Cyanidlaugungsprozess bei der Golderzverarbeitung

Einführung

Die Cyanidlaugung spielt bei der Goldgewinnung eine entscheidende und nahezu unersetzliche Rolle in der globalen Goldindustrie. Gold, aufgrund seines hohen Wertes als Edelmetall, ist seit Jahrtausenden ein begehrtes Gut der Menschheit. Von seiner Bedeutung als Symbol für Reichtum und Macht in antiken Zivilisationen bis hin zu seinen modernen Anwendungen in Schmuck, Elektronik und als Anlageprodukt ist die Nachfrage nach Gold ungebrochen hoch.

Das Cyanidlaugungsverfahren ist seit über einem Jahrhundert ein Eckpfeiler der Goldgewinnung. Seine Bedeutung liegt in der Fähigkeit, Gold effizient aus einer Vielzahl von Erzen zu gewinnen. Vor der Entwicklung des Cyanidlaugungsverfahrens waren Goldgewinnungsmethoden oft arbeitsintensiv, weniger effizient und umweltschädlicher. Beispielsweise wurde bei der Amalgamierung, einer früheren Methode der Goldgewinnung, Quecksilber zur Bindung von Goldpartikeln verwendet. Dieses Verfahren hatte jedoch erhebliche Nachteile, darunter die hohe Toxizität von Quecksilber und relativ niedrige Ausbeuteraten für einige Erze.

Im Gegensatz dazu revolutionierte das Cyanidlaugungsverfahren den Goldbergbau. Durch den Einsatz von Cyanidlösungen können selbst fein im Erz verteilte Goldpartikel relativ effizient aufgelöst werden. Dies ermöglicht Bergbauunternehmen die Goldgewinnung aus Erzen, deren Verarbeitung bislang als unwirtschaftlich galt. Tatsächlich beruht ein großer Teil der heutigen weltweiten Goldproduktion, schätzungsweise über 80 %, in irgendeiner Form auf dem Cyanidlaugungsverfahren. Ob in großen Tagebauen in Südafrika, den USA oder in Untertagebauen in Australien und China – das Cyanidlaugungsverfahren ist die bevorzugte Methode zur Goldgewinnung. Seine weite Verbreitung zeugt von seiner Effektivität und Wirtschaftlichkeit im komplexen und wettbewerbsintensiven Goldbergbau.

Was ist der Cyanidlaugungsprozess?

Die Cyanidlaugung ist im Kern ein chemisches Extraktionsverfahren, das die einzigartigen chemischen Eigenschaften von Cyanidionen nutzt. Im Kontext der Goldgewinnung beruht ihr grundlegendes Prinzip auf der Komplexierungsreaktion zwischen Cyanidionen (CN⁻) und freiem Gold.

Gold kommt in der Natur oft in freiem Zustand vor, selbst wenn es in anderen Mineralien eingeschlossen ist. Sobald die umschließenden Mineralien aufgebrochen werden, wird das Gold als elementares Gold freigelegt. Die Cyanidionen haben eine starke Affinität zu Gold. Wird ein goldhaltiges Erz einer cyanidhaltigen Lösung ausgesetzt, bilden die Cyanidionen einen stabilen Komplex mit den Goldatomen. Die chemische Reaktion lässt sich durch die folgende Gleichung darstellen:

4Au + 8NaCN + O_2 + 2H_2O = 4Na[Au(CN)_2] + 4NaOH. Bei dieser Reaktion verbinden sich die Goldatome unter Einwirkung von Sauerstoff mit den Cyanidionen zu einem löslichen Gold-Cyanid-Komplex, Natriumdicyanoaurat (Na[Au(CN)_2]). Durch diese Umwandlung löst sich das ursprünglich im festen Erz enthaltene Gold in der Lösung auf und wird so von den anderen nicht-goldhaltigen Bestandteilen des Erzes getrennt.

Streng genommen fällt die Cyanidlaugung nicht in den traditionellen Bereich der Mineralaufbereitung, sondern wird als Hydrometallurgie klassifiziert. Die Mineralaufbereitung umfasst typischerweise physikalische Trennverfahren wie Zerkleinern, Mahlen, Flotation und Schwerkrafttrennung, um wertvolle Mineralien von Gangmineralien zu trennen. Im Gegensatz dazu nutzt die Hydrometallurgie chemische Reaktionen, um Metalle in einer wässrigen Lösung aus ihren Erzen zu extrahieren. Die Cyanidlaugung, die auf chemischen Reaktionen zur Auflösung von Gold in einer cyanidhaltigen Lösung beruht, gehört eindeutig zum Bereich der Hydrometallurgie. Diese Klassifizierung ist wichtig, da sie die Cyanidlaugung von anderen, eher physikalisch basierten Erzaufbereitungstechniken unterscheidet und ihren chemisch-reaktionsgetriebenen Charakter bei der Goldgewinnung hervorhebt.

