Tsüaniidkulla ekstraheerimine: süvaanalüüs segamise ja tsüaniidkulla protsessi

Kulla kaevandamise valdkonnas on tsüaniseerimine olnud silmapaistval kohal juba üle sajandi. Alates selle loomisest 1887. aastal kulla- ja hõbedamaagi kaevandamiseks on see meetod pidevalt arenenud, jäädes oma kõrge taaskasutusmäära, kohanemisvõime tõttu erinevat tüüpi maagidega ja kohaliku tootmise teostatavuse tõttu üheks enimkasutatavaks tehnikaks.

1. Tsüaniidi mõistmine kulla ekstraheerimisel

Tsüanidatsioon on keemiline protsess, mis kasutab ära tsüaniidiioonide võimet moodustada kullaga lahustuvaid komplekse. Hapniku ja vee juuresolekul reageerivad tsüaniidiioonid kulla aatomitega. Selle reaktsiooni tulemusel tekib lahustuv ühend, kus kuld on seotud tsüaniidiioonidega, võimaldades kullal lahuses lahustuda. Kuigi see protsess on kulla eraldamiseks väga tõhus, tekitab see ka olulisi keskkonna- ja ohutusprobleeme, kuna tsüaniid on mürgine aine.

2. Tsüaniidimismeetodite tüübid

Tsüaniidimismeetodeid saab laias laastus jagada kahte põhikategooriasse: segamis-tsüaniidimine ja perkolatsiooni-tsüaniidimine.

• Tsüanideerimine segamisega : Seda meetodit kasutatakse peamiselt kullakontsentraatide floteerimiseks või lima tsüanideerimise stsenaariumides. See hõlmab maagi tselluloosi ja tsüanideerimislahuse tugevat segamist. Nii tagatakse, et maagis olevad kulda sisaldavad osakesed puutuvad maksimaalselt kokku tsüanidioonidega, hõlbustades kulla ekstraheerimist.

• Perkolatsioonitsüanisatsioon : Madala kvaliteediga kullamaakide jaoks sobiv perkolatsioonitsüanisatsioon toimib nii, et tsüaniidilahus imbub läbi maagikihi. See meetod tarbib vähem energiat võrreldes segamis-tsüanisatsiooniga. Selle rakendamine piirdub aga maakidega, millel on hea läbilaskvus, mis võimaldab tsüaniidilahusel kergesti läbi voolata.

3. Kulla ekstraheerimise protsess segamise ja tsüanideerimise teel

Kulla ekstraheerimise tsüanisatsiooniprotsess hõlmab kahte peamist alamprotsessi: tsüanisatsiooni-tsingi asendamise protsessi ja filtreerimata tsüanisatsiooni süsiniku suspensiooni protsessi.

3.1 Tsüanideerimine - tsingi asendamise protsess (CCD- ja CCF-meetodid)

• Leostusmaterjali ettevalmistamine : Esimene samm hõlmab maagi ettevalmistamist leostumisprotsessiks. See hõlmab sageli maagi purustamist väiksemateks tükkideks ja seejärel jahvatamist peeneks konsistentsiks. Mõnel juhul viiakse läbi ka eeltöötlus, et muuta maagi kullaosakesed paremini ligipääsetavaks. Eesmärk on luua optimaalse osakeste suurusega tselluloos, mis soodustab paremat interaktsiooni maagi ja tsüaniidilahuse vahel.

• Tsüaniidimine ja leostamine : Valmistatud maagimass kantakse seejärel segamispaakidesse, kuhu lisatakse tsüaniidilahust. Need paagid on varustatud segistitega, mis hoiavad tselluloosi ja tsüaniidilahuse hästi segunenud. Paakidesse juhitakse hapnikku kas õhutamise või oksüdeerivate ainete lisamise teel. See hapnik aitab käivitada keemilist reaktsiooni, mis lahustab kulla tsüaniidilahuses.

