استخراج طلا با سیانید: نگاهی عمیق به فرآیند سیانیداسیون با همزن

در حوزه استخراج طلا، سیانیداسیون بیش از یک قرن جایگاه برجسته‌ای داشته است. از زمان آغاز آن در سال ۱۸۸۷ برای استخراج سنگ‌های معدن طلا و نقره، این روش به طور مداوم تکامل یافته و به دلیل نرخ بازیابی بالا، سازگاری با انواع مختلف سنگ معدن و امکان‌سنجی برای تولید محلی، یکی از پرکاربردترین تکنیک‌ها باقی مانده است.

۱. درک سیانیداسیون در استخراج طلا

سیانیداسیون یک فرآیند شیمیایی است که از توانایی یون‌های سیانید در تشکیل کمپلکس‌های محلول با طلا بهره می‌برد. در حضور اکسیژن و آب، یون‌های سیانید با اتم‌های طلا واکنش می‌دهند. این واکنش منجر به ایجاد یک ترکیب محلول می‌شود که در آن طلا با یون‌های سیانید پیوند برقرار می‌کند و به طلا اجازه می‌دهد در محلول حل شود. اگرچه این فرآیند برای استخراج طلا بسیار مؤثر است، اما نگرانی‌های زیست‌محیطی و ایمنی قابل توجهی را نیز به همراه دارد زیرا سیانید یک ماده سمی است.

۲. انواع روش‌های سیانیداسیون

روش‌های سیانیداسیون را می‌توان به طور کلی به دو دسته اصلی طبقه‌بندی کرد: سیانیداسیون همزن و سیانیداسیون نفوذی.

• سیانیداسیون همزن : این روش در درجه اول برای تصفیه کنسانتره‌های طلای فلوتاسیون یا در سناریوهای سیانیداسیون لجن استفاده می‌شود. این روش شامل مخلوط کردن شدید پالپ سنگ معدن با محلول سیانید است. با انجام این کار، ذرات حاوی طلا در سنگ معدن حداکثر تماس را با یون‌های سیانید برقرار می‌کنند و استخراج طلا را تسهیل می‌کنند.

• سیانیداسیون نفوذی : این روش که برای سنگ‌های طلای کم‌عیار مناسب است، با اجازه دادن به محلول سیانید برای چکیدن در بستر سنگ معدن عمل می‌کند. این روش در مقایسه با سیانیداسیون همزن، انرژی کمتری مصرف می‌کند. با این حال، کاربرد آن محدود به سنگ‌هایی است که نفوذپذیری خوبی دارند و محلول سیانید را به راحتی در خود جریان می‌دهند.

۳. فرآیند استخراج طلا با سیانیداسیون و هم زدن

فرآیند استخراج طلا با سیانیداسیون همزن شامل دو زیر فرآیند اصلی است: فرآیند جایگزینی روی با سیانیداسیون و فرآیند دوغاب کربن با سیانیداسیون فیلتر نشده.

۳.۱ سیانیداسیون - فرآیند جایگزینی روی (روش‌های CCD و CCF)

• آماده‌سازی مواد اولیه لیچینگ : مرحله اولیه شامل آماده‌سازی سنگ معدن برای فرآیند لیچینگ است. این اغلب شامل خرد کردن سنگ معدن به قطعات کوچکتر و سپس آسیاب کردن آن تا رسیدن به یک قوام ریز است. در برخی موارد، پیش‌فرآوری نیز انجام می‌شود تا ذرات طلای موجود در سنگ معدن بیشتر در دسترس قرار گیرند. هدف، ایجاد خمیری با اندازه ذرات بهینه است که باعث تعامل بهتر بین سنگ معدن و محلول سیانید می‌شود.

• هم زدن، سیانید کردن، لیچینگ : خمیر آماده شده سنگ معدن سپس به مخازن هم زدن منتقل می‌شود، جایی که محلول سیانید اضافه می‌شود. این مخازن مجهز به همزن‌هایی هستند که خمیر و محلول سیانید را به خوبی مخلوط نگه می‌دارند. اکسیژن از طریق هوادهی یا با افزودن عوامل اکسیدکننده به مخازن وارد می‌شود. این اکسیژن به ایجاد واکنش شیمیایی که طلا را در محلول سیانید حل می‌کند، کمک می‌کند.