Arten von Cyanidlaugungsprozessen: CIP und CIL

Im Bereich der Cyanidlaugungsverfahren zur Goldgewinnung zeichnen sich zwei Hauptmethoden aus: das Carbon-in-Pulp-Verfahren (CIP) und das Carbon-in-Leach-Verfahren (CIL).

Das CIP-Verfahren zeichnet sich durch einen sequentiellen Ablauf aus. Zunächst wird der goldhaltige Erzbrei extrahiert. Dabei wird das Erz mit einer cyanidhaltigen Lösung vermischt. Unter den richtigen Bedingungen hinsichtlich Sauerstoffverfügbarkeit, pH-Wert und Temperatur bildet das Gold im Erz einen löslichen Komplex mit den Cyanidionen, wie in der grundlegenden Cyanidlaugungsreaktion beschrieben. Nach Abschluss des Laugungsprozesses wird Aktivkohle in den Brei eingebracht. Die Aktivkohle adsorbiert anschließend den Gold-Cyanid-Komplex aus der Lösung. Diese Trennung von Laugungs- und Adsorptionsschritten ermöglicht in manchen Fällen einen kontrollierteren und optimierten Prozess. Beispielsweise können in Minen, in denen das Erz eine relativ stabile Zusammensetzung aufweist und die Laugungsbedingungen präzise eingehalten werden können, mit dem CIP-Verfahren hohe Goldausbeuteraten erzielt werden.

Das CIL-Verfahren hingegen verfolgt einen integrierten Ansatz. Dabei werden das Gold aus dem Erz ausgelaugt und der Gold-Cyanid-Komplex durch Aktivkohle adsorbiert. Dies wird durch die Zugabe von Aktivkohle direkt in die Laugungstanks erreicht. Der Vorteil des CIL-Verfahrens liegt in der effizienteren Nutzung von Ausrüstung und Zeit. Da Laugung und Adsorption kombiniert werden, sind weder zusätzliche Ausrüstung noch zusätzlicher Zeitaufwand für den Transport der Trübe zwischen Laugungs- und Adsorptionsstufe erforderlich. Dies reduziert den Platzbedarf der Verarbeitungsanlage und kann zu Kosteneinsparungen bei Investitionen und Betriebsausgaben führen. Beispielsweise kann das CIL-Verfahren im groß angelegten Bergbau, bei dem der Durchsatz ein entscheidender Faktor ist, ein größeres Erzvolumen in kürzerer Zeit verarbeiten und so die Produktionseffizienz maximieren.

In den letzten Jahren wurde das CIL-Verfahren weltweit zunehmend von Cyanidlaugungsanlagen eingesetzt. Die effizientere Nutzung der Produktionsanlagen verschafft ihm in vielen Fällen einen Vorteil gegenüber dem CIP-Verfahren. Der kontinuierliche Charakter des CIL-Verfahrens führt zudem zu einem stabileren Betrieb mit geringeren Qualitätsschwankungen des Endprodukts. Zudem verringert die reduzierte Anzahl an Prozessschritten im CIL-Verfahren die Fehler- und Verlustgefahr beim Materialtransfer zwischen den verschiedenen Prozessstufen. Die Entscheidung zwischen CIP und CIL ist jedoch nicht immer einfach. Sie hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Art des Erzes, dem Umfang des Bergbaubetriebs, dem verfügbaren Investitionskapital und den lokalen Umwelt- und behördlichen Vorschriften. Einige Bergwerke bevorzugen möglicherweise dennoch das CIP-Verfahren, da es besser verstanden und segmentierter ist und unter bestimmten Umständen einfacher zu handhaben ist.

Wichtige Anforderungen im Cyanidlaugungsprozess

Mahlfeinheit

Die Mahlfeinheit spielt bei der Cyanidlaugung eine entscheidende Rolle. Da die Wirksamkeit der Cyanidlaugung von der Freilegung des eingeschlossenen Goldes abhängt, ist sorgfältiges Mahlen unerlässlich. In typischen CIP-Anlagen (Carbon-in-Pulp) sind die Anforderungen an die Mahlfeinheit des Erzes für die Cyanidlaugung sehr streng. Im Allgemeinen sollte der Anteil der Partikel mit einer Größe von -0.074 mm 80–95 % erreichen. In einigen Minen, in denen das Gold in einem 浸染-ähnlichen Muster verteilt ist, ist die Mahlfeinheit sogar noch anspruchsvoller: Der Anteil der Partikel mit einer Größe von -0.037 mm muss über 95 % liegen.