• Vastuvoolupesu tahke ja vedela aine eraldamiseks : Pärast leostumisprotsessi koosneb saadud suspensioon tahketest jääkidest ja vedelast faasist, mida nimetatakse rasedaks lahuseks ja mis sisaldab lahustunud kulda. Nende kahe komponendi eraldamiseks kasutatakse vastuvoolupesuseadmes paksendajaid või filtreid. Kulda sisaldava lahuse võimalikult suure osa saamiseks, minimeerides samal ajal tahkete jääkidega kaduma läinud kulla hulka, kasutatakse meetodeid nagu pidev vastuvoolu dekanteerimine (CCD) või pidev vastuvoolu filtreerimine (CCF).

• Leostusvedeliku puhastamine ja deoksüdatsioon : Tahke ja vedela eraldusetapi käigus saadud lahus võib sisaldada lisandeid ja lahustunud hapnikku. Puhastusprotseduure rakendatakse hõljuvate tahkete ainete ja muude saasteainete eemaldamiseks, mis võivad häirida järgnevat kulla eraldamise protsessi. Deoksüdatsioon on sama oluline, kuna hapnik võib põhjustada kulla-tsüaniidi ühendi taasoksüdatsiooni, vähendades järgneva tsingi asendamise protsessi efektiivsust.

• Tsingipulbri (siidi) asendamine ja peitsimine : Puhastatud ja deoksüdeeritud lahusele lisatakse tsingipulbrit või tsinksiidi. Tsink on reaktiivsem kui kuld, seega tõrjub see kulla leostumisprotsessi käigus tekkinud ühendist välja. Selle tulemusena tekib kulda ja tsinki sisaldav tahke saendik, mida tavaliselt nimetatakse kullamudaks. Pärast asendusreaktsiooni töödeldakse kullamuda tavaliselt happelahusega, et eemaldada liigne tsink ja muud lisandid.

• Valuplokkide sulatamine : Tsüaniseerimise ja tsingi asendamise protsessi viimane etapp on kullamuda sulatamine puhaste kullavaluplokkide saamiseks. Kullamuda sulatatakse kõrgel temperatuuril ahjus ja mitmete rafineerimisetappide abil eemaldatakse ülejäänud lisandid, saades kõrge puhtusastmega kullavaluplokke.

3.2 Filtreerimata tsüanisatsiooni süsiniku suspensiooni protsess (CIP ja CIL meetodid)

• Leostusmaterjali ettevalmistamine : Sarnaselt tsüanisatsiooni ja tsingi asendamise protsessiga on esimene ülesanne maagi ettevalmistamine leostamiseks. See nõuab maagi peenestamist sobiva osakeste suuruseni purustamise ja jahvatamise teel.

• Segamisleostus ja vastuvoolu süsiniku adsorptsioon : Süsiniku-tselluloosi (CIP) meetodi puhul toimub esmalt tsüaniidi leostusprotsess mitmes segamispaagis. Kui kuld on lahuses lahustunud, lisatakse tselluloosile aktiivsüsi . Aktiivsöel on tugev afiinsus kulla-tsüaniidi ühendi suhtes ja see adsorbeerib lahustunud kulla oma pinnale. Süsiniku-tselluloosi (CIL) meetodi puhul lisatakse aktiivsüsi leostuspaaki samaaegselt tsüaniidi lahusega, nii et leostus- ja adsorptsiooniprotsessid toimuvad samaaegselt. Nii CIP kui ka CIL meetodi puhul säilitatakse süsiniku ja tselluloosi vastuvoolu vool, et maksimeerida süsiniku poolt adsorbeeritud kulla hulka.

• Kullaga rikastatud süsiniku desorptsioon : Pärast adsorptsiooniprotsessi tuleb kullaga rikastatud süsinik tselluloosist eraldada. Seejärel eemaldatakse kuld süsinikust kuuma tsüaniidilahuse abil. See lahus lõhub sideme kulla ja tsüaniidi ühendi ja süsiniku vahel, vabastades kulla tagasi lahusesse.

• Elektrolüüsiline ekstraheerimine : Desorptsiooniprotsessi käigus saadud kullarikas lahus läbib elektrolüüsi. Selle protsessi käigus juhitakse lahuse kaudu elektrivool. See põhjustab lahuses olevate kullaioonide redutseerimise ja sadestumise katoodile, moodustades tahke kullakihi, mida saab edasi rafineerida.