• شستشوی جریان مخالف برای جداسازی جامد-مایع : پس از فرآیند لیچینگ، دوغاب حاصل شامل باقیمانده‌های جامد و یک فاز مایع به نام محلول باردار است که حاوی طلای محلول است. برای جداسازی این دو جزء، از یک سری غلیظ‌کننده یا فیلتر در یک سیستم شستشوی جریان مخالف استفاده می‌شود. روش‌هایی مانند تخلیه جریان مخالف پیوسته (CCD) یا فیلتراسیون جریان مخالف پیوسته (CCF) برای بازیابی هرچه بیشتر محلول حاوی طلا و در عین حال به حداقل رساندن مقدار طلای از دست رفته با باقیمانده‌های جامد به کار گرفته می‌شوند.

• خالص‌سازی مایع لیچینگ و اکسیداسیون زدایی : محلول باردار به‌دست‌آمده از مرحله جداسازی جامد-مایع ممکن است حاوی ناخالصی‌ها و اکسیژن محلول باشد. روش‌های تصفیه برای حذف جامدات معلق و سایر آلاینده‌هایی که می‌توانند فرآیند بازیابی طلا را مختل کنند، اجرا می‌شوند. اکسیداسیون زدایی نیز به همان اندازه مهم است زیرا اکسیژن می‌تواند باعث اکسیداسیون مجدد ترکیب طلا-سیانید شود و اثربخشی فرآیند جایگزینی روی را که در ادامه می‌آید، کاهش دهد.

• جایگزینی پودر روی (ابریشم) و اسیدشویی : پودر روی یا ابریشم روی به محلول باردار خالص و اکسیدزدایی شده اضافه می‌شود. روی واکنش‌پذیرتر از طلا است، بنابراین طلا را از ترکیب تشکیل شده در طول فرآیند لیچینگ جابجا می‌کند. این منجر به تشکیل رسوب جامد حاوی طلا و روی می‌شود که معمولاً به عنوان گل طلا شناخته می‌شود. پس از واکنش جایگزینی، گل طلا معمولاً با یک محلول اسیدی تصفیه می‌شود تا هرگونه روی اضافی و سایر ناخالصی‌ها از بین برود.

• شمش‌های ذوب : مرحله نهایی فرآیند سیانیداسیون - جایگزینی روی، ذوب کردن گل طلا برای تولید شمش طلای خالص است. گل طلا در دمای بالا در کوره ذوب می‌شود و از طریق یک سری مراحل تصفیه، ناخالصی‌های باقی مانده حذف می‌شوند و شمش‌های طلای با خلوص بالا تولید می‌شوند.

۳.۲ فرآیند دوغاب کربنی سیانیداسیون فیلتر نشده (روش‌های CIP و CIL)

• آماده‌سازی مواد لیچینگ : مشابه فرآیند سیانیداسیون - جایگزینی روی، اولین کار آماده‌سازی سنگ معدن برای لیچینگ است. این امر مستلزم کاهش سنگ معدن به اندازه ذرات مناسب از طریق عملیات خردایش و آسیاب کردن است.

• لیچینگ با همزن و جذب کربن با جریان مخالف : در روش کربن در پالپ (CIP)، فرآیند لیچینگ سیانید ابتدا در یک سری مخازن همزن انجام می‌شود. پس از حل شدن طلا در محلول، کربن فعال به پالپ اضافه می‌شود. کربن فعال میل ترکیبی زیادی با ترکیب طلا-سیانید دارد و طلای محلول را روی سطح خود جذب می‌کند. در روش کربن در لیچ (CIL)، کربن فعال همزمان با محلول سیانید به مخزن لیچینگ اضافه می‌شود، بنابراین فرآیندهای لیچینگ و جذب همزمان رخ می‌دهند. در هر دو روش CIP و CIL، یک جریان مخالف کربن و پالپ حفظ می‌شود تا مقدار طلای جذب شده توسط کربن به حداکثر برسد.

• واجذب کربن حاوی طلا : پس از فرآیند جذب، کربن حاوی طلا باید از خمیر کاغذ جدا شود. سپس، طلا با استفاده از محلول داغ سیانید-سوزآور از کربن جدا می‌شود. این محلول پیوند بین ترکیب سیانید-طلا و کربن را می‌شکند و طلا را دوباره به محلول آزاد می‌کند.

• الکترولیز الکترووینینگ : محلول غنی از طلا که از فرآیند واجذب به دست می‌آید، تحت الکترووینینگ قرار می‌گیرد. در طول این فرآیند، جریان الکتریکی از محلول عبور می‌کند. این امر باعث می‌شود یون‌های طلای موجود در محلول کاهش یافته و روی کاتد رسوب کنند و رسوب جامدی از طلا تشکیل شود که می‌تواند بیشتر تصفیه شود.