Um eine solch feine Mahlung zu erreichen, reicht ein einstufiger Mahlvorgang oft nicht aus. Meist ist ein zwei- oder sogar dreistufiger Mahlvorgang erforderlich. In einer großen Goldmine in Westaustralien beispielsweise wird das Erz einem zweistufigen Mahlprozess unterzogen. In der ersten Stufe wird die Partikelgröße mithilfe einer Kugelmühle mit großer Kapazität bis zu einem gewissen Grad reduziert, anschließend wird das Produkt in einer Rührwerksmühle der zweiten Stufe weiter gemahlen. Dieser mehrstufige Mahlprozess kann die Partikelgröße des Erzes schrittweise reduzieren und so sicherstellen, dass die Goldpartikel vollständig freigelegt werden und während der Cyanidlaugung effektiv mit der Cyanidlösung reagieren können. Wird der Mahlgrad nicht eingehalten, werden die Goldpartikel möglicherweise nicht vollständig freigelegt, was zu einer unvollständigen Auflösung während der Cyanidlaugung und einer deutlichen Verringerung der Goldausbeute führt.

Verhinderung der Cyanidhydrolyse

Die im Cyanidierungsverfahren üblicherweise verwendeten Cyanidverbindungen, wie Kaliumcyanid (KCN), Natriumcyanid (NaCN) und Calciumcyanid (Ca(CN)₂), sind Salze starker Basen und schwacher Säuren. In wässriger Lösung neigen sie zu Hydrolysereaktionen. Die Hydrolysereaktion von Natriumcyanid kann durch folgende Gleichung dargestellt werden:

NaCN + H_2O\rightleftharpoons HCN+NaOH. Da Cyanwasserstoff (HCN) flüchtig ist, führt dieser Hydrolyseprozess zu einer Verringerung der Cyanidionenkonzentration (CN^-) im Zellstoff, was sich nachteilig auf die Cyanidlaugungsreaktion auswirkt.

Um dieses Problem zu lösen, ist die Erhöhung der Hydroxidionenkonzentration (OH^-) am effektivsten, was einer Erhöhung des pH-Werts der Lösung entspricht. In industriellen Anwendungen ist Kalk (CaO) das am häufigsten verwendete und kostengünstigste Mittel zur pH-Regulierung. Wird Kalk einer Lösung zugesetzt, reagiert er mit Wasser zu Calciumhydroxid (Ca(OH)_2), das dissoziiert und Hydroxidionen freisetzt, wodurch der pH-Wert steigt. Die Reaktion von Kalk mit Wasser lautet: CaO + H_2O = Ca(OH)_2 & Ca(OH)_2 \ rightleftharpoons Ca^{2 + } + 2OH^- .

Bei der Verwendung von Kalk zur Einstellung des pH-Werts ist jedoch zu beachten, dass Kalk auch eine flockulierende Wirkung hat. Um sicherzustellen, dass der Kalk gleichmäßig verteilt ist und seine Rolle effektiv erfüllen kann, wird er üblicherweise während des Mahlvorgangs zugegeben. In einer Goldmine in Südafrika wird der Kugelmühle während des Mahlvorgangs Kalk zugegeben. Dadurch wird nicht nur der Kalk vollständig mit dem Erzschlamm vermischt, sondern auch die starke mechanische Bewegung in der Kugelmühle ausgenutzt, um sicherzustellen, dass der Kalk gleichmäßig im Schlamm verteilt wird. Dies verhindert wirksam die Hydrolyse von Cyanid und aufrechterhalten eine stabile Konzentration von Cyanidionen im anschließenden Cyanidierungsprozess. Im Allgemeinen führt ein pH-Wert im Bereich von 10 bis 11 bei Carbon-in-Pulp-Verfahren zu den besten Ergebnissen.

Kontrolle der Zellstoffkonzentration

Die Konzentration des Zellstoffs hat einen erheblichen Einfluss auf den Kontakt zwischen Gold und Cyanid sowie zwischen dem Gold-Cyanid-Komplex und der Aktivkohle. Bei zu hoher Zellstoffkonzentration neigen die Partikel eher dazu, sich auf der Oberfläche der Aktivkohle abzulagern, was die effektive Adsorption des Gold-Cyanid-Komplexes durch die Aktivkohle behindert. Ist die Zellstoffkonzentration hingegen zu niedrig, neigen die Partikel dazu, sich leicht abzusetzen. Um den richtigen pH-Wert und die richtige Cyanidkonzentration aufrechtzuerhalten, müssen große Mengen an Reagenzien zugesetzt werden, was die Produktionskosten erhöht.

