יעילות שטיפת נתרן ציאניד: גורמים משפיעים ואסטרטגיות אופטימיזציה

מבוא

שטיפת ציאניד, במיוחד עם סודיום ציאניד, מהווה זה מכבר אבן יסוד בהפקת מתכות יקרות, במיוחד זהב וכסף, מגופי עפרות. מאז הקמתה התעשייתית בשנת 1887, שיטה זו אומצה באופן נרחב בשל יעילותה הגבוהה יחסית וכדאיותה הכלכלית. עם זאת, התהליך מורכב, ויעילותו מושפעת מגורמים רבים. הבנת גורמים אלה חיונית למקסום הפקת מתכות ולמזערת עלויות תפעול בתעשיות הכרייה והמטלורגיה.

עקרון שטיפת נתרן ציאניד

נתרן ציאניד, תרכובת חסרת צבע ורעילה ביותר, ממלאת תפקיד מרכזי בתהליך השטיפה. בתמיסה מימית, תחת בסיס

תנאים (בדרך כלל נשמרים על ידי הוספת סיד), ציאניד יוני זהב (CN⁻) מגיבים עם זהב (Au) וכסף (Ag) בנוכחות חמצן. ניתן לייצג את התגובה הכימית הכללית לציאנידציה של זהב כך:

4Au + 8CN⁻+ O₂ + 2H₂O → 4[Au(CN)₂]⁻ + 4OH⁻

תגובה זו מתרחשת בצורה הדומה לקורוזיה אלקטרוכימית. החמצן פועל כחומר חמצון, ומקל על המסת הזהב בתמיסה כיון ציאניד מורכב, [Au(CN)₂]⁻. באופן דומה, כסף פועל לפי מנגנון תגובה דומה.

גורמים משפיעים על יעילות שטיפת ציאניד

מאפייני עפרה

1. גודל החלקיקים

• גודל חלקיקי הטחינה של העפרה הוא בעל חשיבות עליונה. לפני שטיפת ציאניד, יש לטפל בעפרות מראש באמצעות ריסוק, סינון, טחינה ודירוג. עבור עפרות עם מתכות יקרות עדינות או עטופות במארז, טחינה נכונה חיונית להשגת פירוק מונומרים. אם העפרה נטחנת יתר, זה לא רק מגדיל את עלויות הטחינה אלא גם מסתכן בהכנסת זיהומים הניתנים לשטיפה לתשטיפים. בנוסף, טחינת יתר עלולה לעכב את ההפרדה בין מוצק לנוזל, מה שמוביל לפסולת ציאניד ולאובדן זהב מומס. לדוגמה, כאשר מתמודדים עם עפרות זהב המכילות זהב טבעי עדין ומוטמע במארז, גודל חלקיקי טחינה של 38 מיקרומטר עם יחס תכולה של 75% מבטיח לעתים קרובות איזון טוב בין אפקט השטיפה לעלות.

• מצד שני, אם החלקיקים גסים מדי, שטח הפנים הזמין לתגובה של הציאניד עם המתכות היקרות מוגבל, מה שמביא לשטיפה חלקית וליעילות מיצוי מופחתת.

2. מינרלוגיה

• לסוגים שונים של עפרות יש הרכבים מינרלוגיים שונים. עפרות המכילות רמות גבוהות של נחושת, ארסן, אנטימון, גופרית או פחמן עלולות להוות אתגרים לשטיפת ציאניד. לדוגמה, נחושת יכולה ליצור תרכובות ציאניד מורכבות, המתחרות בזהב ובכסף על יוני ציאניד. ארסן ואנטימון יכולים גם להגיב עם ציאניד וחמצן, לצרוך ריאגנטים ולעכב את שטיפת המתכות היקרות. עפרות עשירות בגופרית עשויות לדרוש טיפול מקדים, כגון קלייה או חמצון ביולוגי, כדי לחשוף את המתכות היקרות הכלולות ולהסיר גופרית, אשר אחרת עלולה להפריע לתהליך הציאנידציה.

