氰化物概论.docx

1、氰化物概论 氰化物概论 氰化物是黄金工业的重要浸金溶剂，大部分黄金生产企业采用氰化法，而氰化物又是一种即有剧毒又容易降解的特殊化学产品。因此，了解氰化物和治理含氰废水的有关知识十分重要。笔者在十几年的科研和生产实践中，积累了一些关于氰化物性质以及治理含氰废水方面的知识，从1991年开始写作氰化物污染及其治理技术一书，经过了9年的修改和补充，力争及时准确地反映国际上氰化物治理技术的发展，如果能为广大黄金工业的同事在专业工作中起到参考作用，对黄金工业的环境保护工作起到积极作用，笔者将不胜荣幸。 在本书的写作过程中，得到了许多同行的帮助。其中有吉林省石油化工研究院信息中心副主任张弘高级工程师、长春黄

2、金研究院徐克贤高级工程师、刘晓红工程师、吕春玲工程师等，在此一并表示衷心感谢！1 1 氰化物氰化物是指化合物分子中含有氰基-CN的物质，根据与氰基连接的元素或基团是有机物还是无机物可把氰化物分成两大类，即有机氰化物和无机氰化物前者称为腈，后者常简称为氰化物，无机氰化物应用广泛、品种较多，在本书中，按其组成、性质又把它分为两种，即简单氰化物和络合氰化物。 易溶的:HCN、NaCN、KCN、NH4CN、Ca(CN)2 简单氰化物 难溶的:Zn(CN)2、Cd(CN)2、CuCN、Hg(CH)2 稳定性差的:Zn(CN)42-、Cd(CN)42-、Pb(CN)42- 无机氰化物 氰化物 稳定性强的:

3、Cd(CN)42-、Ni(CN)42-、Ag(CN)-氰化物 Au(CN)2-、Fe(CN)64-、Co(CN)64- Fe(CN)63- 有机氰化物:乙二腈、丙烯腈等黄金行业所涉及到的各种氰化物均属无机氰化物，因此重点介绍常见的各种无机氰化物；除了上述氰化物外，黄金行业还涉及到氰的衍生物，如氰酸盐，硫酸盐，氯化氰等。由于其重要性以及与氰化物的极密切关系，在此也加以介绍。 氯化氰:CNCl 氰化物衍生物 氰酸及其盐:HCNO,NaCNO,KCNO 硫氰酸及其盐:HSCN,NaSCN,KSCN,NH4SCN 氰化物及其衍生物概述 氰化物，顾名思义，就是氰(CN)2的化合物。氰具有与卤族元素相似的

4、一些化学性质，故也被称做类卤素。尽管在工业上并不是采用氰做为最基本的反应原料制备氰化物、氰酸盐和硫氰酸盐，为使读者对氰化物及其衍生物的形成有一定的理论认识，我们可从这一个角度对这些化合物进行介绍。 氯的还原态是氯离子Cl-，氰的还原态是氰离子CN-。 Cl2+2e2Cl- (CN)2+2e2CN- 氯的氧化态之一就是次氯酸根离子ClO-，而氰的氧化态是氰酸根离子CNO-，也可写做OCN-。 Cl2+2OH-2e2ClO-+2H+ (CN)2+2OH-2e2CNO-+2H+ 如果把氰与硫加热，使之反应，则生成硫化氰(CNS)2。 熔融 (CN)2+2S(CNS)2硫化氰的还原态就是硫氰酸根离子S

5、CN-或写成CNS-。(CNS)2+2e2SCN- 另外，卤素也能氧化氰及简单氰化物，生成卤化氰，以氯为例： (CN)2+Cl22CNCl CN-+ClCNCl+Cl- 氰通过化学反应转变为氰离子、氰酸根离子、硫氰酸根离子，这些阴离子与碱金属、碱土金属、重金属阳离子反应，产生了形形色色的氰化物、氰酸盐、硫氰酸盐。111 简单氰化物的形成简单氰化物的包括氢氰酸、碱金属、碱土金属和铵的氰化物。例如氰化钾、氰化钠、氰化钙、氰化铵均属简单氰化物。氢化氰可以看成是氰与氢反应的产物，这和氯与氢的反应类似。 Cl2+H2=2HCl（CN）2+H2=2HCl氯化氢溶于水就是盐酸，也称氢氯酸；氰化氢溶于水就是氰