Durch jahrelange Produktionspraxis wurde festgestellt, dass für die Goldgewinnung mit Kohlenstoff im Zellstoff eine Zellstoffkonzentration von 40–45 % und eine Cyanidkonzentration von 300–500 ppm besser geeignet sind. Beispielsweise wurden in einer Goldaufbereitungsanlage in Nevada, USA, durch die Beibehaltung der Zellstoffkonzentration in diesem Bereich konstant hohe Goldausbeuteraten erzielt. Da die Endproduktkonzentration des zwei- bis dreistufigen Mahlvorgangs jedoch in der Regel unter 20 % liegt, muss der Zellstoff vor dem Laugungsprozess einem Eindickungsprozess unterzogen werden.

Der Eindickungsvorgang erfolgt üblicherweise in einem Eindicker. Das Prinzip des Eindickers besteht darin, den Sedimentationseffekt zu nutzen, um die Feststoffpartikel von der Flüssigkeit im Brei zu trennen und so die Konzentration des Breis zu erhöhen. In modernen Goldaufbereitungsanlagen werden häufig hocheffiziente Eindicker eingesetzt. Diese Eindicker sind mit fortschrittlichen Flockungs- und Sedimentationskontrollsystemen ausgestattet, die die Breikonzentration schnell und effektiv auf das für die nachfolgende Cyanidlaugung erforderliche Niveau erhöhen und so einen reibungslosen Ablauf des Cyanidlaugungsprozesses und eine hocheffiziente Goldgewinnung gewährleisten.

Cyanidlaugungs-Auslaugungsmechanismus

Belüftung und Oxidationsmittel

Die Cyanidlaugung ist ein aerober Prozess, was sich anhand der chemischen Reaktionsgleichung deutlich zeigen lässt. Die Hauptreaktion für die Goldauflösung bei der Cyanidlaugung lautet: 4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O = 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH. Aus dieser Gleichung geht hervor, dass Sauerstoff (O₂) eine entscheidende Rolle in der Reaktion spielt. Während des Produktionsprozesses kann die Zufuhr von Sauerstoff die Laugungsrate deutlich beschleunigen. Dies liegt daran, dass Sauerstoff an der Redoxreaktion teilnimmt und so die Oxidation des Goldes und dessen anschließende Komplexierung mit Cyanidionen begünstigt . Beispielsweise wird in vielen Goldaufbereitungsanlagen üblicherweise Druckluft in die cyanidhaltige Lösung eingeleitet. Der Sauerstoff in der Luft schafft das notwendige oxidierende Milieu für einen reibungslosen Reaktionsablauf.

Neben der Belüftung kann auch die Zugabe von Oxidationsmitteln den Laugungsprozess beschleunigen. Wasserstoffperoxid (H₂O₂) ist ein häufig verwendetes Oxidationsmittel in der Cyanidlaugung. Die Zugabe von Wasserstoffperoxid kann zusätzliche aktive Sauerstoffspezies liefern, die die Oxidation von Gold und die Auflösung goldhaltiger Mineralien weiter fördern. Die Reaktion von Wasserstoffperoxid mit Gold in Gegenwart von Cyanid lässt sich durch die folgende Gleichung darstellen: 2Au + 2NaCN + H₂O₂ = 2Na[Au(CN)₂] + 4NaOH. Diese Reaktion zeigt, dass Wasserstoffperoxid einen Teil der Sauerstofffunktion in der Cyanidlaugungsreaktion übernehmen und unter bestimmten Bedingungen die Laugungsrate beschleunigen kann.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass eine übermäßige Menge an Oxidationsmitteln negative Auswirkungen haben kann. Eine zu hohe Menge an Oxidationsmittel kann die Oxidation von Cyanid-Ionen verursachen. Beispielsweise kann Wasserstoffperoxid mit Cyanid-Ionen zu Cyanat-Ionen (CNO^-) reagieren. Die Reaktion läuft wie folgt ab: CN^-+H_2O_2 = CNO^-+H_2O . Die Bildung von Cyanat-Ionen reduziert die Cyanid-Ionen-Konzentration in der Lösung, die für die Komplexierung mit Gold unerlässlich ist. Dies kann die Goldlaugungseffizienz verringern und den gesamten Produktionsprozess negativ beeinflussen. Daher muss die Dosierung der Oxidationsmittel sorgfältig kontrolliert werden, um eine optimale Leistung des Cyanidlaugungsprozesses zu gewährleisten.

