Lixiviació de cianur de sodi a la mineria d'or

introducció

L'atractiu de l'or i el paper de la lixiviació del cianur

L'or ha captivat la humanitat durant mil·lennis, la seva brillantor i raresa el converteixen en un símbol de riquesa, poder i bellesa a través de les cultures. Des dels opulents artefactes d'or de l'antic Egipte fins a les reserves d'or actuals dels bancs centrals, la importància de l'or en l'economia i la cultura globals és innegable. Serveix com una reserva de valor, una cobertura contra les incerteses econòmiques i un component clau en les indústries de la joieria, l'electrònica i l'aeroespacial.

Al regne de mineria d'or, cianur la lixiviació ha sorgit com un mètode d'extracció dominant. Des de la seva adopció industrial a finals del segle XIX, la lixiviació de cianur ha revolucionat la indústria de la mineria de l'or, permetent l'extracció d'or de minerals de baixa qualitat que abans eren poc econòmics de processar. Aquest mètode aprofita les propietats químiques úniques del cianur per dissoldre l'or del mineral, formant complexos de cianur d'or solubles que es poden separar i refinar fàcilment.

La química darrere de la lixiviació de cianur

La reactivitat del cianur amb l'or

El procés de lixiviació de cianur depèn de la reactivitat química única entre els ions de cianur i l'or. Quan Cianur de sodi (NaCN) es dissol en aigua, es dissocia en ions sodi (Na⁺) i ions cianur (CN⁻). Aquests ions cianur són altament reactius amb l'or i, en presència d'oxigen, inicien una reacció química complexa.

L'equació química de la reacció entre l'or, Cianur de sodi, oxigen i aigua és el següent:

4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O → 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH

En aquesta reacció, els àtoms d'or del mineral reaccionen amb els ions de cianur per formar un complex soluble, dicianoaurat de sodi (Na[Au(CN)₂]). L'oxigen present a la solució actua com a agent oxidant, facilitant la reacció proporcionant els electrons necessaris per a la formació del complex or-cianur. Les molècules d'aigua també juguen un paper en la reacció, participant en la formació del complex i del subproducte, hidròxid de sodi (NaOH).

Aquesta reacció és un procés redox. L'or s'oxida des del seu estat elemental (Au⁰) a un estat d'oxidació +1 en el complex [Au(CN)₂]⁻, mentre que l'oxigen es redueix. La formació del complex or soluble - cianur és crucial, ja que permet que l'or, que inicialment estava en una forma sòlida i insoluble dins del mineral, es dissolgui a la solució. Aquest or dissolt es pot separar dels components restants del mineral mitjançant passos de processament posteriors, com ara l'adsorció sobre carbó actiu o la precipitació amb pols de zinc.

Per què el cianur? Les propietats úniques del cianur de sodi

El cianur de sodi té diverses propietats que el converteixen en el reactiu preferit per a la lixiviació d'or a la indústria minera:

1. Alta selectivitat per a l'or: Els ions de cianur tenen una capacitat notable de dissoldre selectivament l'or en presència de molts altres minerals que es troben habitualment en els minerals que contenen or. Aquesta selectivitat és crucial, ja que permet l'extracció d'or de minerals de baixa qualitat on l'or sovint s'intercala amb grans quantitats de minerals de ganga. Per exemple, en un mineral que conté quars, feldspat i altres minerals no valuosos, el cianur reaccionarà preferentment amb l'or, deixant la majoria dels minerals de ganga sense reaccionar i separar-se fàcilment de la solució que conté or.

2. Alta solubilitat en aigua: El cianur de sodi és altament soluble en aigua, la qual cosa és essencial per a la seva aplicació en processos de lixiviació. Una alta solubilitat garanteix que els ions de cianur es puguin dispersar ràpidament per tot el purí de mineral, maximitzant el contacte entre el cianur i les partícules d'or. Aquesta ràpida dispersió condueix a taxes de reacció més ràpides i taxes de recuperació d'or més altes. Per exemple, a temperatura ambient, una quantitat significativa de cianur de sodi es pot dissoldre en aigua, proporcionant una alta concentració d'ions reactius de cianur a la solució de lixiviació.

3. Cost relatiu - Eficàcia: En comparació amb alguns reactius alternatius que es podrien utilitzar per a l'extracció d'or, el cianur de sodi és relativament econòmic. Aquesta rendibilitat és un factor important en el seu ús generalitzat a la indústria de la mineria de l'or, especialment per a operacions a gran escala. Els miners poden obtenir cianur de sodi en grans quantitats a un preu raonable, cosa que ajuda a mantenir el cost global de l'extracció d'or dins d'un rang econòmicament viable.

4. Estabilitat en solucions alcalines: El cianur és estable en solucions alcalines, la qual cosa és un avantatge en el procés de lixiviació. En mantenir la solució de lixiviació a un pH elevat (generalment al voltant de 10 - 11), es pot minimitzar la descomposició del cianur en cianur d'hidrogen (HCN), un gas altament tòxic i volàtil. Aquesta estabilitat garanteix que el cianur es mantingui en la seva forma reactiva durant un període prolongat, permetent una dissolució eficient de l'or. Sovint s'afegeix calç a la solució de lixiviació per mantenir l'entorn alcalí i millorar l'estabilitat del cianur.

El procés pas a pas de lixiviació de cianur a les mines d'or

Pretractament: Trituració i Mòlta

Abans que comenci el procés de lixiviació del cianur, el mineral aurifèric passa per una etapa de pretractament crucial. El primer pas d'aquesta etapa és la trituració, que és essencial per reduir els trossos de mineral de gran mida en trossos més petits. Això s'aconsegueix normalment utilitzant una sèrie de trituradores, com ara trituradores de mandíbula, trituradores de con i trituradores giratoris. La trituradora de mandíbules, per exemple, té una estructura senzilla i una alta relació de trituració. Pot manejar minerals de gran mida i inicialment trencar-los en fragments més petits.