6、氢酸。氢氰酸与相应的碱反应就生成氰化钾、氰化钠、氰化铵、氰化钙。HCN+KOH=KCN+H2OHCN+NaOH=NaCN+H20HCN+NH4OH=NH4CN+H2OHCN+Ca(OH)2=Ca(CN)2+2H2O这些氰化物只所以被称做简单氰化物,除了分子结构简单外,主要是在水溶液中存在形式简单.在水溶液中,它们完全解离并且仅以HCN、CN-两种形式存在。HCN与CN-的比例取决于水溶液的pH值。112 重金属、贵金属氰化物及氰络合物的形成氰离子与过渡元素的离子反应,或在有氧化剂存在的条件下与过渡元素反应,生成重金属氰化物,除汞的氰化物外, 其它重金属氰化物均不溶于水。其它重金属氰络物均不溶于

7、水。以氰化亚铜的生成为例：Cu+CN-=CuCN当氰离子的量足够时,则形成重金属氰合络物,简称氰络物。CuCN+CN-=Cu（CN）2- 或Cu（CN）2-+CN-=Cu（CN）32- 或Cu（CN）32-+CN-=Cu（CN）43-在黄金氰化厂，用氰化物水溶液浸渍含金银矿石，在氧的作用下，发生反应生成金和银的氰络物，使贵金属转入浸出液中。Au+0.5O2+2CN-+H2O=Au(CN)2-+2OH- Ag+0.5O2+2CN-+H2O=Ag(CN)2-+2OH- 重金属氰化物在水中的解离程度非常小(除汞外)，但也有很大差别，其解离程度由重金属的种类决定。其解离量或者说在水中的平衡浓度可由该物

8、质的溶度积及氢氰酸的电离常数来计算, 其解离过程如下: Me(CN)n+nH+nHCN+Men+ 其中:Me代表重金属离子,n为重金属的化合价价数。 值得一提的是，所谓的重金属(除汞外) 氰化物难溶于水或不溶于水均是与可溶性化合物相比而言的。以氰化锌为例,在水中离解出的CN浓度远大于0.5mg/L。重金属氰络物或者说重金属与氰化物形成的络离子与碱金属离子、碱土金属离子以及重金属离子反应生成氰络物复盐。3Fe(CN)64-+4Fe3+=Fe4Fe(CN)63 Fe(CN)64-+3K+=K3Fe(CN)6Au(CN)2-+Na+=NaAu(CN)2 Cu(CN)32-+2Na+=Na2Cu(CN

9、)3碱金属的氰络物复盐溶于水，重金属的氰络物复盐不溶于水,但溶于碱溶液。金、银、铜、锌、铅、汞的氰化物以及其复盐广泛地应用于冶金、电镀、化工、电子等行业，故这些氰络物常见于含氰废水中。常见的重、贵金属氰络及其复盐的性质见表1-1。1.1.3 氰化物衍生物的形成 在氰、氯化氰、氰酸盐、硫氰酸盐中,氰基团的化合物均不是-1价，而是0价和+1价。说明氰离子已失去了电子,故也可把它们叫做氰化物的氧化物。其中氰酸盐, 硫氰酸盐广泛地应用于农业生产和科学实验领域。 常见的氰酸盐是氰酸钾、氰酸钠、氰酸铵,常见的硫氰酸盐是硫氰酸钾,硫氰酸钠,硫氰酸铵。 在金的浸出过程中,氰化物与硫铁矿作用产生了硫氰酸盐。1.

10、2 简单氰化物 前面已经介绍,氢氰酸(氰化氢)及其碱金属、碱土金属、铵的盐类均属简单氰化物,它们在水溶液中仅以HCN,CN-两种形式存在。当水溶液的pH值大于是12时,氰化物基本上以CN-形式存在;当水溶液pH值小于8时,基本上以HCN形式存在;当水溶液pH值在812时,HCN与CN按一定比例存在,其比值由PH值决定，可通过HCN的电离平衡常数计算出来,25时HCN的电离平衡常数Ka=6.210-10,电离式如下: HCNCN-+H+ 氰化物在水溶液中存在形式与溶液pH值关系见表1-2。由表1-2可知，简单氰化物的通性就是CN-和HCN的性质。表1-1 常见重、贵金属氰络及其复盐的性质中心离子

