Goldgewinnung durch Cyanidlaugung: Ein Schwerpunkt auf dem Perkolations-Cyanidlaugungsprozess

Einführung

Gold besaß in der gesamten Menschheitsgeschichte stets einen hohen Wert, nicht nur für die Schmuckherstellung, sondern auch für verschiedene Branchen wie Elektronik, Zahnmedizin und Luft- und Raumfahrt. Die Goldgewinnung aus Erzen ist ein komplexer Prozess, wobei die Cyanidlaugung zu den gängigsten Methoden zählt. Bei der Cyanidlaugung wird Gold mithilfe von Cyanidlösungen aus dem Erz gelöst. Dieser Prozess beruht auf der Fähigkeit von Gold, stabile Komplexe mit Cyanidionen zu bilden. Dieser Artikel befasst sich eingehend mit dem Cyanidlaugungsverfahren, insbesondere mit der Perkolationscyanidlaugung.

Die Goldgewinnung durch Cyanidlaugung verstehen

Prinzip der Cyanidlaugung

Das Grundprinzip der Cyanidlaugung beruht auf der Reaktion von Gold mit Cyanid in Gegenwart von Sauerstoff. Kommt Gold mit einer Cyanidlösung in Kontakt und ist Sauerstoff vorhanden, kommt es zu einer chemischen Reaktion. Durch diese Reaktion wird Gold oxidiert und bildet einen löslichen Komplex. Die Cyanidionen spielen dabei eine entscheidende Rolle, indem sie sich an die Goldionen binden und diese in der Lösung auflösen. Diese Löslichkeit ermöglicht die Trennung des Goldes von der Erzmatrix, was den ersten Schritt zur Goldgewinnung aus dem Roherz darstellt.

Allgemeiner Prozess der Cyanidlaugung

Der Cyanidlaugungsprozess besteht typischerweise aus mehreren wichtigen Schritten:

1. Erzaufbereitung : Das Erz wird zunächst zerkleinert und auf eine geeignete Korngröße gemahlen. Dieser Schritt ist unerlässlich, da er die Oberfläche des Erzes vergrößert und somit einen besseren Kontakt mit der Cyanidlösung ermöglicht. Der Prozess kann mehrere Zerkleinerungs- und Mahlstufen umfassen, um die gewünschte Feinheit zu erreichen.

2. Cyanidlaugung : Nach der Aufbereitung wird das Erz mit einer Cyanidlösung ausgelaugt. Es gibt verschiedene Laugungsverfahren, wobei die Rührcyanidlaugung und die Perkolationscyanidlaugung die beiden Haupttypen sind. Bei der Rührcyanidlaugung wird das Erz in Rührkesseln mit der Cyanidlösung vermischt. Die Perkolationscyanidlaugung, die im Mittelpunkt dieses Artikels steht, beinhaltet das Durchsickern der Cyanidlösung durch das Erzbett.

3. Abtrennung der goldhaltigen Lösung : Nach Abschluss des Laugungsprozesses muss die goldhaltige Lösung vom festen Rückstand abgetrennt werden. Dies kann durch Verfahren wie Filtration oder Sedimentation erfolgen.

4. Goldgewinnung : Nach der Abtrennung der goldhaltigen Lösung werden verschiedene Verfahren zur Goldgewinnung eingesetzt. Gängige Methoden sind die Zinkfällung, bei der Zink der Lösung zugesetzt wird, um das Gold aus dem Komplex zu verdrängen und feste Goldpartikel zu bilden. Ein weiteres Verfahren ist die Adsorption an Aktivkohle , bei der Aktivkohle den Goldkomplex aus der Lösung adsorbiert. Dieser wird anschließend weiterverarbeitet, um reines Gold zu gewinnen.

Perkolations-Cyanidierungsverfahren

So funktioniert die Perkolationscyanidierung

Bei der Perkolationscyanidierung wird eine verdünnte Cyanidlösung durch ein Bett aus zerkleinertem oder agglomeriertem Erz sickert. Das Erz wird üblicherweise in einen großen Behälter, beispielsweise einen Laugungsbottich oder einen Haldenboden, gegeben. Die Cyanidlösung verteilt sich gleichmäßig auf der Oberfläche des Erzbetts und sickert dann aufgrund der Schwerkraft langsam durch das Erz. Beim Durchlaufen des Erzes reagiert das Cyanid mit dem darin enthaltenen Gold und bildet einen löslichen Gold-Cyanid-Komplex. Dieser Komplex sammelt sich am Boden des Behälters.