Reagenzdosierung

Theoretisch unterliegt die Komplexierungsreaktion zwischen Gold und Cyanid einem spezifischen stöchiometrischen Verhältnis. Aus der chemischen Gleichung 4Au + 8NaCN + O_2 + 2H_2O = 4Na[Au(CN)_2] + 4NaOH lässt sich berechnen, dass 1 Mol Gold (Au) 2 Mol Cyanidionen (CN^-) zur Komplexierung benötigt. Bezogen auf die Masse benötigt etwa 1 Gramm Gold etwa 0.5 Gramm Cyanid als Lauge. Diese Berechnung liefert einen grundlegenden Anhaltspunkt für die benötigte Reagenzienmenge im Cyanidierungsprozess.

In der tatsächlichen Produktion ist die Situation jedoch aufgrund des Vorhandenseins anderer Mineralien im goldhaltigen Erz deutlich komplexer. Mineralien wie Silber (Ag), Kupfer (Cu), Blei (Pb) und Zink (Zn) können ebenfalls mit Cyanidionen reagieren. Beispielsweise kann Kupfer verschiedene Kupfer-Cyanid-Komplexe bilden. Die Reaktion von Kupfer mit Cyanid lässt sich wie folgt beschreiben: Cu^{2 + }+4CN^-=[Cu(CN)_4]^{2 - } . Diese konkurrierenden Reaktionen verbrauchen eine erhebliche Menge Cyanid, was die tatsächlich benötigte Dosierung erhöht.

Daher kann die Bestimmung der Reagenziendosierung in der Praxis nicht allein auf theoretischen Berechnungen beruhen. Sie sollte vielmehr an die endgültige Auslaugungsrate angepasst werden. Bei sich ändernden Erzeigenschaften ist eine kontinuierliche Überwachung und Anpassung der Reagenziendosierung erforderlich. Generell gilt eine 200- bis 500-mal höhere Cyaniddosierung als sinnvoll. Diese große Abweichungsbreite ist auf die Variabilität der Erzzusammensetzung und die komplexen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Mineralien zurückzuführen. Durch eine genaue Überwachung der Auslaugungsrate und eine entsprechende Anpassung der Reagenziendosierung kann der Goldgewinnungsprozess effizienter und wirtschaftlicher gestaltet werden.

Mehrstufige Laugung und Laugungszeit

Um die Stabilität des Dauerbetriebs zu gewährleisten und eine relativ stabile Cyanidionenkonzentration in der Lösung aufrechtzuerhalten, wird häufig eine mehrstufige Laugung angewendet. In einem mehrstufigen Laugungssystem durchläuft der Erzbrei nacheinander mehrere Laugungstanks. Jeder Tank trägt zur kontinuierlichen Auflösung des Goldes und zur Aufrechterhaltung der Cyanidionenkonzentration bei. Während der Brei von einem Tank zum nächsten wandert, bildet sich allmählich der Gold-Cyanid-Komplex und die Konzentration freier Cyanidionen wird angepasst, um einen reibungslosen Reaktionsablauf zu gewährleisten. Dieses stufenweise Vorgehen hilft, Schwankungen der Reaktionsbedingungen abzupuffern und bietet eine stabilere Umgebung für den Cyanidlaugungsprozess. Beispielsweise kommt in einem groß angelegten Goldabbaubetrieb in Westaustralien ein fünfstufiges Laugungssystem zum Einsatz. Die erste Stufe leitet den Laugungsprozess ein, und die nachfolgenden Stufen extrahieren weiteres Gold und halten das Cyanidionengleichgewicht aufrecht, was zu einer hohen und stabilen Goldlaugungseffizienz führt.

Die Laugungszeit ist ein entscheidender Faktor bei der Bestimmung des Volumens des Laugungstanks. Es gibt jedoch keine einfache und universelle Formel zur Berechnung der Laugungszeit. Jede Carbon-in-Pulp- (CIP) oder Carbon-in-Leach- (CIL) Anlage ist auf experimentelle Daten angewiesen, um die angemessene Laugungszeit zu bestimmen. Dies liegt daran, dass die Laugungszeit von mehreren Faktoren beeinflusst wird, einschließlich der Art und Zusammensetzung des Erzes, der Konzentration der Reagenzien, der Temperatur und der Rührintensität. In einer Goldverarbeitungsanlage in Südafrika beispielsweise wurden vor dem Bau der Anlage umfangreiche Tests im Labor- und Pilotmaßstab durchgeführt. Diese Tests beinhalteten das Variieren der Laugungszeit und die Überwachung der Goldlaugungsrate unter verschiedenen Bedingungen. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen wurde die optimale Laugungszeit für den spezifischen Erztyp, der in dieser Anlage verarbeitet wird, auf 24 Stunden festgelegt.

