عملية استخلاص السيانيد في تعدين الذهب: العملية الكاملة من الذوبان إلى الاستعادة

المقدمة

كان استخراج الذهب من خاماته موضوعًا ذا أهمية بالغة لقرون. ومن بين الطرق المتنوعة المتاحة، استخلاص السيانيد لقد برزت كواحدة من أكثر التقنيات استخدامًا على نطاق واسع في المجال التجاري تعدين الذهب الصناعة. تتيح هذه العملية إذابة الذهب بكفاءة من مواده الأساسية، مما يُمكّن من استخلاص المعدن النفيس بشكل أكثر تركيزًا. ستتناول هذه المقالة عملية استخلاص السيانيد في تعدين الذهب بالكامل، بدءًا من إذابة الذهب في محاليل السيانيد وحتى استخلاصه النهائي.

إذابة الذهب في محاليل السيانيد

التفاعلات الكيميائية المعنية

يعتمد ذوبان الذهب في محاليل السيانيد على سلسلة معقدة من التفاعلات الكيميائية. ويمكن تمثيل التفاعل الكلي بالمعادلة التالية:

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

في هذا التفاعل يتفاعل الذهب (Au) مع سيانيد الصوديوم (NaCN) في وجود الأكسجين (O₂) والماء (H₂O) لتكوين ثنائي سيانيد الصوديوم (Na[Au(CN)₂]) وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH). يُعدّ دور الأكسجين في هذا التفاعل بالغ الأهمية، إذ يعمل كعامل مؤكسد، مما يُسهّل إذابة الذهب.

شروط الذوبان الأمثل

لإذابة الذهب بكفاءة، يجب التحكم في عدة شروط بعناية. يُعد تركيز السيانيد في المحلول عاملاً حاسماً. عادةً، يُستخدم تركيز يتراوح بين 0.05 و0.1% من كلوريد الصوديوم في عملية الاستخلاص. قد يؤدي التركيز العالي إلى زيادة استهلاك السيانيد دون زيادة متناسبة في ذوبان الذهب، بينما قد يؤدي التركيز المنخفض إلى استخلاص بطيء وغير مكتمل.

يلعب الرقم الهيدروجيني (pH) للمحلول دورًا هامًا أيضًا. تكون عملية الاستخلاص أكثر فعالية في وسط قلوي قليلًا، يتراوح بين 9.5 و11. عند هذا الرقم الهيدروجيني، تكون أيونات السيانيد موجودة في شكلها غير المتفكك (HCN)، وهو أكثر تفاعلًا مع الذهب. عادةً ما يتم تعديل الرقم الهيدروجيني بإضافة الجير (CaO) إلى محلول الاستخلاص.

درجة الحرارة عامل مهم آخر. مع أن التفاعل قد يحدث في درجات حرارة الغرفة، إلا أن ارتفاعًا طفيفًا في درجة الحرارة (حوالي ٢٥-٣٥ درجة مئوية) قد يزيد من سرعة ذوبان الذهب. مع ذلك، فإن زيادة درجة الحرارة بشكل مفرط قد تؤدي إلى تحلل السيانيد، مما يقلل من فعاليته.

المعالجة المسبقة للخامات

التكسير والطحن

قبل بدء عملية استخلاص السيانيد، يجب معالجة الخامات الحاملة للذهب مسبقًا. الخطوة الأولى في هذه المعالجة المسبقة عادةً هي: الساحق و طحنتُسحق الخامات لتقليل حجمها، ثم تُطحن إلى جزيئات دقيقة. هذا يزيد من مساحة سطح الخام، مما يسمح بتلامس أكثر فعالية بين جزيئات الذهب ومحلول السيانيد أثناء عملية الاستخلاص.

يتم التحكم في درجة الطحن بدقة. قد يؤدي الإفراط في الطحن إلى تكوين رواسب لزجة، مما قد يسبب مشاكل أثناء خطوات فصل المواد الصلبة عن السائلة اللاحقة. من ناحية أخرى، قد يؤدي الطحن غير الكافي إلى عدم تعرض جزيئات الذهب بشكل كافٍ، مما يؤدي إلى استخلاص غير كامل.

التحميص والأكسدة الحيوية

في بعض الحالات، قد تحتوي خامات الذهب على معادن مقاومة للحرارة تمنع ذوبان الذهب مباشرةً بالسيانيد. وقد تتطلب هذه الخامات طرق معالجة مسبقة إضافية، مثل التحميص أو الأكسدة الحيوية.

تتضمن عملية التحميص تسخين الخام في وجود الهواء لأكسدة المعادن المقاومة للحرارة، مثل الكبريتيدات. تؤدي عملية الأكسدة هذه إلى تفتيت المعادن، مُطلقةً جزيئات الذهب، مما يجعلها أكثر قابليةً للوصول إلى محلول السيانيد.