• Sulatusvaluplokid : Elektrolüüsi teel saadud kuld on suhteliselt puhas, kuid võib siiski sisaldada mõningaid lisandeid. Sulatamine teostatakse kulla edasiseks puhastamiseks ja soovitud puhtusega valuplokkideks valamiseks.

• Süsiniku regenereerimine : Pärast kulla desorbeerimist saab kasutatud süsinikku regenereerida ja taaskasutada. See hõlmab süsiniku allutamist kõrgel temperatuuril, et eemaldada kõik adsorbeerunud lisandid ja taastada selle võime kulda adsorbeerida.

4. CIP- ja CIL-protsesside võrdlus

• Protsessi kestus : Üldiselt võtab CIP-protsess CIL-iga võrreldes kauem aega. Selle põhjuseks on asjaolu, et CIP-is on leostumine ja adsorptsioon eraldi toimingud. Kuna CIL-is toimuvad leostumine ja adsorptsioon samaaegselt, saab kogu protsessi läbi viia lühema ajaga. CIL-protsess nõuab aga keerukamat juhtimist, kuna mõlemad protsessid toimuvad samaaegselt.

• Süsiniku ja suspensiooni käitlemine : CIL-protsessis on ringluses suurem süsiniku maht ja süsiniku kontsentratsioon suspensioonis on madalam kui CIP-protsessis. Seetõttu on CIL-protsessis süsiniku ülekandmiseks transporditava suspensiooni maht tavaliselt mitu korda suurem kui CIP-protsessis (umbes neli korda). See mõjutab seadmete suurust ja energiatarbimist.

• Metalli mahajäämus ja kulla sisaldus lahuses : CIP-protsessis jääb süsteemi märkimisväärne kogus metalli (metalli mahajäämus) ja see metall on aktiivsöe ja lahuse vahel üsna ühtlaselt jaotunud. CIL-protsessis adsorbeerub suurem osa metallist aktiivsöele. Lisaks on kulla kontsentratsioon lahuses CIL-protsessis kõrgem kui CIP-protsessis. See on tingitud asjaolust, et CIL-protsessis adsorbeeritakse kulda leostumise ajal pidevalt, mis täiendab lahuses lahustunud kulda. CIP-protsessis on seevastu tegemist üheastmelise adsorptsiooniprotsessiga, kus lahustunud kulla täiendamine on piiratud.

5. Keskkonna- ja ohutuskaalutlused

Vaatamata oma tõhususele kujutab tsüaniideerimine, eriti segamine, endast märkimisväärseid keskkonna- ja ohutusriske. Tsüaniid on väga mürgine ning igasugune leke või ebaõige käitlemine võib põhjustada tõsist keskkonnareostust ja kujutada endast ohtu inimeste tervisele. Nende riskide maandamiseks järgitakse kullakaevandamisel rangeid ohutusprotokolle. Nende hulka kuuluvad tsüaniidi nõuetekohane ladustamine ja käitlemine, lekete vältimiseks vajalike ohutussüsteemide paigaldamine ja tsüaniidi sisaldava reovee puhastamine. Lisaks on käimasolevate uuringute eesmärk töötada välja alternatiivseid, vähem toksilisi leostusaineid, mis asendaksid tsüaniidi kulla kaevandamisel.

6. järeldus

Tsüaniidimine segamise teel mängib tänapäeva kullakaevandamises olulist rolli, võimaldades kulla kiiret kaevandamist erinevatest maagitüüpidest. Kahel peamisel alamprotsessil, tsüaniidimisel tsingi asendamisega ja filtreerimata tsüaniidimisel süsiniku suspensiooniga, on oma eelised ja need valitakse selliste tegurite põhjal nagu maagi omadused, tegevuse ulatus ja majanduslik tasuvus. Siiski peab tööstusharu jätkama tsüaniidi kasutamisega seotud keskkonna- ja ohutusprobleemide lahendamist, et tagada kullakaevandamise jätkusuutlik tulevik.