Després de la trituració, el mineral es sotmet a la mòlta. La mòlta es realitza per reduir encara més la mida de les partícules del mineral, normalment en un molí de boles o un molí de varetes. En un molí de boles, s'utilitzen boles d'acer per moldre el mineral. A mesura que el molí gira, les boles cauen en cascada, impactant i triturant les partícules de mineral. Aquest procés és crucial perquè augmenta la superfície del mineral. Una superfície més gran significa que hi ha més contacte entre les partícules que contenen or dins del mineral i la solució de cianur durant l'etapa de lixiviació.

Per exemple, si el mineral no es tritura i es tritura correctament, les partícules d'or poden quedar atrapades dins de grans trossos de mineral. Aleshores, la solució de cianur tindria dificultats per arribar a aquestes partícules d'or, la qual cosa comportaria una taxa d'extracció més baixa. En reduir el mineral a una pols fina mitjançant la mòlta, l'or es fa més accessible als ions de cianur, millorant l'eficiència del procés de lixiviació.

L'etapa de lixiviació: lixiviació agitada vs. lixiviació en pila

Un cop el mineral està preparat correctament, comença l'etapa de lixiviació, i hi ha dos mètodes principals: lixiviació agitada i lixiviació en pila.

Lixiviació agitada

En la lixiviació agitada, el mineral finament mòlt es barreja amb la solució de cianur en un dipòsit gran, sovint anomenat tanc de lixiviació o tanc agitador. Els agitadors mecànics, com ara els impulsors, s'utilitzen per agitar contínuament la mescla. Aquesta agitació constant serveix per a diversos propòsits importants. En primer lloc, assegura que la solució de cianur es distribueix uniformement per tot el purí de mineral. Aquesta distribució uniforme és crucial, ja que permet que totes les partícules que contenen or tinguin la mateixa possibilitat de reaccionar amb els ions de cianur. En segon lloc, l'agitació ajuda a mantenir les partícules de mineral en suspensió, evitant que s'assentin al fons del dipòsit. Això és important perquè si les partícules s'assenten, es pot inhibir la reacció entre l'or i el cianur.

Sovint es prefereix la lixiviació agitada per a minerals de grau superior o quan es requereix una taxa de recuperació elevada en un període relativament curt. També és adequat per a minerals que són més difícils de lixiviar, ja que l'agitació pot millorar el contacte entre el mineral i la solució de cianur. Tanmateix, la lixiviació agitada requereix més energia a causa del funcionament continu dels agitadors. També té un cost de capital relativament elevat, ja que requereix equips a gran escala i una quantitat important de solució de cianur.

Lixiviació en pila

La lixiviació en pila, d'altra banda, és un mètode més rendible, especialment per a minerals de baixa qualitat. En aquest procés, el mineral triturat s'amuntega en grans munts, normalment sobre un revestiment impermeable per evitar la fuita de la solució de cianur. A continuació, la solució de cianur es ruixa o es fa gotejar a la part superior del munt de mineral. A mesura que la solució filtra a través del munt, reacciona amb l'or del mineral, el dissol i forma un complex or-cianur. El lixiviat, que conté l'or dissolt, després drena al fons del munt i es recull en un estany o dipòsit per a un posterior processament.

La lixiviació en pila és una opció més adequada per a operacions a gran escala amb minerals de baixa qualitat, ja que requereix menys inversió de capital en equips en comparació amb la lixiviació agitada. També té menors requeriments energètics ja que no cal una agitació contínua. Tanmateix, la lixiviació en pila té un temps de lixiviació més llarg en comparació amb la lixiviació agitada i la taxa de recuperació pot ser lleugerament inferior. L'èxit de la lixiviació del munt també depèn de factors com la permeabilitat del munt de mineral. Si el munt no està construït correctament i les partícules de mineral estan massa compactades, és possible que la solució de cianur no pugui penetrar de manera uniforme, provocant una lixiviació desigual i una menor recuperació d'or.

Processament posterior a la lixiviació: recuperació d'or de la solució

Després que l'or s'hagi dissolt a la solució de cianur durant l'etapa de lixiviació, el següent pas és recuperar l'or d'aquesta solució. Hi ha diversos mètodes utilitzats habitualment per a aquest propòsit, dos dels més freqüents són l'adsorció de carbó actiu i la cimentació de pols de zinc.

Adsorció de carbó activat

El carbó actiu té una gran superfície i una gran afinitat pels complexos or-cianur. En el procés d'adsorció de carbó activat, també conegut com a procés de carboni a la polpa (CIP) o procés de carboni a la lixiviació (CIL), s'afegeix carbó activat al lixiviat. Els complexos d'or - cianur de la solució són atrets a la superfície del carbó actiu i s'hi adsorbeixen. Això forma un carboni "carregat" o "embarassat", que després es separa de la solució.

La separació del carbó carregat de la solució es pot aconseguir mitjançant cribratge o filtració. Un cop separat, l'or es recupera del carboni carregat. Això es fa normalment mitjançant un procés anomenat elució o desorció, on l'or s'elimina del carboni mitjançant una solució concentrada i calenta de cianur de sodi i hidròxid de sodi. La solució resultant, que és rica en or, es processa posteriorment mitjançant electròlisi per dipositar l'or sobre un càtode, donant lloc a la formació d'or pur.

Cimentació de pols de zinc

La cimentació de pols de zinc, també conegut com el procés Merrill - Crowe, és un altre mètode molt utilitzat per recuperar l'or del lixiviat. En aquest procés, s'afegeix pols de zinc a la solució que conté el complex or - cianur. El zinc és més reactiu que l'or i desplaça l'or del complex segons la següent reacció química:

2Na[Au(CN)₂] + Zn → Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au

A continuació, l'or es precipita fora de la solució com un sòlid, formant un precipitat d'or - zinc. A continuació, aquest precipitat es filtra i se separa de la solució. L'or es perfecciona encara més fonent el precipitat per eliminar el zinc i altres impureses, donant lloc a la producció d'or pur. La cimentació de pols de zinc és un procés relativament senzill i senzill, però requereix un control acurat del pH i la concentració de la solució de cianur per garantir una recuperació eficient de l'or.