Wichtige Komponenten und Schritte der Perkolationscyanidierung

1. Erzaufbereitung für die Perkolationscyanidierung :

• Zerkleinern und Sieben : Das Erz wird zunächst auf eine relativ grobe Korngröße, typischerweise im Bereich von wenigen Zentimetern bis wenigen Millimetern, zerkleinert. Dadurch wird sichergestellt, dass genügend Hohlräume im Erzbett vorhanden sind, damit die Cyanidlösung durchsickern kann. Nach dem Zerkleinern kann das Erz gesiebt werden, um zu große Partikel zu entfernen.

• Agglomeration (optional) : In manchen Fällen, insbesondere bei Erzen mit hohem Tongehalt oder feinkörnigen Materialien, kann eine Agglomeration erforderlich sein. Dabei wird dem Erz ein Bindemittel wie Zement oder Kalk zugesetzt und mit Wasser vermischt. Dies trägt zur Bildung größerer, stabilerer Partikel bei, verbessert die Durchlässigkeit des Erzbetts und verhindert das Verstopfen der Poren während des Versickerungsprozesses.

2. Auslaugungsaufbau :

• Auslaugungsbottiche oder Haufenlaugung :

• Laugungsbottiche : Für kleinere Betriebe oder höherwertige Erze werden üblicherweise Laugungsbottiche eingesetzt. Dies sind große, ausgekleidete Behälter, in die das Erz gefüllt wird. Die Bottiche sind mit einem Siebboden ausgestattet, der es der Cyanidlösung ermöglicht, sich unterhalb des Erzbetts zu sammeln, ohne die Feststoffpartikel mitzureißen. Die Cyanidlösung wird von oben in den Bottich eingefüllt, entweder durch ein Sprühsystem oder durch einfaches Übergießen des Erzes.

• Haufenlaugung : Die Haufenlaugung eignet sich besonders für großtechnische Anlagen und minderwertige Erze. Dabei wird das Erz auf einer undurchlässigen Folie am Boden aufgeschüttet. Der Haufen kann recht groß sein und mitunter mehrere Hektar umfassen. Die Cyanidlösung wird über ein Netz von Sprinklern oder Tropfbewässerungssystemen auf dem Haufen verteilt.

• Herstellung der Cyanidlösung : Die bei der Perkolationscyanidierung verwendete Cyanidlösung ist typischerweise eine verdünnte Lösung von Natriumcyanid oder Kaliumcyanid mit einer Konzentration von üblicherweise 0.01–0.1 Gew.-%. Die Lösung kann weitere Zusätze wie Kalk zur pH-Wert-Einstellung enthalten. Die Einhaltung des korrekten pH-Werts ist entscheidend, da er die Stabilität des Cyanids und die Geschwindigkeit der Goldauflösung beeinflusst. Der optimale pH-Wert für die Cyanidierung liegt üblicherweise bei etwa 10–11.

3. Versickerung und Auswaschung :

• Verteilung der Lösung : Die Cyanidlösung wird gleichmäßig über die Oberfläche des Erzbetts verteilt. Bei Laugungsbehältern kann dies durch ein perforiertes Rohr oder ein Sprühdüsensystem erreicht werden. Bei der Haufenlaugung sorgen Sprinkler- oder Tropfbewässerungssysteme dafür, dass die Lösung alle Bereiche des Haufens erreicht.

• Auslaugungszeit : Die Auslaugungszeit bei der Perkolationscyanidlaugung kann je nach Erzart, Korngröße und Konzentration der Cyanidlösung stark variieren. Im Allgemeinen liegt sie zwischen einigen Tagen und mehreren Wochen. Während dieser Zeit sickert die Cyanidlösung kontinuierlich durch das Erz, reagiert mit dem Gold und löst es auf.

• Überwachung und Steuerung : Während des gesamten Laugungsprozesses ist die Überwachung verschiedener Parameter unerlässlich. Dazu gehört die regelmäßige Kontrolle des pH-Werts der Lösung, der Cyanidkonzentration und der Menge des gelösten Goldes. In regelmäßigen Abständen werden Proben der Lösung entnommen und im Labor analysiert. Gegebenenfalls werden der pH-Wert oder die Cyanidkonzentration angepasst, um den Laugungsprozess zu optimieren.

4. Sammlung und Aufbereitung der Schwangerschaftslösung :

• Sammlung : Die goldhaltige Lösung, auch als „Anreicherungslösung“ bezeichnet, wird am Boden des Laugungsbehälters oder beim Haufenlaugungsverfahren aus dem Abflusssystem aufgefangen. In Laugungsbehältern wird die Anreicherungslösung über ein Ventil am Boden des Siebbodens abgelassen. Bei der Haufenlaugung sammelt sich die Lösung in Auffangbecken oder Tümpeln am Fuß des Haufens.

