Proces ługowania cyjankiem w górnictwie złota: kompletny proces od rozpuszczenia do odzyskania

Wprowadzenie

Wydobycie złota z jego rud jest przedmiotem wielkiego zainteresowania od wieków. Spośród różnych dostępnych metod, Wypłukiwanie cyjankiem stała się jedną z najczęściej stosowanych technik w handlu Wydobywanie złota przemysł. Proces ten umożliwia efektywne rozpuszczenie złota z jego materiałów macierzystych, co umożliwia odzyskanie cennego metalu w bardziej skoncentrowanej formie. W tym artykule zagłębimy się w cały proces ługowania cyjankiem w górnictwie złota, od początkowego rozpuszczenia złota w roztworach cyjanku do ostatecznego odzyskania metalu.

Rozpuszczanie złota w roztworach cyjanku

Zachodzące reakcje chemiczne

Rozpuszczanie złota w roztworach cyjanku opiera się na złożonym szeregu reakcji chemicznych. Całkowitą reakcję można przedstawić za pomocą następującego równania:

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

W tej reakcji złoto (Au) reaguje z Cyjanek sodowy (NaCN) w obecności tlenu (O₂) i wody (H₂O) tworząc dicyjanoaurynian sodu (Na[Au(CN)₂]) i wodorotlenek sodu (NaOH). Rola tlenu w tej reakcji jest kluczowa, ponieważ działa on jako środek utleniający, ułatwiając rozpuszczanie złota.

Warunki optymalnego rozpuszczania

Aby skutecznie rozpuścić złoto, należy dokładnie kontrolować kilka warunków. Stężenie cyjanku w roztworze jest czynnikiem krytycznym. Zazwyczaj w procesie ługowania stosuje się stężenie 0.05–0.1% NaCN. Wyższe stężenie może prowadzić do zwiększonego zużycia cyjanku bez proporcjonalnego wzrostu rozpuszczania złota, podczas gdy niższe stężenie może skutkować powolnym i niepełnym ługowaniem.

pH roztworu również odgrywa znaczącą rolę. Proces ługowania jest najskuteczniejszy w lekko zasadowym środowisku, o zakresie pH 9.5–11. Przy tym pH jony cyjankowe występują w formie niezdysocjowanej (HCN), która jest bardziej reaktywna w stosunku do złota. Dostosowanie pH odbywa się zazwyczaj poprzez dodanie wapna (CaO) do roztworu ługującego.

Temperatura jest kolejnym ważnym parametrem. Chociaż reakcja może zachodzić w temperaturach otoczenia, lekko podwyższona temperatura około 25 - 35°C może zwiększyć szybkość rozpuszczania złota. Jednak zbytnie zwiększenie temperatury może prowadzić do rozkładu cyjanku, zmniejszając jego skuteczność.

Wstępna obróbka rud

Kruszenie i mielenie

Zanim rozpocznie się proces ługowania cyjankiem, rudy zawierające złoto muszą zostać poddane wstępnej obróbce. Pierwszym krokiem w tej wstępnej obróbce jest zazwyczaj Rozdrabnianie oraz Przemiał. Rudy są kruszone w celu zmniejszenia ich rozmiaru, a następnie mielone na drobne cząsteczki. Zwiększa to powierzchnię rudy, umożliwiając bardziej efektywny kontakt między cząsteczkami złota a roztworem cyjanku podczas procesu ługowania.

Stopień zmielenia jest starannie kontrolowany. Nadmierne zmielenie może prowadzić do tworzenia się drobnych szlamów, które mogą powodować problemy podczas kolejnych etapów rozdzielania ciała stałego od cieczy. Z drugiej strony, niedostateczne zmielenie może skutkować niewystarczającą ekspozycją cząstek złota, co prowadzi do niepełnego wypłukiwania.

Prażenie i biooksydacja

W niektórych przypadkach rudy złota mogą zawierać minerały oporne, które zapobiegają bezpośredniemu rozpuszczeniu złota przez cyjanek. W przypadku takich rud mogą być wymagane dodatkowe metody wstępnej obróbki, takie jak prażenie lub biooksydacja.

Prażenie polega na ogrzewaniu rudy w obecności powietrza w celu utlenienia ogniotrwałych minerałów, takich jak siarczki. Ten proces utleniania rozkłada minerały, uwalniając cząsteczki złota i czyniąc je bardziej dostępnymi dla roztworu cyjanku.