من ناحية أخرى، تستخدم الأكسدة الحيوية الكائنات الدقيقة لأكسدة المعادن المقاومة للحرارة. وتُعد هذه الطريقة بديلاً صديقًا للبيئة مقارنةً بالتحميص، إذ تعمل بدرجات حرارة منخفضة وتُنتج انبعاثات ضارة أقل. ويتم اختيار الكائنات الدقيقة، وعادةً ما تكون بكتيريا أو فطريات، بناءً على قدرتها على أكسدة المعادن المقاومة للحرارة الموجودة في الخام.

عملية الاستخلاص

الاستخلاص بالخزان المتحرك

يُعدّ الاستخلاص بالخزان المُحرَّك من أكثر الطرق شيوعًا لاستخلاص السيانيد. في هذه العملية، يُخلط الخام المُعالَج مُسبقًا مع محلول السيانيد في خزانات كبيرة مُحرَّكة. تُجهَّز هذه الخزانات بمُحرِّكات تضمن خلطًا دقيقًا للخام والمحلول، مما يُعزِّز التلامس بين جزيئات الذهب وأيونات السيانيد.

قد يختلف وقت الاستخلاص تبعًا لطبيعة الخام وظروف التشغيل. بشكل عام، قد تستغرق عملية الاستخلاص ما بين عدة ساعات وعدة أيام. خلال هذه الفترة، تُؤخذ عينات من السائل المُستَخرَج وتُحَلَّل دوريًا لمراقبة تقدم عملية ذوبان الذهب.

الرشح كومة

يُعدّ استخلاص الذهب من الكومة طريقةً شائعةً أخرى، خاصةً لخامات الذهب منخفضة الجودة. في هذه العملية، يُكدّس الخام المسحوق في أكوام كبيرة على بطانة عازلة. ثم يُرشّ محلول السيانيد على سطح الكومة ويُترك ليتسرب عبر الخام. أثناء مرور المحلول عبر الكومة، يُذيب جزيئات الذهب، ويُجمع المحلول الناتج في قاع الكومة.

يعتبر الاستخلاص بالكومة طريقة أكثر فعالية من حيث التكلفة مقارنة بـ الاستخلاص بالخزان المتحرك لأنها تتطلب استثمارًا أقل في المعدات. ومع ذلك، فهي عملية أبطأ وأكثر ملاءمة للخامات ذات محتوى الذهب المنخفض نسبيًا.

فصل المواد الصلبة والسائلة

تصفية

بعد اكتمال عملية الاستخلاص، تبدأ الخطوة التالية بفصل الرواسب الصلبة (المخلفات) عن المحلول الحامل، الذي يحتوي على الذهب المذاب. يُعد الترشيح من أكثر الطرق شيوعًا لفصل المواد الصلبة عن السائلة. في هذه العملية، يُمرَّر الملاط (خليط من المواد الصلبة والسائلة) عبر وسط ترشيح، مثل قطعة قماش ترشيح أو مكبس ترشيح. تُحفظ الجسيمات الصلبة على وسط الترشيح، بينما يمر السائل (المحلول الحامل) عبره ويُجمع.

يعتمد اختيار وسيط الترشيح على طبيعة الجسيمات الصلبة وظروف التشغيل. على سبيل المثال، في الحالات التي تكون فيها الجسيمات الصلبة دقيقة جدًا، قد يلزم استخدام قماش ترشيح ذي شبك أدق.

صب

الترسيب طريقة أخرى تُستخدم لفصل المواد الصلبة عن السائلة، خاصةً عندما تكون الجسيمات الصلبة كبيرة نسبيًا وتترسب بسهولة. في هذه العملية، يُترك الملاط في خزان الترسيب لفترة من الوقت. تترسب الجسيمات الصلبة في قاع الخزان بفعل الجاذبية، ثم يُصفى السائل الصافّي (المحلول الحامل) بعناية.

الترسيب طريقة أبسط وأقل استهلاكًا للطاقة مقارنةً بالترشيح. مع ذلك، قد لا يكون بنفس الفعالية في فصل الجسيمات الصلبة الدقيقة جدًا.

استعادة الذهب من المحلول الحامل

امتزاز الكربون المنشط

واحدة من أكثر الطرق شيوعاً لاستخلاص الذهب من المحلول الحامل هي امتصاص الكربون المنشطفي هذه العملية، يُضاف الكربون المنشط إلى المحلول المشبع. يتميز مركب الذهب والسيانيد بتقارب قوي مع سطح الكربون المنشط، ونتيجةً لذلك، يُمتص الذهب على جزيئات الكربون.

تُفصل جزيئات الكربون بعد ذلك عن المحلول، عادةً بالغربلة أو الترشيح. ثم يُعالَج الكربون المُحمَّل بالذهب لامتصاص الذهب. ويتم ذلك عادةً بتعريض الكربون لمعالجة بخارية عالية الحرارة أو باستخدام عامل امتصاص كيميائي.