Wenn sich eine Anlage blind auf Erfahrungswerte verlässt, ohne entsprechende Tests durchzuführen, ist die Wahrscheinlichkeit von Produktionsausfällen sehr hoch. Beispielsweise versuchte ein kleiner Goldbergbaubetrieb in einer bestimmten Region, die Laugungszeit einer benachbarten Mine als Referenz zu verwenden, ohne die Unterschiede in den Erzeigenschaften zu berücksichtigen. Infolgedessen war die Goldlaugungsrate deutlich niedriger als erwartet, und die Produktionskosten stiegen aufgrund der ineffizienten Laugung und des zusätzlichen Reagenzienverbrauchs erheblich. Daher ist die genaue Bestimmung der Laugungszeit anhand experimenteller Daten für den erfolgreichen Betrieb einer Cyanidlaugungs-Goldgewinnungsanlage unerlässlich.

Nachcyanidierungsvorgänge

Sobald die goldhaltige Aktivkohle, die sogenannte beladene Aktivkohle, eine Goldadsorption von über 3000 g/t erreicht, gilt der gesamte Adsorptionsprozess von Aktivkohle im Zellstoff als abgeschlossen. Hohe Verunreinigungen wie Kupfer und Silber im Erz können jedoch die Adsorptionskapazität der Aktivkohle erheblich beeinträchtigen. Diese Verunreinigungen können mit Gold um Adsorptionsplätze auf der Aktivkohle konkurrieren, was dazu führt, dass die beladene Aktivkohle die gewünschte Qualität nicht erreicht. Wenn die Aktivkohle Gold nicht mehr effektiv adsorbieren kann, gilt sie als gesättigt.

Zur Gewinnung von Gold aus gesättigter Aktivkohle stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Ein gängiges Verfahren ist Desorption und Elektrolyse. Bei der Desorption wird der Gold-Cyanid-Komplex mithilfe einer chemischen Lösung von der gesättigten Aktivkohle getrennt. Beispielsweise wird bei der Hochtemperatur- und Hochdruckdesorption die gesättigte Aktivkohle unter spezifischen Bedingungen in ein Desorptionssystem gegeben. Durch Zugabe von Anionen, die leichter von der Aktivkohle adsorbiert werden, wird der Au(CN)_2^-Komplex von der Aktivkohleoberfläche verdrängt. Der Reaktionsmechanismus beinhaltet den Austausch des Gold-Cyanid-Komplexes mit den zugesetzten Anionen, wodurch das Gold in die Lösung freigesetzt wird. Nach der Desorption enthält die resultierende Lösung, die sogenannte gesättigte Lösung, eine relativ hohe Konzentration an Goldionen.

Die hochgesättigte Lösung wird anschließend einer Elektrolyse unterzogen. In der Elektrolysezelle wird elektrischer Strom angelegt. Die Goldionen in der Lösung werden von der Kathode angezogen, wo sie Elektronen aufnehmen und zu metallischem Gold reduziert werden. Der Prozess lässt sich durch die Gleichung Au^+ + e^-\rightarrow Au darstellen. Das Gold lagert sich in Form von Goldschlamm an der Kathode ab, der weiterverarbeitet werden kann, um hochreines Gold zu gewinnen.

In Regionen mit konzentrierter Goldproduktion besteht eine Alternative darin, den angereicherten Kohlenstoff zu verkaufen. Dies kann eine lukrative Option sein, da einige spezialisierte Unternehmen für die Weiterverarbeitung des angereicherten Kohlenstoffs ausgestattet sind. Sie verfügen über das Know-how und die Anlagen, um Gold aus dem angereicherten Kohlenstoff zu extrahieren, und die Goldminenunternehmen können durch den Verkauf des angereicherten Kohlenstoffs an diese Unternehmen Einnahmen erzielen.

Eine weitere relativ einfache Methode ist die Verbrennung. Beim Verbrennen der geladenen Aktivkohle werden die organischen Bestandteile oxidiert und abgebrannt, während das Gold in Form einer Goldlegierung, bekannt als Doré-Gold, im Rückstand verbleibt. Doré-Gold enthält typischerweise einen hohen Goldanteil und einige Verunreinigungen. Nach der Verbrennung kann das Doré-Gold durch Prozesse wie Schmelzen und Reinigung weiter veredelt werden, um hochreine Goldprodukte zu erhalten, die den Standards für den kommerziellen Einsatz in der Schmuck-, Elektronik- und Investmentbranche entsprechen.