Factors que afecten l'eficiència de la lixiviació del cianur

Característiques del mineral

La naturalesa del mineral aurifèric és un factor fonamental que influeix en l'eficiència de la lixiviació del cianur. Els diferents tipus de minerals, com els minerals d'or de sulfur i els minerals d'or oxidats, tenen característiques diferents que poden afectar significativament el procés de lixiviació.

Minerals d'or de sulfur: Els minerals de sulfur d'or sovint contenen quantitats importants de minerals de sulfur, com ara pirita (FeS₂), arsenopirita (FeAsS) i calcopirita (CuFeS₂). Aquests minerals de sulfur poden suposar diversos reptes durant la lixiviació de cianur. Per exemple, la pirita és un mineral de sulfur comú als minerals que contenen or. Quan la pirita està present al mineral, pot reaccionar amb la solució de cianur i l'oxigen de l'entorn de lixiviació. L'oxidació de la pirita en presència d'oxigen i cianur pot conduir a la formació de diversos subproductes, com ara àcid sulfúric (H₂SO₄) i complexos ferro-cianur. La formació d'àcid sulfúric pot reduir el pH de la solució de lixiviació, la qual cosa és perjudicial per a l'estabilitat del cianur. A més, la reacció de minerals de sulfur amb cianur pot consumir una gran quantitat de cianur, augmentant el cost del reactiu. Per exemple, en un mineral on el contingut de sulfur és alt, el consum de cianur pot ser diverses vegades més gran que el d'un mineral lliure de sulfur.

Minerals d'or oxidats: Els minerals d'or oxidats, d'altra banda, solen tenir un entorn de lixiviació més favorable en comparació amb els minerals de sulfur. Aquests minerals han patit processos de meteorització i oxidació, que ja han oxidat molts dels minerals de sulfur en formes d'òxid més estables. Com a resultat, es redueixen els problemes associats a les reaccions de sulfur - cianur. L'or dels minerals oxidats és sovint més accessible a la solució de cianur, ja que l'estructura del mineral és generalment més porosa i menys complexa. Per exemple, en un mineral d'or lateritic, que és un tipus de mineral oxidat, l'or es troba sovint en una forma més dispersa i menys encapsulada. Això permet que els ions de cianur arribin fàcilment a les partícules d'or, donant lloc a una major eficiència de lixiviació. Tanmateix, els minerals oxidats també poden contenir algunes impureses, com ara òxids i hidròxids de ferro, que poden adsorbir el complex or - cianur o interferir amb el procés de lixiviació fins a cert punt.

La mida de les partícules de l'or dins del mineral també juga un paper crucial. Les partícules d'or de gra fi tenen una relació superfície-àrea-volum més gran, el que significa que poden reaccionar més ràpidament amb la solució de cianur. En canvi, les partícules d'or de gra gruixut poden requerir un temps de lixiviació més llarg o condicions de lixiviació més agressives per aconseguir una alta taxa de recuperació. Per exemple, si les partícules d'or són molt gruixudes, és possible que la solució de cianur no pugui penetrar prou profundament a les partícules, deixant part de l'or sense reaccionar.

Concentració de cianur

La concentració de cianur de sodi a la solució de lixiviació és un paràmetre crític que afecta directament tant l'eficiència de l'extracció d'or com el cost global de l'operació.

Efecte sobre l'eficiència de lixiviació: A mesura que augmenta la concentració de cianur, la velocitat de la reacció entre l'or i el cianur augmenta inicialment. Això es deu al fet que una concentració més alta d'ions cianur proporciona més molècules de reactius disponibles per interaccionar amb les partícules d'or. Per exemple, en un experiment de laboratori, quan la concentració de cianur augmenta del 0.01% al 0.05%, la taxa de dissolució de l'or pot augmentar significativament, donant lloc a una major recuperació d'or en un període més curt. Tanmateix, aquesta relació no és lineal indefinidament. Una vegada que la concentració de cianur arriba a un cert nivell, els augments addicionals poden no donar lloc a un augment proporcional de la taxa de dissolució de l'or. De fet, quan la concentració de cianur és massa alta, pot provocar la hidròlisi del cianur. La hidròlisi del cianur es produeix quan el cianur reacciona amb l'aigua per formar cianur d'hidrogen (HCN) i ions hidròxid (OH⁻). La reacció és la següent: CN⁻+H₂O⇌HCN + OH⁻. El cianur d'hidrogen és un gas volàtil i altament tòxic. La formació d'HCN no només redueix el cianur disponible per a la reacció de lixiviació d'or, sinó que també suposa un greu perill per a la seguretat i el medi ambient.

Consideracions de costos: El cianur és un reactiu relativament car, especialment quan es consideren operacions mineres d'or a gran escala. L'ús d'una concentració de cianur més alta de la necessària pot augmentar significativament el cost de producció. Per exemple, en una operació de lixiviació a gran escala, si la concentració de cianur augmenta un 0.05% més que el nivell òptim, el cost anual del consum de cianur pot augmentar en una quantitat substancial, depenent del volum de la solució de lixiviació i de l'escala de l'operació. D'altra banda, l'ús d'una concentració de cianur massa baixa donarà lloc a una velocitat de lixiviació lenta, que pot requerir un temps de lixiviació més llarg o un volum més gran de la solució de lixiviació per aconseguir la recuperació d'or desitjada. Això també pot augmentar el cost global a causa dels temps de processament més llargs, un major consum d'energia i una productivitat potencialment menor.