11、金属氰化物金属氰络物及其稳定常数金属络合物复盐K+或Na+盐分子式溶度积络合物离子式Log1Log2Log3Log4Log5Log6Au+AuCNAu(CN)2-38.3KAu(CN)2Au3+-Au(CN)4-56KAu（CN）4Ag+AgCN1.410-16Ag(CN)2-21.1Kag（CN）2Cu+CuCN3.210-20Cu(CN)43-2.428.630.3KCu(CN)2Pb2+Pb（CN）2Pb（CN）43-10.3K2Pb（CN）4Ni2+Ni（CN）2310-23Ni（CN）42-303K2Ni（CN）4Zn2+Zn（CN）22.610-13Zn(CN)42-11.016.

12、019.6K2Zn（CN）4Fe2+Fe(CN)2Fe(CN)64-36.9K4Fe（CN）6Fe3+Fe（CN）63-439K3Fe（CN）6Co2+Co（CN）64+191K4Co（CN）6Co3+Co（CN）63+177K3Co（CN）6Hg2+Hg（CN）42-18347385415K2Hg（CN）4表1-2 简单氰化物在水溶液中存在pH值关系141312111098765 HCNHCN+CN-0001600160161614629499100100HCN/CN-1.610-51.610-451.610-31.610-20.161.616.11611613161301.2. 氰离子的性

13、质一 氰离子与酸的反应1） 稀酸 稀硫酸、稀盐酸、醋酸和碳酸在冷时均能分解所有简单氰化物，产生氢氰酸。CN-+H+=HCN由于氢氰酸易挥发，加酸后就有氰化氢气体从溶液中逸出。2） 浓硫酸 在加热时，浓硫酸可分解所有氰化物，生成一氧化碳和铵盐。2CN-+3H2SO4+2H2O=3SO42-+2NH4+2CO二 氰离子与氧化剂的反应1）卤素 卤素中氯、溴、碘均能与氰化物反应。以氯为例, 反应分为两阶段。 第一阶段:CN-+Cl2+2OH-CNO-+2Cl-+H2O 第二阶段:2CN-+3Cl2+6OH-2CO2+N2+6Cl-+2H2O+2H+2) 过氧化物 过氧化氢氧化氰化物生成氰酸盐,在加热时

14、水解出氨和碳酸盐；加热时有氨气放出。CN-+H2O2=CNO-+H2OCNO-+2H2O=HCO3-+NH33) 臭氧 臭氧具有较强的氧化能力,可氧化氰化物,其产物是无毒的碳酸盐和氮气,当臭氧不足时,生成碳酸盐和氨或生成脲素。反应也分两个阶段进行。第一阶段：CN-+O3=CNO-第二阶段：CNO-+3O3+H2O=2HCO3-+N2+3O2臭氧不足时：CNO-+NH3+H+=（NH2）2CO4）亚硫酸盐 在一定的pH值条件下,当有催化剂时,能在溶液中释放出SO32-或SO2的药剂,如亚硫酸钠等与氧协同作用,能把氰化物氧化成氰酸盐。CN-+SO2+H2O=CNO-+H2SO45）多硫化物 氰化物

15、与多硫化物反应，生成硫氰酸盐。 CN-+Sx2-=SCN-+Sx-12-6）氧气 碱金属和碱土金属的氰化物在不与空气接触的条件下加热熔融时并不分解，但在空气中加热时，则它们依靠亲合力而吸收空气中的氧，并发生反应生成氰酸盐。 2KCN+O2=2KCNO氰化物的水溶液与水中的溶解氧反应,也能生氰酸盐,进而水解成NH4+和CO32-。2CN-+O2=2CNO-CNO-+2H2O=CO32-+NH4+这一反应在纯氰化物水溶液中并不明显,在天然水体中反应速度较快,可能是水中微生物在起作用。7）高锰酸钾 高锰酸钾不能氧化氰化物,故氰化物溶液不能使高锰酸盐腿色,利用这一性质,当分析氰化物时,用高锰酸钾溶液氧