• Aufbereitung : Die gesammelte Lösung wird aufbereitet, um das Gold zu gewinnen. Gängige Methoden sind, wie bereits erwähnt, die Zinkfällung und die Adsorption an Aktivkohle. Bei der Zinkfällung wird Zinkstaub oder Zinkspäne zur Lösung gegeben. Das Zink reagiert mit dem Gold-Cyanid-Komplex, verdrängt das Gold und bildet feste Goldpartikel, die anschließend abfiltriert und weiterverarbeitet werden können. Bei der Adsorption an Aktivkohle wird die Lösung durch eine mit Aktivkohle gefüllte Säule geleitet. Der Gold-Cyanid-Komplex wird an der Oberfläche der Kohle adsorbiert. Anschließend wird die Kohle aus der Säule entnommen und weiterverarbeitet, um das Gold zu extrahieren.

Vor- und Nachteile der Perkolationscyanidierung

Vorteile

1. Eignung für minderwertige Erze : Die Perkolationscyanidlaugung, insbesondere die Haufenlaugung, ist hochwirksam zur Aufbereitung minderwertiger Golderze. Da das Verfahren relativ einfach ist und weder aufwendiges Mahlen noch teure Anlagen zur Aufbereitung feinkörniger Erze erfordert, kann es auch für Erze wirtschaftlich rentabel sein, deren Aufbereitung mit anderen, komplexeren Methoden nicht rentabel wäre.

2. Niedrige Investitions- und Betriebskosten : Im Vergleich zu anderen Goldgewinnungsverfahren, wie beispielsweise der Rührcyanidlaugung, die große, teure Rührkessel und einen hohen Energieverbrauch für die Durchmischung erfordert, zeichnet sich die Perkolationscyanidlaugung durch geringere Investitionskosten aus. Die benötigte Ausrüstung, wie beispielsweise Laugungsbehälter oder einfache Baumaterialien für die Haufenaufschüttung, ist relativ kostengünstig. Darüber hinaus sind auch die Betriebskosten niedriger, da weniger Energie verbraucht und weniger Personal für den täglichen Betrieb benötigt wird.

3. Umweltvorteile (relativ) : Hinsichtlich der Umweltbelastung kann die Perkolationscyanidlaugung einige Vorteile bieten. Beispielsweise wird das Erz bei der Haufenlaugung nicht stark zerkleinert, wodurch die Feinstaubbildung reduziert wird. Zudem trägt die Verwendung ausgekleideter Laugungsbehälter oder Haufenauskleidungen dazu bei, das Austreten cyanidhaltiger Lösungen in die Umwelt zu verhindern. Es ist jedoch zu beachten, dass Cyanid nach wie vor ein hochgiftiger Stoff ist und ein angemessenes Umweltmanagement weiterhin unerlässlich ist.

4. Einfaches Verfahren : Die Perkolationscyanidlaugung ist ein relativ unkompliziertes und leicht verständliches und anwendbares Verfahren. Dadurch eignet sie sich auch für kleinere Bergbaubetriebe mit begrenzten technischen Kenntnissen.

Nachteile

1. Langsame Auslaugungsrate : Einer der größten Nachteile der Perkolationscyanidlaugung ist die vergleichsweise langsame Auslaugungsrate. Im Vergleich zur Rührcyanidlaugung, bei der das Erz kontinuierlich mit der Cyanidlösung vermischt wird, beruht das Perkolationsverfahren auf der langsamen Bewegung der Lösung durch das Erzbett. Dies kann zu längeren Auslaugungszeiten führen, was für Betriebe, die einen hohen Durchsatz oder kurze Bearbeitungszeiten erfordern, ungeeignet sein kann.

2. Geringe Goldausbeute in manchen Fällen : Die Goldausbeute bei der Perkolationscyanidlaugung kann geringer sein als bei anderen Verfahren, insbesondere bei Erzen mit komplexer Mineralogie. Ist das Gold fein verteilt oder in anderen Mineralien eingeschlossen, kann die Cyanidlösung möglicherweise nicht alle Goldpartikel effektiv erreichen, was zu geringeren Ausbeuten führt.

3. Cyanidtoxizität : Cyanid ist eine hochgiftige Substanz, deren Verwendung bei der Perkolationscyanidierung erhebliche Umwelt- und Sicherheitsrisiken birgt. Jegliches Auslaufen oder unsachgemäße Handhabung cyanidhaltiger Lösungen kann schwerwiegende Folgen für Umwelt und Gesundheit haben. Strenge Sicherheitsmaßnahmen und Umweltauflagen müssen eingehalten werden, um diese Risiken zu minimieren.

4. Empfindlichkeit gegenüber Erzeigenschaften : Der Erfolg der Perkolationscyanidlaugung hängt stark von den Eigenschaften des Erzes ab. Erze mit hohem Tongehalt können beispielsweise die Durchlässigkeit des Erzbetts beeinträchtigen, was zu schlechtem Lösungsfluss und ineffizienter Laugung führt. Darüber hinaus können Erze, die bestimmte mit Cyanid reaktionsfähige Mineralien wie kupferhaltige Mineralien enthalten, Cyanid verbrauchen und die Effektivität des Laugungsprozesses verringern.