En general, per a la majoria de les operacions d'extracció d'or, el rang de concentració de cianur adequat està entre el 0.03% i el 0.1%. Tanmateix, aquest rang pot variar en funció de factors com el tipus de mineral, la presència d'impureses i el mètode de lixiviació específic utilitzat. Per exemple, en un procés de lixiviació agitada per a un mineral d'or relativament pur, una concentració de cianur més baixa dins del rang, al voltant del 0.03% - 0.05%, pot ser suficient. En canvi, per a un mineral d'or complex amb sulfur en una operació de lixiviació en munt, es pot requerir una concentració de cianur lleugerament més alta, potser més propera al 0.08% - 0.1%, per compensar el consum de cianur dels minerals de sulfur.

Valor de pH de la solució

El valor del pH de la solució de lixiviació de cianur és de màxima importància en el procés de lixiviació d'or - cianur, ja que afecta l'estabilitat del cianur, la solubilitat de l'or i la corrosió de l'equip.

Estabilitat del cianur: El cianur és més estable en un ambient alcalí. Quan el pH de la solució està entre 10 i 11, es minimitza la hidròlisi del cianur, que produeix el gas tòxic cianur d'hidrogen (HCN). Com s'ha esmentat anteriorment, la reacció d'hidròlisi del cianur és CN⁻+H₂O⇌HCN + OH⁻. En una solució alcalina, l'alta concentració d'ions hidròxid (OH⁻) desplaça l'equilibri d'aquesta reacció cap a l'esquerra, reduint la formació d'HCN. Per exemple, si el pH de la solució de lixiviació baixa a 8 o inferior, la taxa d'hidròlisi del cianur augmentarà significativament, provocant una pèrdua de cianur i un augment del risc d'alliberament d'HCN, que no només és un malbaratament de reactiu sinó que també suposa un greu perill per a la seguretat dels treballadors i el medi ambient.

Solubilitat de l'or: La solubilitat del complex or-cianur també està influenciada pel valor del pH. En el rang de pH alcalí adequat, s'afavoreix la formació del complex or - cianur soluble, com Na[Au(CN)₂]. Quan el pH és massa baix, el complex es pot descompondre, reduint la quantitat d'or a la solució i, per tant, disminuint l'eficiència de lixiviació. A més, en un ambient àcid, altres ions metàl·lics presents al mineral es poden dissoldre més fàcilment, interferint amb el procés de lixiviació de l'or. Per exemple, els ions de ferro (Fe³⁺) dels minerals que contenen ferro al mineral poden formar precipitats o complexos amb cianur en una solució àcida, competint amb l'or pels ions de cianur.

Corrosió de l'equip: Mantenir el pH correcte també és crucial per protegir l'equip utilitzat en el procés de lixiviació. En un entorn àcid, la solució de cianur pot ser altament corrosiva per als equips metàl·lics, com ara els dipòsits de lixiviació, les canonades i les bombes. Per exemple, els dipòsits de lixiviació d'acer es poden corroir ràpidament en una solució àcida de cianur, provocant fuites i la necessitat de reemplaçar l'equip amb freqüència, la qual cosa augmenta el cost de producció i el temps d'inactivitat. En canvi, una solució alcalina és molt menys corrosiva per als materials més comuns utilitzats en l'equip de mineria d'or.

Per mantenir el valor de pH adequat, sovint s'afegeix calç (CaO) o hidròxid de sodi (NaOH) a la solució de lixiviació. La calç és un reactiu d'ús habitual per a l'ajust del pH en les operacions d'extracció d'or a causa del seu cost i eficàcia relativament baixos. Reacciona amb l'aigua per formar hidròxid de calci (Ca(OH)₂), que pot neutralitzar qualsevol component àcid de la solució i augmentar el pH. L'addició de calç també té l'avantatge afegit de precipitar alguns ions metàl·lics, com el ferro i el coure, que poden reduir la seva interferència en el procés de lixiviació.

Temperatura i temps de lixiviació

La temperatura i el temps de lixiviació són dos factors interrelacionats que tenen un impacte significatiu en l'eficiència de la lixiviació de cianur.

Efecte de la temperatura: Un augment de la temperatura generalment condueix a un augment de la velocitat de la reacció cianur-or. Això es deu al fet que les temperatures més altes augmenten l'energia cinètica de les molècules de reactius, inclosos els ions de cianur i els àtoms d'or a la superfície del mineral. Com a resultat, la freqüència de col·lisions entre els reactius augmenta i la velocitat de reacció s'accelera. Per exemple, en un experiment a escala de laboratori, quan la temperatura de la solució de lixiviació s'eleva de 20 °C a 40 °C, la velocitat de dissolució de l'or es pot duplicar o fins i tot triplicar en alguns casos. Tanmateix, hi ha limitacions per augmentar la temperatura. A mesura que augmenta la temperatura, la solubilitat de l'oxigen en la solució disminueix. Com que l'oxigen és un agent oxidant essencial en la reacció or-cianur, una disminució de la solubilitat de l'oxigen pot limitar la velocitat de reacció. A temperatures molt altes, properes als 100 °C, la solubilitat de l'oxigen es torna extremadament baixa i el procés de lixiviació es pot limitar a l'oxigen. A més, les temperatures més altes també poden provocar un augment de la hidròlisi del cianur, com s'ha esmentat anteriorment, que redueix el cianur disponible per a la reacció de lixiviació d'or. A més, les temperatures elevades poden accelerar la corrosió de l'equip, augmentant el cost de manteniment i reduint la vida útil de l'equip. En la majoria de les operacions d'extracció d'or, la temperatura de lixiviació es manté a un nivell moderat, normalment entre 15 °C i 30 °C. Aquest rang de temperatura proporciona un equilibri entre la velocitat de reacció, la solubilitat de l'oxigen, l'estabilitat del cianur i la durabilitat de l'equip.