Z drugiej strony biooksydacja wykorzystuje mikroorganizmy do utleniania minerałów opornych. Jest to bardziej przyjazna dla środowiska alternatywa dla prażenia, ponieważ działa w niższych temperaturach i wytwarza mniej szkodliwych emisji. Mikroorganizmy, zazwyczaj bakterie lub grzyby, są wybierane na podstawie ich zdolności do utleniania określonych minerałów opornych obecnych w rudzie.

Proces ługowania

Wypłukiwanie w zbiorniku mieszanym

Ługowanie w mieszanym zbiorniku jest jedną z najpopularniejszych metod ługowania cyjankiem. W tym procesie wstępnie przetworzona ruda jest mieszana z roztworem cyjanku w dużych mieszanych zbiornikach. Zbiorniki są wyposażone w mieszadła, które zapewniają dokładne wymieszanie rudy i roztworu, co sprzyja kontaktowi między cząsteczkami złota a jonami cyjanku.

Czas ługowania może się różnić w zależności od rodzaju rudy i warunków eksploatacji. Ogólnie rzecz biorąc, proces ługowania może trwać od kilku godzin do kilku dni. W tym czasie próbki odcieku są okresowo pobierane i analizowane w celu monitorowania postępu rozpuszczania złota.

Wymywanie hałdy

Ługowanie hałdowe to kolejna szeroko stosowana metoda, szczególnie w przypadku rud złota o niskiej zawartości. W tym procesie kruszona ruda jest układana w duże hałdy na nieprzepuszczalnej wyściółce. Następnie roztwór cyjanku jest rozpylany na wierzch hałdy i pozwala się mu przesiąkać przez rudę. Gdy roztwór przechodzi przez hałdę, rozpuszcza cząsteczki złota, a powstały roztwór ciężarny jest zbierany na dnie hałdy.

Ługowanie z pryzmy jest metodą bardziej opłacalną w porównaniu Wypłukiwanie w mieszanym zbiorniku ponieważ wymaga mniejszych nakładów inwestycyjnych w sprzęt. Jest to jednak wolniejszy proces i bardziej odpowiedni dla rud o stosunkowo niskiej zawartości złota.

Separacja ciało stałe-ciecz

Sączenie

Po zakończeniu procesu ługowania, następnym krokiem jest oddzielenie stałych pozostałości (odpadów) od roztworu ciężarnego, który zawiera rozpuszczone złoto. Filtracja jest jedną z najczęściej stosowanych metod separacji ciała stałego od cieczy. W tym procesie zawiesina (mieszanina ciała stałego i cieczy) jest przepuszczana przez medium filtracyjne, takie jak tkanina filtracyjna lub prasa filtracyjna. Cząstki stałe są zatrzymywane na medium filtracyjnym, podczas gdy ciecz (roztwór ciężarny) przechodzi i jest zbierana.

Wybór medium filtracyjnego zależy od rodzaju cząstek stałych i warunków pracy. Na przykład w przypadkach, gdy cząstki stałe są bardzo drobne, może być wymagana drobniejsza tkanina filtracyjna.

Dekantacja

Dekantacja to kolejna metoda, która może być stosowana do rozdzielania ciał stałych od cieczy, zwłaszcza gdy cząstki stałe są stosunkowo duże i łatwo opadają. W tym procesie zawiesinę pozostawia się w zbiorniku osadowym na pewien czas. Cząstki stałe osiadają na dnie zbiornika pod wpływem grawitacji, a następnie ostrożnie zlewa się klarowny płyn supernatantowy (roztwór ciążowy).

Dekantacja jest prostszą i mniej energochłonną metodą w porównaniu do filtracji. Może jednak nie być tak skuteczna w oddzielaniu bardzo drobnych cząstek stałych.

Odzyskiwanie złota z roztworu ciężarnego

Adsorpcja węgla aktywnego

Jedną z najczęstszych metod odzyskiwania złota z roztworu ciężarnego jest Adsorpcja węgla aktywnegoW tym procesie węgiel aktywowany jest dodawany do roztworu ciężarnego. Kompleks złoto-cyjanek ma silne powinowactwo do powierzchni węgla aktywowanego, w wyniku czego złoto jest adsorbowane na cząsteczkach węgla.

Cząstki węgla są następnie oddzielane od roztworu, zwykle przez przesiewanie lub filtrację. Następnie węgiel obciążony złotem jest dalej przetwarzany w celu desorpcji złota. Zazwyczaj odbywa się to poprzez poddanie węgla obróbce parą o wysokiej temperaturze lub przy użyciu chemicznego środka desorpcyjnego.