Vergleich mit anderen Goldgewinnungsmethoden

Vergleich mit der Cyanidlaugung durch Rühren

1. Laugungseffizienz : Die Rührcyanidlaugung weist im Allgemeinen eine höhere Laugungseffizienz auf als die Perkolationscyanidlaugung. Bei der Rührcyanidlaugung gewährleistet die kontinuierliche Durchmischung von Erz und Cyanidlösung einen besseren Kontakt zwischen beiden, was zu einer schnelleren Goldauflösung führt. Dies kann kürzere Laugungszeiten und höhere Goldausbeuten zur Folge haben, insbesondere bei Erzen mit hohem Goldgehalt oder komplexer Mineralogie.

2. Ausrüstung und Kosten : Die Rührcyanidlaugung erfordert komplexere und teurere Anlagen, darunter große Rührtanks, leistungsstarke Mischmotoren und ausgeklügelte Pumpensysteme für die Suspension. Dies führt zu höheren Investitionskosten. Im Gegensatz dazu benötigt die Perkolationscyanidlaugung einfachere Anlagen, wie beispielsweise Laugungsbehälter oder einfache Baustoffhaufen, wodurch sie hinsichtlich der Investitionskosten kostengünstiger ist. Die Betriebskosten der Rührcyanidlaugung müssen jedoch nicht zwangsläufig höher sein, da die kürzeren Laugungszeiten den höheren Energieverbrauch für das Mischen ausgleichen können.

3. Eignung für Erzarten : Die Rührcyanidlaugung eignet sich besser für Erze, die eine Feinmahlung und intensive Aufbereitung erfordern, wie beispielsweise sulfidreiche Golderze. Die Perkolationscyanidlaugung hingegen eignet sich besser für minderwertige, oxidierte Erze, die in gröberem Zustand verarbeitet werden können.

Vergleich mit Goldgewinnungsmethoden ohne Cyanid

1. Umweltauswirkungen : Cyanidfreie Goldgewinnungsverfahren wie die Thioharnstoff-Laugung oder die Bio-Laugung gelten oft als umweltfreundlicher, da sie kein hochgiftiges Cyanid verwenden. Allerdings bergen auch diese Verfahren eigene Herausforderungen für die Umwelt. So kann Thioharnstoff bei unsachgemäßer Handhabung umweltschädlich sein, und die Bio-Laugung erfordert unter Umständen spezielle Umweltbedingungen und längere Verarbeitungszeiten. Die Perkolations-Cyanidlaugung kann trotz der Verwendung von Cyanid umweltverträglich durchgeführt werden, wenn die cyanidhaltigen Lösungen ordnungsgemäß eingefangen und behandelt werden.

2. Kosten und Effizienz : Cyanidfreie Verfahren können höhere Kosten hinsichtlich Reagenzien oder Energieverbrauch verursachen. Beispielsweise ist Thioharnstoff teurer als Cyanid, und die Biolaugung erfordert unter Umständen spezielle Mikroorganismenkulturen und kontrollierte Umgebungsbedingungen, was die Kosten erhöhen kann. Hinsichtlich der Effizienz weist die Cyanidlaugung, einschließlich der Perkolationscyanidlaugung, im Allgemeinen eine höhere Goldausbeute auf als einige cyanidfreie Verfahren, insbesondere bei traditionellen Golderzen.

Fazit

Die Perkolationscyanidierung ist eine wichtige Methode in der Goldgewinnung, insbesondere zur Aufbereitung von minderwertigen und oxidierten Golderzen. Ihre Einfachheit, die relativ geringen Kosten und die Eignung für bestimmte Erzarten machen sie zu einem wertvollen Verfahren. Allerdings bringt sie auch Nachteile mit sich, wie die langsame Auslaugungsrate, eine potenziell geringere Goldausbeute und die mit dem Cyanideinsatz verbundenen Umwelt- und Sicherheitsrisiken. Im Zuge der Weiterentwicklung der Bergbauindustrie werden Anstrengungen unternommen, den Perkolationscyanidierungsprozess zu verbessern, beispielsweise durch eine bessere Erzcharakterisierung, die Optimierung der Prozessparameter und die Entwicklung effektiverer und umweltfreundlicherer Methoden zur Cyanidbewirtschaftung. Darüber hinaus wird an alternativen Goldgewinnungsmethoden geforscht, die die Einschränkungen der Cyanidierung überwinden können. Trotz dieser Herausforderungen wird die Perkolationscyanidierung voraussichtlich auch in absehbarer Zukunft eine bedeutende Rolle in der Goldproduktion spielen, insbesondere in Regionen mit reichlich minderwertigen Goldvorkommen.