Efecte del temps de lixiviació: El temps de lixiviació està directament relacionat amb la quantitat d'or que es pot extreure del mineral. En general, a mesura que augmenta el temps de lixiviació, més or es dissolrà a la solució de cianur. Tanmateix, la relació entre el temps de lixiviació i la recuperació d'or no és lineal. Inicialment, la taxa de dissolució de l'or és relativament alta i es pot extreure una quantitat important d'or en un curt període de temps. Però a mesura que el procés de lixiviació continua, la taxa de dissolució de l'or disminueix gradualment. Això es deu al fet que primer es dissolen les partícules d'or més accessibles i, a mesura que passa el temps, l'or restant es fa més difícil d'arribar a causa de factors com la formació de productes de reacció a la superfície del mineral que poden actuar com a barrera. Per exemple, en una operació de lixiviació agitada, una gran part de l'or es pot dissoldre durant les primeres 24-48 hores. Després d'això, augmentar el temps de lixiviació només pot provocar un augment marginal de la recuperació d'or. Perllongar massa el temps de lixiviació pot ser poc econòmic, ja que augmenta el cost d'operació, inclòs el consum d'energia, el consum de reactius i el cost laboral. Al mateix temps, també pot provocar la dissolució de més impureses, cosa que pot complicar el procés de recuperació d'or posterior.

Per optimitzar l'eficiència de la producció, cal aconseguir un equilibri entre la temperatura i el temps de lixiviació. Això sovint requereix la realització de proves a escala de laboratori sobre la mostra de mineral específica per determinar la combinació òptima d'aquests dos paràmetres. Per exemple, per a un tipus particular de mineral, es pot trobar que una temperatura de lixiviació de 25 °C i un temps de lixiviació de 36 hores donen lloc a la recuperació d'or més alta al menor cost.

Consideracions de seguretat i medi ambient

La toxicitat del cianur: precaucions de manipulació i emmagatzematge

El cianur, en forma de cianur de sodi utilitzat en la lixiviació d'or, és una substància extremadament tòxica. Fins i tot una quantitat minúscula pot ser letal per als humans i altres organismes. Quan el cianur de sodi entra en contacte amb els àcids, pot alliberar gas cianur d'hidrogen, que és altament volàtil i absorbit ràpidament pel cos per inhalació. La ingestió o el contacte amb la pell amb cianur de sodi també pot provocar una intoxicació greu. La toxicitat del cianur es deu a la seva capacitat d'unir-se a la citocrom oxidasa de les cèl·lules, interrompent el procés normal de respiració cel·lular i fent que les cèl·lules no puguin utilitzar l'oxigen, donant lloc a una ràpida mort cel·lular.

Donada la seva extrema toxicitat, són essencials precaucions estrictes de manipulació i emmagatzematge. Els treballadors implicats en l'ús de cianur de sodi han de rebre una formació integral de seguretat abans de manipular aquest producte químic. Durant la manipulació s'han d'utilitzar en tot moment equips de protecció individual, inclosos guants fets amb materials adequats com ara nitril per evitar el contacte amb la pell, ulleres de seguretat per protegir els ulls i equips de protecció respiratòria com màscares antigàs amb filtres adequats per al cianur d'hidrogen.

Les instal·lacions d'emmagatzematge de cianur de sodi s'han d'ubicar en una zona ben ventilada i aïllada lluny de fonts de calor, ignició i substàncies incompatibles. La zona d'emmagatzematge ha d'estar clarament senyalitzada amb senyals d'advertència que indiquin la presència d'una substància altament tòxica. El cianur de sodi s'ha d'emmagatzemar en recipients ben tancats fets de materials resistents a la corrosió pel cianur, com ara certs tipus de plàstics o acer inoxidable. Aquests contenidors s'han d'emmagatzemar en un sistema de contenció secundari, com ara una safata a prova de vessaments o un armari d'emmagatzematge dissenyat per evitar la propagació de possibles vessaments. Les inspeccions periòdiques de la zona d'emmagatzematge i dels contenidors són necessàries per assegurar-se que no hi ha fuites o signes de degradació.

Durant el transport, el cianur de sodi s'ha de transportar d'acord amb normatives estrictes. Es requereixen vehicles de transport especialitzats que estiguin equipats amb característiques de seguretat per evitar vessaments i que estiguin clarament senyalitzats com a transport de materials perillosos. El procés de transport s'ha de controlar de prop i s'han d'establir plans de resposta d'emergència en cas d'accident.

Impacte ambiental i gestió de residus

L'ús de cianur en la lixiviació d'or pot tenir impactes ambientals importants, principalment a causa de l'alliberament de residus que contenen cianur. El residu més preocupant és l'aigua residual rica en cianur generada durant el procés de lixiviació. Si aquestes aigües residuals no es tracten adequadament i s'alliberen al medi, poden tenir efectes devastadors sobre els ecosistemes aquàtics.

El cianur és altament tòxic per als organismes aquàtics. Fins i tot en concentracions baixes, pot matar peixos, invertebrats i altres animals aquàtics. Per exemple, una concentració de cianur tan baixa com 0.05 mg/L a l'aigua pot ser letal per a moltes espècies de peixos. La presència de cianur a l'aigua també pot interrompre la cadena alimentària dels ecosistemes aquàtics, ja que pot matar els productors primaris i els consumidors, donant lloc a una cascada d'efectes negatius sobre els organismes de nivell superior. A més, si l'aigua contaminada s'utilitza per al reg, pot afectar la qualitat del sòl i danyar els cultius.

Per mitigar aquests impactes ambientals, la gestió adequada dels residus de les aigües residuals que contenen cianur és crucial. Hi ha diversos mètodes comuns per tractar aquestes aigües residuals:

Mètodes d'oxidació: L'oxidació química és un enfocament molt utilitzat. Un dels oxidants més comuns són els compostos a base de clor, com l'hipoclorit de sodi (llexiu) o el gas de clor. En presència d'un ambient alcalí, aquests oxidants poden reaccionar amb el cianur per convertir-lo en compostos menys tòxics. Per exemple, la reacció amb hipoclorit de sodi en una solució alcalina pot convertir el cianur (CN⁻) primer en cianat (CNO⁻) i després en gas diòxid de carboni (CO₂) i nitrogen (N₂) mitjançant una sèrie de reaccions. La reacció global es pot representar de la següent manera:

2CN⁻+5OCl⁻ + H₂O→2HCO₃⁻+N₂ + 5Cl⁻

Un altre mètode d'oxidació és l'ús de peròxid d'hidrogen (H₂O₂). El peròxid d'hidrogen pot oxidar el cianur a cianat en presència d'un catalitzador. Aquest mètode sovint es prefereix en alguns casos, ja que no introdueix contaminants addicionals com alguns mètodes basats en clor.