16、化水样中干扰测定的亚硫酸盐等还原性物质如亚硫酸盐。8）氧化铅 氧化铅能把水溶液中的氰化物氧化为氰酸盐。三 氰离子与重金属及其化合物的反应1）硝酸银 硝酸银与氰化物溶液反应生成白色凝乳状氰化银沉淀。Ag+CN-=AgCN氰化银不溶于稀硝酸,但加热时溶于浓硝酸,易溶于氨水、硫代硫酸钠及碱金属氰化物溶液中,这是因为形成络合物之故。在这些络合物溶液中，如果加入酸显酸性反应时，络合物立即分解，且从氨络合物和氰络物中重新析出氰化银，但Ag（S2O3）34-分解时生成Ag2S。氰化银与浓盐酸在加热时生成AgCl,并放出HCN,这与卤化银不同。灼烧氰化银时,产生（CN）2,金属银和棕色的氰尚再加热,最后得到纯

17、粹的金属银。 灼烧2AgCN2Ag+(CN)2金、银均能溶于氰化物溶液中，也具有类似的性质。2）铜盐硫酸铜、氧化亚铜、氧化铜、氢氧化铜及碱式碳酸铜均能于氰化物溶液反应,当氰化物足够时,生成氰络物。3） 锌盐硫酸锌等锌盐均能与氰化物溶液反应,视氰化物是否足量生成氰络物或氰化锌。Zn2+4CN-=Zn（CN）42-ZnS+4CN-=Zn（CN）42-+S2-Zn2+2CN-=Zn（CN）24） 氢氧化亚铁氢氧化亚铁或二价铁盐与氰化物水溶液反应生成亚铁氰化物。Fe（OH）2+2CN-=Fe（CN）2+2OH-Fe（OH）2+6CN-=Fe（CN）64-+2OH-Fe2+6CN-=Fe（CN）64-如

18、氰化物不足或加入三价铁盐均能生成普鲁氏兰沉淀物。Fe3+3Fe（CN）64-=Fe4Fe（CN）63由于亚铁盐水溶液能被空气中氧氧化成三价铁盐，故氰化物不足时也会生成普鲁氏兰。Fe2+O2+2H+=2Fe3+H2O5） 氢氧化铁及铁盐铁盐与碱金属氰化物溶液生成氢氧化铁沉淀。Fe3+3CN-+3H2O=Fe（OH）3+3HCN此沉淀与过量的碱金属氰化物形成铁氰络合物。Fe（OH）3+6CN-=Fe（CN）63-+3OH-6)汞与汞盐汞与汞盐汞盐与氰化物反应生成氰化汞Hg(CN)2,它是唯一能溶于水的重金属氰化物。Hg2+2CN-=Hg（CN）2氰化物过量时, 氰化汞又生成了氰络物。Hg（CN）2

19、+2CN-=Hg（CN）42-氧化汞与氰化物的反应如下：HgO+4CN-+H2O=Hg（CN）42-+2OH-汞在氰化物溶液中也能缓慢溶解,这是空气中氧的作用所致。 2Hg+8CN-+2H2O+O22Hg(CN)42-+4OH-7）氯化金（）离子 金()离子与氰化物反应生成无色的络合物： AuCl3+4CN-Au(CN)4-+3Cl-8）醋酸铅醋酸铅溶液遇氰化物即生成白色氰化铅沉淀。Pb（AC）2+2CN-=Pb（CN）2+2（AC）-9）镉盐镉盐与浓的氰化物溶液生成白色氰化镉沉淀，该化合物溶解度较大。Cd2+2CN-=Cd（CN）210）镍盐镍盐与氰化物溶液反应生成氰化镍,过量的氰化物将溶解

20、氰化镍形成镍氰络合物。Ni2+2CN-=Ni（CN）2Ni（CN）2+2CN-=Ni（CN）42-冷的稀酸不溶解氰化镍， 有加热时才能使之分解成硫酸镍和氰化氢。Ni（CN）2+H2SO4 = NiSO4+2HCN 加热冷的浓硫酸也不能分解氰化镍，加热时生成CO2和氨。四 氰离子与指示剂的反应1）醋酸联苯胺和铜盐的混合液 醋酸联苯胺和铜盐的混合液与氰化物溶液相遇后, 产生新生态氧,新生态氧将联苯胺氧化至蓝色醌式化合物。 硫氰酸盐也会与上述试剂发生同样的反应,故在试样中有硫氰酸盐存在时,应先通过酸化蒸馏把硫氰酸盐与氰化物分离,然后再测氰化物的存在。2）蓝色碘化淀粉溶液 蓝色碘化淀粉溶液遇微量的碱金