ריאגנטים כימיים

1. ריכוז ציאניד

• הסכום של סודיום ציאניד הוסיף משפיע באופן משמעותי על יעילות שטיפהבטווח מסוים, ריכוז הציאניד פרופורציונלי לקצב השטיפה של עיסת העפרה. אם תכולת הציאניד נמוכה מדי, אפקט השטיפה של זהב וכסף גרוע, והתהליך איטי, וכרוך בעלויות זמן מיותרות. לעומת זאת, כאשר כמות הציאניד מוגזמת, לאחר שייעילות השטיפה של מתכות יקרות מגיעה לרמה מסוימת, עלייה נוספת בריכוז הציאניד אינה מובילה לשיפור משמעותי בשטיפה, וכתוצאה מכך בזבוז ציאניד ועלייה בעלויות הייצור. לדוגמה, בעת הפקת תרכיז זהב מעפרות זהב בגודל חלקיקים דק, סודיום ציאניד מינון של 1.5 - 3.0 ק"ג/טון מתאים יותר. עם זאת, בייצור בפועל, יש לקבוע את המינון האופטימלי על סמך המאפיינים הספציפיים של העפרה ומבחני ההטבה.

2. סיד (בסיסיות)

• סיד מתווסף לתמיסת הציאניד כחומר בסיסי מגן. מכיוון שליוני ציאניד בתמיסה יש תכונות כימיות לא יציבות והם יכולים להתנדף בקלות לגז מימן ציאניד, שמירה על בסיסיות מתאימה היא קריטית. הוספת סיד לתמיסת הציאנידציה מסייעת לשמור על רמת pH מתאימה של העיסה. על פי ניתוח בדיקות, קצב שטיפת הזהב משתפר משמעותית גם לאחר הוספת סיד. כאשר כמות הסיד שנוספה היא 2 ק"ג/טון ומעלה, ערך ה-pH של העיסה הוא בדרך כלל בין 11 ל-12, וקצב שטיפת הזהב בעיסה מגיע לרמה יציבה וגבוהה יחסית.

תנאי תהליך

1. ריכוז תרחיף

• ריכוז עיסת השטיפה משפיע ישירות על מהירות ויעילות השטיפה של תרכיזי מתכות יקרות. באופן כללי, עיסת שטיפה בריכוז נמוך יותר עם נזילות טובה מאפשרת יעילות שטיפה גבוהה יותר של תרכיזי הזהב והכסף. עם זאת, הדבר עשוי לדרוש עלייה בכמות הריאגנטים הנוספים, כמו גם ציוד גדול יותר ועלויות השקעה גבוהות יותר. כדי לאזן בין יעילות השטיפה של מתכות יקרות לבין עלות הייצור, יש לקבוע ריכוז תרחיף מתאים. עבור עפרות עם גודל חלקיקים עדין, שמירה על ריכוז עיסת של כ-20% - 33% מבטיחה לעיתים קרובות אפקט שטיפה טוב. אם הריכוז גבוה מטווח זה, יעילות השטיפה של מתכות יקרות עשויה לרדת במקום לעלות. בייצור בפועל, ניתן להתאים את הריכוז בהתאם לנסיבות ספציפיות, אך אין להגדיר אותו גבוה מדי.

2. זמן שטיפה

• זמן השטיפה הוא גורם קריטי בתהליך הציאנידציה. בחירת זמן שטיפה מתאים נחוצה כדי להמיס לחלוטין את חלקיקי המתכת היקרה. עם זאת, בזמן שהמתכות היקרות מתמוססות, זיהומים אחרים בעיסה ממשיכים גם הם להתמוסס, מה שיכול להשפיע על קצב ההמסה של זהב וכסף. הארכת זמן השטיפה לא רק שעשויה לא להיות מועילה להמסת חלקיקי המתכת היקרות, אלא גם דורשת ציוד שטיפה גדול יותר ומקום רב יותר, ובכך מגדילה את עלויות הייצור. עבור עפרות עם גודל חלקיקים עדין, שמירה על זמן שטיפה של ציאנידציה על כ-4 שעות היא לרוב אופטימלית. אם זמן השטיפה עולה על 24 שעות, שטיפת המתכות היקרות עלולה להיעצר, וריכוז יוני המתכת היקרות בתמיסה עשוי לרדת.

3. אספקת חמצן

• כפי שמוצג במשוואת התגובה הכימית, חמצן הוא מגיב חיוני בתהליך הציאנידציה. אספקת חמצן מספקת מקדמת את חמצון הזהב והכסף, ומאיצה את תגובת הציאנידציה. בסביבות תעשייתיות, אוויר מוזרם לעתים קרובות דרך עיסת השטיפה כדי לספק חמצן. אם אספקת החמצן אינה מספקת, קצב התגובה יואט, מה שמפחית את יעילות השטיפה הכוללת.