Neutralització i precipitació: En alguns casos, les aigües residuals que contenen cianur també poden contenir complexos de metalls pesants-cianur. Ajustant el pH de les aigües residuals i afegint productes químics adequats, aquests metalls pesants es poden precipitar. Per exemple, afegir calç (CaO) a les aigües residuals pot augmentar el pH i provocar la precipitació de metalls pesants com el coure, el zinc i el ferro com els seus hidròxids. El cianur es pot tractar posteriorment mitjançant mètodes d'oxidació després d'haver eliminat els metalls pesants.

Tractament biològic: Alguns microorganismes tenen la capacitat de degradar el cianur. En els sistemes de tractament biològic, com els processos de fangs activats o els reactors de biofilm, aquests microorganismes es poden utilitzar per descompondre el cianur en substàncies menys nocives. No obstant això, el tractament biològic és més adequat per a aigües residuals de cianur de concentració baixa a moderada, ja que les concentracions elevades de cianur poden ser tòxiques per als microorganismes. Els microorganismes utilitzen el cianur com a font de nitrogen i carboni, convertint-lo en amoníac, diòxid de carboni i altres subproductes inofensius mitjançant els seus processos metabòlics.

A més de tractar les aigües residuals, també s'han de fer esforços per minimitzar la quantitat de cianur utilitzat en el procés de lixiviació d'or i per reciclar i reutilitzar les solucions que contenen cianur sempre que sigui possible. Això pot ajudar a reduir l'impacte ambiental global de les operacions de mineria d'or que depenen de la lixiviació de cianur.

Casos pràctics i pràctiques de la indústria

Casos d'èxit: operacions de lixiviació de cianur d'alta eficiència

Diverses operacions de mineria d'or a tot el món han aconseguit un èxit notable en la lixiviació de cianur, establint punts de referència per a la indústria en termes d'eficiència, rendibilitat i gestió del medi ambient.

Un d'aquests exemples és la mina Yanacocha al Perú, una de les mines productores d'or més grans del món. La mina ha implementat una sèrie de mesures innovadores per optimitzar el seu procés de lixiviació de cianur. Mitjançant la realització d'estudis exhaustius de caracterització del mineral, els enginyers de la mina van poder entendre amb precisió les propietats del mineral. Això els va permetre adaptar la concentració de cianur i les condicions de lixiviació a les característiques específiques del mineral. Per exemple, van trobar que per a un tipus particular de mineral amb un alt contingut de sulfur, es necessitava una concentració de cianur lleugerament més alta d'un 0.08% - 0.1% per compensar el consum de cianur dels minerals de sulfur. Aquest ajust precís de la concentració de cianur no només va millorar la taxa de recuperació d'or, sinó que també va reduir el consum global de cianur per tona de mineral.

Pel que fa a la protecció del medi ambient, la mina Yanacocha ha fet importants inversions en instal·lacions avançades de tractament d'aigües residuals. Han adoptat un procés de tractament en diverses etapes que combina oxidació química, neutralització i tractament biològic per eliminar eficaçment el cianur i altres contaminants de les aigües residuals. Després, l'aigua tractada es recicla per utilitzar-la en el procés de lixiviació, reduint la dependència de la mina de fonts d'aigua dolça i minimitzant l'impacte ambiental.

Un altre cas d'èxit és la mina Porgera a Papua Nova Guinea. Aquesta mina s'ha centrat en la millora contínua de processos i la innovació tecnològica. Han implementat un sistema de control automatitzat d'última generació per als seus dipòsits de lixiviació agitats. Aquest sistema controla i ajusta contínuament paràmetres com ara la velocitat d'agitació, el cabal de la solució de cianur i la temperatura del purí de lixiviació. En mantenir les condicions òptimes en tot moment, la mina ha aconseguit una elevada taxa de recuperació d'or de més del 90% en algunes operacions. A més, la mina Porgera ha participat activament en la recerca i el desenvolupament per trobar reactius alternatius que puguin reduir l'impacte ambiental del procés de lixiviació del cianur. Han estat realitzant assajos amb nous tipus de cianur, lliures agent de lixiviaciós, tot i que la lixiviació de cianur segueix sent el mètode principal a causa de la seva eficiència i rendibilitat.

Reptes enfrontats i solucions adoptades

Malgrat el seu ús generalitzat, la lixiviació de cianur a les mines d'or no està exempta de reptes. Les mines sovint es troben amb una varietat de problemes que poden afectar l'eficiència, el cost i la sostenibilitat ambiental del procés.

Propietats del mineral complex

Molts minerals d'or tenen composicions complexes, que poden suposar reptes importants per a la lixiviació del cianur. Per exemple, els minerals que contenen alts nivells d'arsènic, com els d'alguns jaciments a l'oest dels Estats Units, poden ser especialment difícils de processar. Els minerals que contenen arsènic, com l'arsenopirita, poden reaccionar amb el cianur i l'oxigen, consumint grans quantitats de cianur i reduint l'eficiència de la lixiviació de l'or. A més, la presència d'arsènic en el lixiviat pot fer que el tractament de les aigües residuals sigui més complex i desafiant a causa de la toxicitat dels compostos d'arsènic.

