شد که نتایج ان ها بصورت نمودار - 1 - می باشد.
نمودار : - 1 - حذف سیانید با غلظت های متفاوت هیدروژن پراکسید در pH=9
تاثیر pH بر میزان حذف سیانید
از انجا که pH تاثیر بسزایی در میزان حذف سیانید دارد، بایدپارامتر pH بهینه و تاثیر آن درحذف سیانید تعیین شود. پس از آنکه غلظتهای مختلف آزمایش شد در غلظت های 0/22، 0/43، 0/65 گرم برلیتر با تغییر pH=8-13 در همان دمای محیط و در زمان 30 دقیقه توسط همزن، میزان حذف سیانید بررسی شد.
همانطور که ملاحظه گردید در pH=9/8 بیشترین مقدارحذف سیانید در هر سه غلطت وجود دارد. با توجه به درصد حذف سیانید می توان تاثیر pH را دید. در نمودار زیر حذف سیانید در غلظت های مختلف هیدروژن پراکسید باهم مقایسه شده است.
نمودار . - 2 - مقایسه میزان حدف سیانید با غلظت های مختلف هیدروژن پراکسید در pH=8-13 در دمای 20 درجه سانتی گراد
باتوجه به نتایج به دست آمده میتوان مشاهده کرد که در تمامی غلطتهای هیدروژن پراکسید، pH=9/8 میتواند به عنوان pH بهینه درنظرگرفته شود چون بهترین راندمان را داشته و میزان حذف آن بیشترین مقدار بوده است. لازم به ذکراست که میزان سیانیدهای آزاد HCN و CN- در pH=9/3 برابر خواهد بود و هرچه از این مقدار به سمت pH اسیدی برویم مقدار HCN بیشتر میشود و مقدار حذفی هم که مشاهده می شود به همین علت است. لازم به ذکر است که با توجه به این مطالب آزمایشات در pH های کمتراز 8 انجام نگرفته است و هرچه pH قلیایی تر می-شود مقدارحذف CN- کاهش مییابد . همچنین مشاهده میشود که افزایش غلظت باعث حذف بیشتر سیانید می شود و در اینجا همراه با کاتالیزگر در زمان ثابتی انجام گردیده است.
تاثیردما بر میزان حذف سیانید
در مرحله قبل غلطتهای مناسب برای حذف مشاهده گردید و دریافت گردید با افزایش غلظت میزان حذف افزایش می یابد و در غلطت 1/09 گرم بر لیتر بیشترین حذف را داشته است. در این مرحله آزمایشات بر پایه تاثیر دما بر میزان حذف در غلطت های مختلف مورد بررسی قرار میگیرد. با توجه به اینکه در مرحله قبل و براساس انجام آزمایشات pH بهینه بدست آمده که در این مرحله و در تمام آزمایشات pH بهینه استفاده میشود. غلظت های 0/22، 0/43، 0/65 گرم برلیتر هیدروژن پراکسید در دماهای 30،25،20 و 38 درجه سانتی گراد و در pH=9/5 بهینه توسط همزن مغناطیسی 30 دقیقه همراه با 30 میلی گرم برلیترکاتالیزگر مس مخلوط شد.
نمودار . - 3 - مقایسه حدف سیانید در pH=9/8 در دماهای 25،30،38؛20 درجه سانتی گراد
بررسی افزایش دما در نرخ حذف سیانید در اینجا انجام گردید. تغییرات دما وافزایش غلظت نشان میدهد که سرعت واکنش با افزایش دما بالا رفته و مقدارحذف سیانید نیز افزایش می یابد. در دماهای 20،25،30،38 درجه سانتی گراد با غلظت های 0/65، 0/22 ./34 گرم برلیتر هیدروژن پراکسید مشاهده می شود که حذف در دماها و غلظتهای مختلف صورت می گیرد اما زمان رسیدن به حداکثر حذف سیانید در چهار دمای فوق با هم متفاوت است. بیشترین نسبت حذف در غلظت 0/65 گرم بر لیتر انجام گرفته است و ماکزیمم حذف در همه غلظتها در دمای 38 درجه میباشد.