4. תנאי ערבוב

• ערבוב משמש לשיפור המגע בין חלקיקי העפרה, תמיסת הציאניד והחמצן. תנאי ערבוב מתאימים יכולים לשפר את קצב התגובה על ידי הבטחת ערבוב ופיזור טובים יותר של ריאגנטים. עם זאת, ערבוב מוגזם עלול לגרום נזק מכני לחלקיקי העפרה ועלול גם להוביל לצריכת אנרגיה מוגברת.

אסטרטגיות אופטימיזציה

טיפול מקדים בעפרות

1. אופטימיזציה של טחינה

• יישום עקרון "יותר ריסוק ופחות טחינה" יכול לסייע בהפחתת צריכת האנרגיה ובסיכון לטחינת יתר. ניתן להשתמש בטכנולוגיות טחינה מתקדמות, כגון טחינה רב-שלבית ושימוש בעזרי טחינה יעילים במיוחד, כדי להשיג את פיזור גודל החלקיקים הרצוי בצורה מדויקת יותר.

2. טיפול מקדים למינרלים בעייתיים

• עבור עפרות המכילות רמות גבוהות של מינרלים מפריעים, יש לשקול שיטות טיפול מקדים. ניתן להשתמש בקלייה כדי להסיר גופרית ולחמצן חלק מהמינרלים העקשניים, מה שהופך את המתכות היקרות לנגישות יותר לציאניד. ביו-חמצון, המשתמש במיקרואורגניזמים לפירוק מינרלים גופרתיים, הוא גם אלטרנטיבה ידידותית לסביבה עבור סוגים מסוימים של עפרות.

ניהול ריאגנטים

1. אופטימיזציה של ציאניד

• ביצוע בדיקות הטבה סדירות ומדויקות כדי לקבוע את מינון הציאניד האופטימלי עבור קבוצות שונות של עפרות הוא קריטי. בנוסף, ניתן לבחון שימוש בריאגנטים חלופיים מבוססי ציאניד או הוספת אקטיביטורים כדי לשפר את יעילות ההשטפה תוך הפחתת צריכת הציאניד. לדוגמה, מחקרים מסוימים הראו כי הוספת חומרים פעילי שטח מסוימים יכולה לשפר את ההרטבה והתגובה של ציאניד עם חלקיקי עפרה.

2. בקרת אלקליות

• יש לנטר ולהתאים באופן רציף את רמת החומציות (pH) של עיסת השטיפה כדי לשמור על טווח אלקליות אופטימלי. ניתן להתקין מערכות בקרת pH אוטומטיות כדי להבטיח התאמות מדויקות ובזמן, להפחית את הסיכון להתנדפות ציאניד ולמטב את סביבת השטיפה.

אופטימיזציה של פרמטרי תהליך

1. התאמת ריכוז התערובת

• התקינו חיישנים לניטור ריכוז התרחיף בזמן אמת ולהתאים את יחס המים לעפרה בהתאם. ניתן לשלב זאת במערכת בקרה אוטומטית כדי לשמור על ריכוז התרחיף האופטימלי לשטיפה יעילה.

2. אופטימיזציה של זמן שטיפה

• השתמשו בטכניקות ניטור בזמן אמת, כגון ניתוח ריכוז יוני המתכת היקרות בתמיסה במהלך השטיפה, כדי לקבוע את נקודת הסיום המתאימה של תהליך השטיפה. זה יכול למנוע שטיפה מוגזמת ולחסוך זמן ומשאבים.

3. אופטימיזציה של חמצן וערבול

• התקינו חיישני חמצן כדי להבטיח אספקת חמצן מספקת ויציבה. התאימו את מהירות הערבול בהתאם למאפייני העפרה ולשלב השטיפה כדי להשיג את האיזון הטוב ביותר בין יעילות התגובה וצריכת האנרגיה.

סיכום

יעילות שטיפת נתרן ציאניד בהפקת מתכות יקרות מושפעת משילוב מורכב של גורמים הקשורים לעפרות, ריאגנטים ותהליכים. על ידי הבנת גורמים אלה ויישום אסטרטגיות אופטימיזציה מתאימות, תעשיות הכרייה והמטלורגיה יכולות לשפר את יעילות השטיפת, להפחית את עלויות הייצור ולמזער את ההשפעות הסביבתיות הקשורות לשימוש בציאניד. מחקר מתמשך וחדשנות טכנולוגית בתחום זה חיוניים כדי לענות על הביקוש הגובר למתכות יקרות בצורה בת קיימא ויעילה.