Per solucionar aquest problema, algunes mines han adoptat mètodes de pretractament. Un enfocament comú és el rostit, on el mineral s'escalfa en presència d'aire. La torrat oxida els minerals que contenen arsènic, convertint-los en formes més estables que tenen menys probabilitats d'interferir amb el procés de lixiviació del cianur. Després de la torrat, el mineral es pot sotmetre a una lixiviació normal de cianur. Un altre mètode de tractament previ és la biooxidació, que utilitza microorganismes per oxidar els minerals que contenen sulfur i arsènic. Aquest mètode és més respectuós amb el medi ambient que el rostit, ja que funciona a temperatures més baixes i produeix menys contaminació atmosfèrica.

Augment de la normativa ambiental

A mesura que creix la consciència ambiental, les operacions de mineria d'or s'enfronten a regulacions més estrictes pel que fa a l'ús i l'eliminació del cianur. En molts països, els límits permesos de cianur a les aigües residuals i les emissions a l'aire s'han reduït significativament. Per exemple, a Austràlia, les autoritats reguladores ambientals han establert límits estrictes a la concentració de cianur a les aigües residuals abocades de les mines d'or. Les mines han de complir aquests límits per evitar fortes multes i un potencial tancament.

Per complir amb aquestes normatives, les mines estan invertint en tecnologies avançades de tractament d'aigües residuals. Alguns utilitzen processos d'oxidació avançats, com ara l'ús d'ozó o llum ultraviolada (UV) en combinació amb peròxid d'hidrogen, per trencar amb més eficàcia el cianur de les aigües residuals. Aquests mètodes poden aconseguir concentracions de cianur residuals molt baixes a l'aigua tractada. A més, les mines també estan implementant millors pràctiques de gestió per evitar vessaments i fuites de cianur. Això inclou la millora del disseny i el manteniment de les instal·lacions d'emmagatzematge, l'ús d'estanys de doble revestiment per a solucions que contenen cianur i la implementació de sistemes de monitorització en temps real per detectar immediatament les possibles fuites.

Cost-efectivitat en un mercat de l'or volàtil

El cost de les operacions de mineria d'or, inclosa la lixiviació de cianur, és una preocupació important, especialment en un mercat de l'or volàtil. Les fluctuacions en el preu de l'or poden afectar significativament la rendibilitat de les mines. El cianur, com a reactiu clau en el procés de lixiviació, pot aportar una part substancial del cost de producció global.

Per abordar la rendibilitat, les mines busquen constantment maneres de reduir el consum de reactius i augmentar l'eficiència del procés. Algunes mines utilitzen anàlisis avançades i enfocaments basats en dades per optimitzar el procés de lixiviació. Mitjançant l'anàlisi de grans volums de dades sobre les propietats del mineral, les condicions de lixiviació i les taxes de recuperació d'or, poden identificar els paràmetres de funcionament òptims per a cada lot de mineral. Això els permet reduir la quantitat de cianur utilitzat sense sacrificar la recuperació d'or. Per exemple, algunes mines han implementat algorismes d'aprenentatge automàtic que poden predir la concentració òptima de cianur i el temps de lixiviació en funció de la composició química del mineral i la distribució de la mida de les partícules. A més, les mines també estan explorant l'ús de reactius o additius alternatius i més rendibles que puguin millorar el procés de lixiviació i reduir la dependència del cianur.

Tendències futures en tecnologia de lixiviació de cianur

Innovacions tecnològiques amb l'objectiu de millorar l'eficiència i reduir els riscos

El futur de la tecnologia de lixiviació de cianur és molt prometedor amb diverses innovacions tecnològiques a l'horitzó. Una de les àrees clau d'atenció és el desenvolupament d'equips de lixiviació més avançats i eficients. Per exemple, els investigadors estan treballant en el disseny de dipòsits de lixiviació de nova generació amb sistemes d'agitació millorats. Aquests sistemes tenen com a objectiu millorar la barreja del purí de mineral i la solució de cianur, assegurant una distribució més uniforme dels reactius. Un desenvolupament recent és l'ús de la dinàmica de fluids computacional (CFD) per optimitzar el disseny dels impulsors d'agitació en tancs de lixiviació. Simulant els patrons de flux de la purín i la solució, els enginyers poden dissenyar impulsors que proporcionin una millor barreja, redueixin el consum d'energia i millorin l'eficiència global del procés de lixiviació.

Un altre àmbit d'innovació és el desenvolupament de processos de lixiviació contínua. Els processos tradicionals de lixiviació per lots sovint pateixen ineficiències a causa de la necessitat d'operacions freqüents d'arrencada i parada. Els processos de lixiviació contínua, d'altra banda, poden funcionar contínuament, reduint el temps d'inactivitat i augmentant la productivitat. Algunes empreses mineres ja estan explorant l'ús de reactors de tancs agitats continus (CSTR) en la lixiviació de cianur. Aquests reactors poden mantenir un funcionament en estat estacionari, permetent un procés de lixiviació més consistent i eficient. A més, els processos de lixiviació contínua es poden integrar més fàcilment amb altres operacions de la unitat en el procés d'extracció d'or, com ara la mòlta de mineral i la recuperació d'or, donant lloc a una operació global més eficient i eficient.

Pel que fa a la reducció dels riscos ambientals i de seguretat, s'estan desenvolupant noves tecnologies per gestionar millor els residus que contenen cianur. Per exemple, hi ha un interès creixent en el desenvolupament de tecnologies de separació basades en membranes per tractar aigües residuals riques en cianur. La filtració per membrana pot eliminar eficaçment el cianur i altres contaminants de les aigües residuals, produint un corrent d'aigua neta que es pot reciclar de nou al procés de lixiviació. Això no només redueix l'impacte ambiental de l'explotació minera, sinó que també estalvia l'ús d'aigua. Alguns sistemes basats en membranes estan dissenyats per ser mòbils, la qual cosa permet el tractament in situ dels residus que contenen cianur, que és especialment útil per a les operacions mineres remotes.

La recerca d'agents de lixiviació alternatius

La recerca d'agents de lixiviació alternatius per substituir el cianur de sodi ha estat una àrea activa d'investigació en els últims anys. Els principals impulsors d'aquesta investigació són la necessitat de reduir els riscos ambientals i de seguretat associats a l'ús de cianur i trobar mètodes de lixiviació més eficients i rendibles.