21、属氰化物溶液和少量的硫酸即行退色。五 氰化物的水解 氰化物的水溶液在放置时,逐渐分解生成甲酸盐及氨。这一反应十分重要,一些工厂就是利用这一反应处理含氰化物废水的。 CN-+2H2OHCOO-+NH31.2.2 氰化氢与氢氰酸氰化氢在工业上又叫氰酸气,英文名称Hydrogen cyanide。分子式HCN，分子量27.03。氰化氢的水溶液氢氰酸。英文名称Hydrocyanic acid或Prussic acid。正如氯化氢的水溶液称盐酸、化学式仍是HCl一样，氰化氢的分子式也写做HCN。而且人们常常把氰化氢特别是液体氰化氢与氢氰酸混为一谈。一氰化氢 氰化氢为无色、有特殊苦杏仁臭味的剧毒气体或液体

22、，熔点为-14.8，沸点26.5，18比重0.691，氰化氢能与乙醇、乙醚、甘油、氨、苯、氯仿及水互溶。氰化氢为可燃易爆物，燃点537，燃烧时发出红蓝色火焰，在空气中爆炸极限下限6%，上限41%。纯净的无水氰化氢具有一定的稳定性，但混有杂质和水时就不稳定。在静止下特别是受到光照时能分解成低毒的氨、甲酸、草酸及褐色的水不溶物，保存液态氰化氢时必须加入磷酸稳定剂以防止氰化氢强烈聚合。气态氰化氢一般不产生聚合，但有水份凝聚时，会有聚合反应发生，空气（氧气）并不能促进聚合反应。 3HCN=（HCN）3在大气中，夏季约10分钟，冬季约1小时，氰化物就会在紫外光作用下氧化成氰酸，进而分解成氨和二氧化碳。

23、紫外光HCN+0.5O2=HCNO氰化氢为剧毒化学品，其毒性比硫化氢H2S低。是全身性毒剂之一。氰化氢易挥发，能均匀、迅速地弥散到空气中，对人体危害极大，在空气中，氰化氢浓度超过100ppm时，暴露1小时就有生命危险，超过20ppm时，暴露数小时就产生中毒症状。空气中有氰化氢存在时，用联苯胺-醋酸铜试纸测定呈蓝色反应，用甲基橙-氯化汞（）试纸测定，由橙色变粉红色，用苦味酸-碳酸钠试纸测定由黄色变化为茶色。氰化氢的生产方法较多，在工业上多以甲烷、氨和空气为原料，用铂或铝、铑网催化剂在8001000条件下反应生产。2CH4+3O2+2NH3=2HCN+6H2O也可利用制造丙烯腈的副产品生产氰化氢。

24、氰化氢是生产氰化物的原料，也是很多使用氰化物工厂的副产品，此外，煤气、煤焦炉气体、高炉气体及高炉水洗液中也含有少量的氰化氢，它们是在干馏条件下碳和氨反应的产物。二氢氰酸氢氰酸是极弱的酸，比碳酸还弱。常用的氢氰酸一般含氰化氢在10%以上。18时电离常数Ka=1.310-9，25时，Ka=6.210-10，电离式如下：HCNH+CN-这表明氢氰酸与盐酸等强酸不同，它主要以分子形式存在，由于氰化氢的沸点与室温接近，所以氢氰酸是一种易挥发的酸，这也是氰化物在水体中自净的主要途径之一。氰氢酸不稳定，即使存放在冰箱中，也会分解。HCN+H2O=HCOONH4=NH3+HCOOH如果加入少量矿酸，可保持一段