Vor- und Nachteile des Cyanidlaugungsprozesses

Vorteile

1. Hohe Ausbeute: Einer der größten Vorteile der Cyanidlaugung ist ihre hohe Ausbeute. Bei typischen oxidierten, goldhaltigen Quarzgangerzen kann die Gesamtausbeute bei Anwendung des CIP- (Carbon-in-Pulpe) oder CIL-Verfahrens (Carbon-in-Leach) über 93 % erreichen. In optimierten Anlagen kann die Ausbeute sogar noch höher liegen. Diese hohe Ausbeute ermöglicht es Bergbauunternehmen, einen Großteil des im Erz enthaltenen Goldes zu gewinnen und so den wirtschaftlichen Ertrag des Bergbaubetriebs zu maximieren. Beispielsweise konnte in einer großen Goldmine in den USA durch die strenge Kontrolle von Prozessparametern wie Mahlfeinheit, Pulpenkonzentration und Reagenzdosierung die Goldausbeute der Cyanidlaugung über lange Zeit bei rund 95 % gehalten werden. Dies ist deutlich höher als bei vielen anderen Goldgewinnungsmethoden.

2. Breites Anwendungsspektrum: Das Cyanidlaugungsverfahren eignet sich für eine Vielzahl goldhaltiger Erze. Es kann sowohl oxidierte als auch einige sulfidhaltige Golderze effektiv aufbereiten. Unabhängig davon, ob das Gold in freier Form vorliegt oder in anderen Mineralien eingeschlossen ist, kann das Cyanidlaugungsverfahren es mithilfe geeigneter Vorbehandlung und Prozesssteuerung häufig lösen. Beispielsweise wurde das Cyanidlaugungsverfahren in einigen Minen Südamerikas, deren Erze ein Gemisch aus sulfidischen und oxidierten Goldmineralien enthalten, erfolgreich angewendet. Nach einer geeigneten Oxidationsvorbehandlung der Sulfidmineralien kann das Cyanidlaugungsverfahren zufriedenstellende Goldausbeuten erzielen und beweist damit seine hohe Anpassungsfähigkeit an verschiedene Erztypen.

3. Ausgereifte Technologie: Mit über hundertjähriger Geschichte hat sich die Cyanidlaugung zu einer hochentwickelten Technologie im Goldabbau entwickelt. Die Anlagen und Betriebsabläufe sind etabliert, und es liegt ein umfangreicher Erfahrungsschatz vor. Dank dieser Reife ist das Verfahren relativ einfach zu bedienen und zu steuern. Bergbauunternehmen können sich bei der Planung, dem Bau und dem Betrieb von Cyanidlaugungsanlagen auf bestehende technische Normen und Richtlinien stützen. So existieren beispielsweise für die Auslegung der Cyanidlaugungsbehälter, die Auswahl der Aktivkohle für die Adsorption und die Kontrolle der Reagenziendosierung standardisierte Verfahren und Methoden. Neu errichtete Cyanidlaugungsanlagen können schnell in Betrieb genommen werden und einen stabilen Produktionsprozess erreichen, wodurch die mit der Einführung neuer Technologien verbundenen Risiken reduziert werden.

Nachteile

1. Toxizität von Cyanid: Der größte Nachteil der Cyanidlaugung ist die Toxizität von Cyanid. Cyanidverbindungen wie Natriumcyanid und Kaliumcyanid sind hochgiftige Substanzen. Schon geringe Mengen können extrem schädlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt sein. Wenn cyanidhaltige Lösungen während des Abbaus austreten, können sie Boden, Gewässer und Luft verseuchen. Beispielsweise führte das Austreten cyanidhaltigen Abwassers bei einigen historischen Grubenunglücken zum Tod zahlreicher Wasserorganismen in nahegelegenen Flüssen und Seen und gefährdete die Gesundheit der Anwohner. Einatmen, Verschlucken oder Hautkontakt mit Cyanid können beim Menschen schwere Vergiftungssymptome wie Schwindel, Übelkeit und Erbrechen hervorrufen und in schweren Fällen tödlich verlaufen. Daher sind beim Umgang mit Cyanid strenge Sicherheits- und Umweltschutzmaßnahmen erforderlich, was die Komplexität und die Kosten des Abbaus erhöht.