Wytrącanie się cynku

Wytrącanie cynku, znane również jako proces Merrilla-Crowe'a, jest inną metodą odzyskiwania złota. W tym procesie pył cynkowy jest dodawany do roztworu ciężarnego. Cynk jest bardziej elektrododatni niż złoto i w rezultacie wypiera złoto z kompleksu złoto-cyjankowego. Reakcję można przedstawić za pomocą następującego równania:

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

Wytrącone złoto, wraz z wszelkim niereagującym cynkiem, tworzy stały osad. Następnie osad ten oddziela się od roztworu, a złoto jest dalej rafinowane w celu uzyskania czystego produktu.

Rafinacja złota

Wytapianie

Po odzyskaniu złota z roztworu ciężarnego, zazwyczaj należy je rafinować, aby usunąć wszelkie pozostałe zanieczyszczenia. Wytapianie jest jedną z najczęstszych metod rafinacji złota. W tym procesie materiał zawierający złoto jest podgrzewany do wysokiej temperatury w obecności topnika, takiego jak boraks. Topnik pomaga obniżyć temperaturę topnienia złota, a także reaguje z zanieczyszczeniami, tworząc żużel, który można oddzielić od stopionego złota.

Następnie stopione złoto wlewa się do form, aby utworzyć sztabki. Sztabki te można dalej przetwarzać lub sprzedawać jako półprodukt.

Rafinacja elektrolityczna

Rafinacja elektrolityczna jest bardziej zaawansowaną metodą rafinacji złota. W tym procesie anoda zawierająca złoto jest umieszczana w ogniwie elektrolitycznym wraz z katodą z czystego złota. Elektrolit jest zwykle roztworem chlorku złota lub innych soli złota. Gdy przez ogniwo przepływa prąd elektryczny, złoto z anody rozpuszcza się w elektrolicie, a następnie osadza się na katodzie.

Zanieczyszczenia, które są bardziej elektrododatnie niż złoto rozpuszczają się w elektrolicie, ale nie osadzają się na katodzie, podczas gdy zanieczyszczenia, które są mniej elektrododatnie niż złoto, pozostają jako osad na dnie ogniwa. W rezultacie powstaje produkt ze złota o bardzo wysokiej czystości.

Względy środowiskowe

Zarządzanie cyjankiem

Cyjanek jest substancją wysoce toksyczną, a właściwe zarządzanie cyjankiem w procesie wydobycia złota ma ogromne znaczenie. Stosowanie cyjanku w wydobyciu złota jest ściśle regulowane w wielu krajach, aby zminimalizować jego wpływ na środowisko i zdrowie ludzi.

Jednym z kluczowych aspektów zarządzania cyjankiem jest zapobieganie wyciekom cyjanku. Zakłady górnicze muszą mieć odpowiednie systemy zabezpieczające, aby zapobiec wyciekaniu roztworów zawierających cyjanek do środowiska. Ponadto kluczowe jest również oczyszczanie ścieków zawierających cyjanek. Istnieje kilka metod oczyszczania ścieków zawierających cyjanek, takich jak utlenianie chemiczne, oczyszczanie biologiczne i wymiana jonowa.

Utylizacja odpadów

Stałe pozostałości (odpady) powstałe po procesie odzyskiwania złota również muszą zostać odpowiednio zutylizowane. Odpady mogą zawierać śladowe ilości cyjanku i innych metali ciężkich, które mogą stanowić zagrożenie dla środowiska, jeśli nie będą odpowiednio zarządzane.

Jedną z powszechnych metod utylizacji odpadów jest ich składowanie w zaporach odpadów. Zapory te są zaprojektowane tak, aby zatrzymać odpady i zapobiec uwalnianiu zanieczyszczeń do środowiska. W niektórych przypadkach odpady mogą być również ponownie przetwarzane w celu odzyskania pozostałych cennych minerałów lub zmniejszenia wpływu na środowisko.

Podsumowanie

Proces ługowania cyjankiem w górnictwie złota jest złożonym i wieloetapowym procesem, który obejmuje rozpuszczanie złota w roztworach cyjanku, wstępną obróbkę rud, ługowanie, separację ciała stałego od cieczy, odzyskiwanie złota, rafinację i zarządzanie środowiskiem. Każdy etap tego procesu jest starannie kontrolowany, aby zapewnić skuteczną ekstrakcję i odzysk złota przy jednoczesnym zminimalizowaniu wpływu na środowisko. Pomimo wyzwań związanych ze stosowaniem cyjanku, proces ten pozostaje ważną i szeroko stosowaną metodą w komercyjnym przemyśle wydobywczym złota ze względu na wysoką wydajność i stosunkowo niskie koszty. Jednak trwają ciągłe badania i prace rozwojowe w celu opracowania alternatywnych metod, które są bardziej przyjazne dla środowiska i zrównoważone.