25、时间，但仍有甲酸和氨生成。冷的浓盐酸可使氢氰酸转变为甲酰胺，但加热时则分解成CO和NH3。由于氰氢酸不稳定，在环境监测取样时，必须用固体氢氧化钠或氢氧化钾调节水样pH值大于12，才能保存24小时。氢氰酸也具有氰离子的一些性质，这是因为在水溶液中存在解离出CN-的化学平衡，当生成物的稳定性更强时，氢氰酸的解离就会不断进行下去，直到平衡。氢氰酸与金属氧化物如氧化铜、氧化银等作用发生中和反应生成性质稳定而含氰根的金属络合物。防毒面具内的活性炭就是用金属氧化物处理过的。氢氰酸与其中的金属氧化物反应而将氰离子吸附在活性炭表面上起到防护作用的。8HCN+6CuO=4CuCN+2Cu（CN）2+O2当然氢氰

26、酸与硫酸铜也能发生类似的反应。8HCN+6CuSO4+2H2O=4CuCN+2Cu（CN）2+6H2SO4+O2氢氰酸与NO2发生反应，被氧化成氰。2HCN+NO2=（CN）2+NO+H2O当然，能氧化CN-的氧化剂也可以氧化氢氰酸。氢氰酸与碱反应生成盐即氰化物，其水溶液沸腾时，部分氰化物水解而生成甲酸铵，在碱性条件下，氢氰酸与醛、酮化合生成氰醇。与丙酮作用生成丙酮氰醇，这是生产甲基丙烯酸甲酯的主要原料。在氰化亚铜存在下，氢氰酸与乙炔反应生成丙烯腈。1.2.3 氰熔体氰熔体为灰黑色片状、粉状或块状物，分子量150.56，英文名称Cyanidefusant，分子式Ca（CN）2NaCl。氰熔体系

27、多种固体熔融后得到的混合物，主要含氰化钙、氯化钠和氧化钙，其中氰化物易溶于水，纯净的氰化钙是白色结晶。由于在350以上就开始分解，它的熔点是用外推法研究出来的，在640左右。氰熔体中含氰化物以氰化钠计约40%，比重1.81.9。用水浸取氰熔体，可制得氰化钙溶液，与酸作用产生氰化氢，在空气中，氰熔体吸收CO2和水蒸汽，水解产生氰化氢，导致产品质量大幅度的下降。氰熔体为剧毒化学品，其制造方法如下：首先，以电石和氮气在电炉中反应生成氰氨化钙（石灰氮）。CaC2+N2=CaCN2+C然后用氰氨化钙与碳、食盐在电炉中熔融反应制取氰熔体。CaCN2+C+NaCl=Ca（CN）2NaCl氰熔体用于制造各种氰

28、化物。还用于钢铁表面的热处理，具有渗碳、渗氮的双重作用。可用作果树的杀虫剂和用于仓库的消毒。1.2.4氰化钠氰化钠俗称山奈或山奈钠，无水物为白色立方晶系结晶，比重1.596。其二水物NaCN2H2O为白色叶状结晶。含有一个或两个结晶水的氰化钠结晶体在34.7以上时失去结晶水，成为无水物。氰化钠溶于水、氨、乙醇和甲醇中，水溶液呈碱性，在水中的溶解度如下：晶,工业品为白色颗粒状或粉状，分子式NaCN,英文名称Cyanide或Cyanogran。熔点563.7 ，沸点1496。比温度t/ -4.0 10.0 20.4 29.5 35.0溶解度(%) 28.90 32.50 37.02 41.56 4

29、5.00氰化钠的制造方法主要有以下几种：1） 甲烷合成法利用甲烷、氨和空气进行催化反应制取氰化氢，然后用氢氧化钠吸收、浓缩、结晶、干燥、成型、色装得到成品。盛产天然气的国家大多以这种技术生产氰化钠。我国长春市第五化工厂就是采用这种方法。2） 轻油裂解法利用轻质柴油与氨混合，在电弧炉中进行裂解反应，以石油焦做载体，以氮气进行密闭防氧化。生成氰化氢后，用氢氧化钠吸收制造氰化钠。其反应如下：C6H14+6NH3=6HCN+13H2HCN+NaOH=NaCN+H2O3） 氨钠法以木炭、金属钠、液氨为原料，在反应锅中直接合成氰化钠。其反应式如下：2Na+2NH3=2NaNH2+H22NaNH2+C=NaCN2+2H2NaCN2+C=2NaCN木炭经过干燥后700时加入氰化钠反应器中，在搅拌条件下定量加入金属钠并通