• شمش‌های ذوب : طلای به‌دست‌آمده از الکترووینینگ نسبتاً خالص است اما ممکن است هنوز حاوی مقداری ناخالصی باشد. ذوب برای خالص‌سازی بیشتر طلا و ریخته‌گری آن به شمش‌هایی با خلوص مطلوب انجام می‌شود.

• بازسازی کربن : کربن مصرف‌شده، پس از واجذب طلا، می‌تواند بازسازی و دوباره استفاده شود. این شامل قرار دادن کربن در معرض عملیات حرارتی با دمای بالا برای از بین بردن هرگونه ناخالصی جذب‌شده و بازیابی توانایی آن برای جذب طلا است.

۴. مقایسه فرآیندهای CIP و CIL

• مدت زمان فرآیند : به طور کلی، فرآیند CIP در مقایسه با CIL زمان بیشتری طول می‌کشد. دلیل این امر این است که در CIP، شستشو و جذب، عملیات جداگانه‌ای هستند. در CIL، از آنجایی که شستشو و جذب به طور همزمان اتفاق می‌افتند، کل فرآیند می‌تواند در زمان کوتاه‌تری تکمیل شود. با این حال، فرآیند CIL به کنترل پیچیده‌تری نیاز دارد زیرا هر دو فرآیند به طور همزمان رخ می‌دهند.

• مدیریت کربن و دوغاب : در فرآیند CIL، حجم بیشتری از کربن در گردش است و غلظت کربن در دوغاب کمتر از CIP است. در نتیجه، حجم دوغابی که برای انتقال کربن باید در CIL منتقل شود معمولاً چندین برابر CIP (حدود چهار برابر) است. این موضوع بر اندازه تجهیزات و مصرف انرژی تأثیر می‌گذارد.

• انباشت فلز و عیار طلا در محلول : در فرآیند CIP، مقدار قابل توجهی فلز در سیستم باقی می‌ماند (انباشت فلز) و این فلز به طور نسبتاً یکنواختی بین کربن فعال و محلول توزیع شده است. در CIL، بیشتر فلز روی کربن فعال جذب می‌شود. علاوه بر این، غلظت طلا در محلول در فرآیند CIL بیشتر از CIP است. دلیل این امر این است که در CIL، همزمان با لیچینگ طلا، به طور مداوم جذب نیز می‌شود که باعث جایگزینی طلای محلول در محلول می‌شود. از سوی دیگر، در CIP، این یک فرآیند جذب تک مرحله‌ای با جایگزینی محدود طلای محلول است.

5. ملاحظات زیست محیطی و ایمنی

با وجود کارایی، سیانیداسیون، به ویژه سیانیداسیون با همزن، خطرات زیست‌محیطی و ایمنی قابل توجهی را به همراه دارد. سیانید بسیار سمی است و هرگونه نشت یا جابجایی نادرست می‌تواند منجر به آلودگی شدید زیست‌محیطی شود و سلامت انسان را تهدید کند. برای مقابله با این خطرات، عملیات استخراج طلا از پروتکل‌های ایمنی سختگیرانه‌ای پیروی می‌کند. این پروتکل‌ها شامل ذخیره‌سازی و جابجایی صحیح سیانید، نصب سیستم‌های مهار برای جلوگیری از نشت و تصفیه فاضلاب حاوی سیانید است. علاوه بر این، تحقیقات مداوم با هدف توسعه عوامل شستشوی جایگزین و کم‌سمی‌تر برای جایگزینی سیانید در استخراج طلا انجام می‌شود.

6. نتیجه

سیانیداسیون همزن نقش حیاتی در صنعت مدرن استخراج طلا ایفا می‌کند و امکان استخراج با نرخ بالای طلا از انواع مختلف سنگ معدن را فراهم می‌کند. دو زیرفرآیند اصلی، سیانیداسیون - جایگزینی روی و دوغاب کربن سیانیداسیون فیلتر نشده، هر کدام مزایای خاص خود را دارند و بر اساس عواملی مانند خواص سنگ معدن، مقیاس عملیات و توجیه اقتصادی انتخاب می‌شوند. با این حال، این صنعت باید به مقابله با چالش‌های زیست‌محیطی و ایمنی مرتبط با استفاده از سیانید ادامه دهد تا آینده پایدار استخراج طلا را تضمین کند.