2. Komplexe und kostspielige Nachbehandlung: Die Nachbehandlung nach der Cyanidlaugung ist relativ komplex und investitionsintensiv. Sobald die goldhaltige Aktivkohle gesättigt ist, sind Verfahren wie Desorption, Elektrolyse oder Verbrennung erforderlich, um reines Gold zu gewinnen. Desorption und Elektrolyse erfordern spezielle Anlagen und chemische Reagenzien. Beispielsweise kann für die Desorption Hochtemperatur- und Hochdruckanlagen benötigt werden, und der Einsatz der Desorptionslösungen muss sorgfältig kontrolliert werden, um die Goldgewinnung und das Recycling der Reagenzien zu gewährleisten. Auch die Behandlung der bei der Nachbehandlung anfallenden Abfallrückstände und Abwässer stellt eine Herausforderung dar. Die Abfallrückstände können noch Spuren von Cyanid und anderen Schadstoffen enthalten, und das Abwasser muss gemäß den strengen Umweltauflagen behandelt werden. All dies trägt zu den hohen Kosten des gesamten Cyanidlaugungsprozesses bei.

3. Empfindlichkeit gegenüber Erzverunreinigungen: Die Cyanidlaugung reagiert sehr empfindlich auf Verunreinigungen im Erz. Mineralien wie Kupfer, Silber, Blei und Zink können mit Cyanid reagieren und dabei große Mengen an Cyanidreagenzien verbrauchen. Dies erhöht nicht nur die Reagenzienkosten, sondern verringert auch die Effizienz der Goldgewinnung. Beispielsweise kann Kupfer bei hohem Kupfergehalt im Erz stabile Kupfer-Cyanid-Komplexe bilden, die mit Gold um Cyanidionen konkurrieren. Dadurch steht weniger Cyanid für die Goldkomplexierung zur Verfügung, und die Goldausbeute kann erheblich beeinträchtigt werden. In manchen Fällen sind zusätzliche Vorbehandlungsschritte erforderlich, um diese Verunreinigungen zu entfernen oder deren Einfluss zu verringern. Dies erhöht die Komplexität und die Kosten des Abbauprozesses zusätzlich.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Cyanidlaugungsverfahren eine unverzichtbare Technologie im Goldbergbau ist. Seine hohe Ausbeute, seine breite Anwendbarkeit und seine ausgereifte Technologie haben es zur weltweit dominierenden Methode der Goldgewinnung gemacht. Es ermöglicht die Gewinnung von Gold aus einer Vielzahl von Erzen und trägt so erheblich zur weltweiten Goldversorgung bei.

Der Cyanidlaugungsprozess ist jedoch nicht ohne Herausforderungen. Die Toxizität von Cyanid stellt eine ernsthafte Gefahr für die menschliche Gesundheit und die Umwelt dar. Strenge Sicherheits- und Umweltschutzmaßnahmen müssen umgesetzt werden, um Cyanidaustritt zu verhindern und eine ordnungsgemäße Behandlung cyanidhaltiger Abwässer und Abfallrückstände zu gewährleisten. Darüber hinaus erschweren und verkomplizieren die komplexen und kostspieligen Nachbehandlungsschritte sowie die Anfälligkeit des Prozesses gegenüber Erzverunreinigungen die Goldproduktion zusätzlich.

Die Zukunft des Cyanidlaugungsprozesses in der Golderzaufbereitung dürfte vom technologischen Fortschritt geprägt sein. Die Entwicklung umweltfreundlicherer und effizienterer Cyanidlaugungsverfahren, beispielsweise durch den Einsatz weniger toxischer Cyanidersatzstoffe, ist vielversprechend. Automatisierung und intelligente Steuerungstechnologien werden ebenfalls eine immer wichtigere Rolle spielen. Diese Technologien können die Produktionseffizienz steigern, das Risiko menschlicher Fehler reduzieren und den Ressourceneinsatz optimieren. Automatisierte Systeme können beispielsweise Reagenziendosierungen, Pulpenkonzentrationen und andere wichtige Parameter präzise steuern und so einen stabileren und effizienteren Produktionsprozess gewährleisten.

Darüber hinaus könnte die Erforschung neuer Cyanidationstechnologien, wie beispielsweise der Bio-Cyanidation oder deren Integration in andere, sich entwickelnde Extraktionsverfahren, neue Lösungen für die bestehenden Probleme bieten. Durch kontinuierliche Innovation und Verbesserung hat das Cyanidationsverfahren das Potenzial, seine Position als führende Technologie in der Golderzverarbeitung zu behaupten und gleichzeitig nachhaltiger und umweltfreundlicher zu werden. Da die Nachfrage nach Gold in verschiedenen Branchen weiterhin stark ist, wird die Entwicklung und Optimierung des Cyanidationsverfahrens für die langfristige Entwicklung der Goldbergbauindustrie von entscheidender Bedeutung sein.