ترسب الزنك

ترسيب الزنك، المعروف أيضًا باسم عملية ميريل-كرو، هو طريقة أخرى لاستخلاص الذهب. في هذه العملية، يُضاف غبار الزنك إلى المحلول المُركّز. يتميز الزنك بشحنة كهربائية موجبة أكثر من الذهب، وبالتالي يُحل محل الذهب من مُركّب الذهب-السيانيد. يُمكن تمثيل التفاعل بالمعادلة التالية:

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

يُشكّل الذهب المُترسب، مع أي زنك غير مُتفاعل، طينًا صلبًا. يُفصل هذا الطين عن المحلول، ويُكرّر الذهب أكثر للحصول على منتج نقي.

تنقية الذهب

صهر

بعد استخلاص الذهب من المحلول المشبع، عادةً ما يحتاج إلى تكرير لإزالة أي شوائب متبقية. يُعد الصهر من أكثر طرق تكرير الذهب شيوعًا. في هذه العملية، تُسخّن المادة المحتوية على الذهب إلى درجة حرارة عالية باستخدام مادة صهر، مثل البوراكس. تساعد هذه المادة على خفض درجة انصهار الذهب، كما تتفاعل مع الشوائب، مكونةً خبثًا يمكن فصله عن الذهب المنصهر.

يُسكب الذهب المنصهر بعد ذلك في قوالب لتشكيل سبائك. يمكن معالجة هذه السبائك أو بيعها كمنتج شبه نهائي.

التكرير الالكتروليتي

التكرير الكهربائي هو طريقة أكثر تطورًا لتكرير الذهب. في هذه العملية، يُوضع الأنود المحتوي على الذهب في خلية كهربائية مع كاثود من الذهب الخالص. عادةً ما يكون الإلكتروليت عبارة عن محلول من كلوريد الذهب أو أملاح الذهب الأخرى. عند مرور تيار كهربائي عبر الخلية، يذوب الذهب من الأنود في الإلكتروليت ثم يترسب على الكاثود.

تذوب الشوائب ذات الموجبة الكهربائية الأعلى من الذهب في الإلكتروليت دون أن تترسب على الكاثود، بينما تبقى الشوائب ذات الموجبة الكهربائية الأقل من الذهب كطين في قاع الخلية. ينتج عن ذلك منتج ذهبي عالي النقاء.

اعتبارات بيئية

إدارة السيانيد

السيانيد مادة شديدة السمية، لذا فإن الإدارة السليمة للسيانيد في عملية تعدين الذهب أمر بالغ الأهمية. يخضع استخدام السيانيد في تعدين الذهب لرقابة صارمة في العديد من الدول للحد من تأثيره على البيئة وصحة الإنسان.

من أهم جوانب إدارة السيانيد منع تسربه. وتتطلب عمليات التعدين أنظمة احتواء مناسبة لمنع تسرب محاليل السيانيد إلى البيئة. كما تُعد معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد أمرًا بالغ الأهمية. وتتوفر عدة طرق لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على السيانيد، مثل الأكسدة الكيميائية، والمعالجة البيولوجية، والتبادل الأيوني.

التخلص من المخلفات

يجب أيضًا التخلص من البقايا الصلبة (المخلفات) الناتجة عن عملية استخلاص الذهب بشكل سليم. قد تحتوي هذه المخلفات على كميات ضئيلة من السيانيد والمعادن الثقيلة الأخرى، والتي قد تُشكل خطرًا على البيئة إذا لم تُدار بشكل صحيح.

من الطرق الشائعة للتخلص من مخلفات التعدين تخزينها في سدود مخصصة لها. صُممت هذه السدود لاحتواء المخلفات ومنع تسرب الملوثات إلى البيئة. في بعض الحالات، قد تُعاد معالجة المخلفات لاستعادة أي معادن ثمينة متبقية أو للحد من الأثر البيئي.

خاتمة

عملية استخلاص السيانيد في تعدين الذهب عملية معقدة ومتعددة الخطوات، تتضمن إذابة الذهب في محاليل السيانيد، والمعالجة المسبقة للخامات، والاستخلاص، وفصل المواد الصلبة عن السائلة، واستخلاص الذهب، والتكرير، والإدارة البيئية. تخضع كل خطوة في هذه العملية لرقابة دقيقة لضمان كفاءة استخراج الذهب واستعادته مع تقليل الأثر البيئي. على الرغم من التحديات المرتبطة باستخدام السيانيد، إلا أن هذه العملية لا تزال طريقة مهمة وواسعة الاستخدام في صناعة تعدين الذهب التجاري، نظرًا لكفاءتها العالية وتكلفتها المنخفضة نسبيًا. ومع ذلك، يجري البحث والتطوير بشكل مستمر لتطوير طرق بديلة أكثر استدامة وصديقة للبيئة.