Un dels agents de lixiviació alternatius més prometedors és el tiosulfat. El tiosulfat és un reactiu relativament no tòxic que pot dissoldre l'or en determinades condicions. El mecanisme de lixiviació del tiosulfat implica la formació d'un complex entre ions or i tiosulfat en presència d'un agent oxidant. En comparació amb el cianur, el tiosulfat té diversos avantatges. És molt menys tòxic, la qual cosa redueix els riscos per a la seguretat i el medi ambient associats al seu ús. A més, la lixiviació de tiosulfat és menys sensible a la presència d'algunes impureses al mineral, com ara el coure i el ferro, que poden interferir amb el procés de lixiviació de cianur. Tanmateix, la lixiviació de tiosulfat també té alguns reptes. El procés de lixiviació sovint és més complex i requereix un control acurat del pH, la temperatura i la concentració dels reactius. El cost del tiosulfat també és relativament elevat, cosa que pot limitar el seu ús generalitzat en operacions mineres a gran escala.

Una altra alternativa és l'ús d'agents de lixiviació a base d'halogenurs, com ara bromur i clorur. Aquests agents poden dissoldre l'or mitjançant reaccions d'oxidació i complexació. La lixiviació a base de bromur, per exemple, ha mostrat altes taxes de dissolució d'or en alguns estudis. Tanmateix, els agents de lixiviació basats en halogenurs també tenen els seus inconvenients. Poden ser corrosius per als equips, la qual cosa augmenta el cost de manteniment. A més, l'eliminació dels residus generats a partir dels processos de lixiviació basats en halogenurs pot ser un repte a causa del potencial impacte ambiental dels residus que contenen els halogenurs.

També s'estan explorant agents de lixiviació biològic. Alguns microorganismes, com certs bacteris i fongs, tenen la capacitat de produir àcids orgànics o altres substàncies que poden dissoldre l'or. La lixiviació biològica és una opció respectuosa amb el medi ambient, ja que no implica l'ús de productes químics tòxics. No obstant això, el procés és relativament lent i les condicions per al creixement dels microorganismes s'han de controlar acuradament. La investigació està en curs per millorar l'eficiència de la lixiviació biològica i convertir-la en una alternativa viable per a les operacions de mineria d'or a gran escala.

Conclusió

Recapitulació de la importància i les complexitats de la lixiviació de cianur a la mineria d'or

La lixiviació de cianur ha estat, i continua sent, de màxima importància en la indústria de la mineria d'or. La seva capacitat per extreure or de minerals de baixa qualitat ha fet que les operacions d'extracció d'or siguin més viables econòmicament a gran escala. Les propietats químiques úniques del cianur de sodi, com la seva alta selectivitat per a l'or, la solubilitat en aigua, la rendibilitat i l'estabilitat en solucions alcalines, l'han convertit en el reactiu escollit per a l'extracció d'or durant més d'un segle.

No obstant això, el procés està lluny de ser senzill. L'eficiència de la lixiviació de cianur està influenciada per multitud de factors. Les característiques del mineral, inclòs el tipus de mineral (sulfur o oxidat), la presència d'impureses com els minerals de sulfur i la mida de les partícules de l'or dins del mineral, poden afectar molt el procés de lixiviació. La concentració de cianur a la solució de lixiviació, el valor de pH de la solució, la temperatura a la qual es produeix la lixiviació i el temps de lixiviació s'han d'optimitzar amb cura per aconseguir altes taxes de recuperació d'or alhora que es minimitza el consum de reactius i l'impacte ambiental.

A més, la toxicitat del cianur suposa importants reptes de seguretat i medi ambient. Les precaucions estrictes de manipulació i emmagatzematge són essencials per protegir els treballadors dels efectes letals del cianur, i la gestió adequada dels residus és crucial per evitar l'alliberament de residus que contenen cianur al medi ambient, que pot tenir conseqüències devastadores per als ecosistemes aquàtics i la salut humana.

Crida a l'acció per a pràctiques de mineria d'or sostenibles i segures

A mesura que la indústria de la mineria de l'or avança, és imprescindible que les empreses mineres prioritzin pràctiques sostenibles i segures. Això significa no només optimitzar el procés de lixiviació de cianur per obtenir la màxima eficiència, sinó també invertir en investigació i desenvolupament per trobar agents de lixiviació alternatius que puguin reduir els riscos ambientals i de seguretat associats amb l'ús de cianur.

A curt termini, les empreses mineres haurien de centrar-se en la implementació de sistemes de gestió ambiental de bones pràctiques. Això inclou la millora de les instal·lacions de tractament d'aigües residuals per garantir que els residus que contenen cianur es tracten eficaçment abans de l'abocament. S'han d'instal·lar sistemes de monitorització en temps real per detectar immediatament qualsevol possible fuga o vessament de cianur, que permetin una resposta ràpida i mitigació. Els treballadors han de rebre una formació integral en seguretat i accés als equips de protecció individual més recents.

A llarg termini, la indústria hauria de col·laborar amb institucions de recerca i universitats per accelerar el desenvolupament de tecnologies alternatives de lixiviació. La prometedora investigació sobre agents de lixiviació biològics a base de tiosulfat, halogenur i s'hauria d'explorar i perfeccionar més. A més, la innovació contínua en equips i processos de mineria, com ara el desenvolupament de tancs de lixiviació més eficients i processos de lixiviació contínua, pot contribuir a millorar la sostenibilitat general de les operacions de mineria d'or.

Els consumidors també tenen un paper a jugar. En exigir or d'origen responsable, poden influir en el mercat i animar les empreses mineres a adoptar pràctiques sostenibles i segures. Mitjançant aquests esforços col·lectius, la indústria de la mineria de l'or pot continuar prosperant alhora que minimitza la seva petjada ambiental i assegura la seguretat i el benestar de totes les parts interessades.