Syanidin liuotusprosessi kullankaivuussa: Täydellinen prosessi liuottamisesta talteenottoon

esittely

Kullan erottaminen malmeista on ollut erittäin kiinnostavaa vuosisatojen ajan. Käytettävissä olevista menetelmistä Syanidin liuotus on noussut yhdeksi kaupallisissa sovelluksissa käytetyimmistä tekniikoista Kullankaivuu teollisuudessa. Tämä prosessi mahdollistaa kullan tehokkaan liuottamisen isäntämateriaaleistaan, mikä mahdollistaa jalometallin talteenoton väkevämmässä muodossa. Tässä artikkelissa perehdytään kullankaivuun syanidiliuotuksen koko prosessiin kullan alkuperäisestä liuottamisesta syanidiliuoksiin metallin lopulliseen talteenottoon.

Kullan liukeneminen syanidiliuoksiin

Mukana olevat kemialliset reaktiot

Kullan liukeneminen syanidiliuoksiin perustuu monimutkaiseen kemiallisten reaktioiden sarjaan. Kokonaisreaktio voidaan esittää seuraavalla yhtälöllä:

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

Tässä reaktiossa kulta (Au) reagoi Natriumsyanidi (NaCN) hapen (O₂) ja veden (H₂O) läsnä ollessa muodostaen natriumdisyanoauraattia (Na[Au(CN)₂]) ja natriumhydroksidia (NaOH). Hapen rooli tässä reaktiossa on ratkaiseva, koska se toimii hapettimena, joka helpottaa kullan liukenemista.

Optimaalisen liukenemisen edellytykset

Kullan tehokkaan liukenemisen varmistamiseksi on useita olosuhteita valvottava huolellisesti. Syanidin pitoisuus liuoksessa on kriittinen tekijä. Liuotusprosessissa käytetään tyypillisesti 0.05–0.1 %:n NaCN-pitoisuutta. Suurempi pitoisuus voi johtaa syanidin kulutuksen lisääntymiseen ilman, että kullan liukeneminen lisääntyy suhteessa, kun taas pienempi pitoisuus voi johtaa hitaaseen ja epätäydelliseen liuotukseen.

Myös liuoksen pH-arvolla on merkittävä rooli. Liuotusprosessi on tehokkain hieman emäksisessä väliaineessa, jonka pH-alue on 9.5–11. Tässä pH-arvossa syanidi-ionit ovat läsnä hajoamattomassa muodossaan (HCN), joka on reaktiivisempi kullan kanssa. PH:n säätö tehdään yleensä lisäämällä kalkkia (CaO) liuokseen.

Lämpötila on toinen tärkeä parametri. Vaikka reaktio voi tapahtua huoneenlämmössä, hieman kohotettu lämpötila, noin 25–35 °C, voi lisätä kullan liukenemisnopeutta. Lämpötilan liiallinen nostaminen voi kuitenkin johtaa syanidin hajoamiseen ja vähentää sen tehokkuutta.

Malmien esikäsittely

Murskaus ja jauhaminen

Ennen syanidiliuotuksen aloittamista kultaa sisältävät malmit on esikäsiteltävä. Ensimmäinen vaihe tässä esikäsittelyssä on yleensä Murskaava ja hiontaMalmit murskataan niiden koon pienentämiseksi ja jauhetaan sitten hienoiksi hiukkasiksi. Tämä lisää malmin pinta-alaa, mikä mahdollistaa tehokkaamman kosketuksen kultahiukkasten ja syanidiliuoksen välillä liuotusprosessin aikana.

Jauhatusastetta kontrolloidaan huolellisesti. Liiallinen jauhatus voi johtaa hienojen limien muodostumiseen, mikä voi aiheuttaa ongelmia seuraavissa kiinteän aineen ja nesteen erotusvaiheissa. Toisaalta liian alhainen jauhatus voi johtaa kultahiukkasten riittämättömään paljastumiseen, mikä johtaa epätäydelliseen liuotukseen.

Paahtaminen ja biohapettuminen

Joissakin tapauksissa kultamalmit voivat sisältää tulenkestäviä mineraaleja, jotka estävät kullan suoran liukenemisen syanidiin. Tällaisten malmien käsittelyyn saatetaan tarvita lisäkäsittelymenetelmiä, kuten pasutusta tai biologista hapetusta.

Pasuttamisessa malmia kuumennetaan ilman läsnä ollessa, jotta tulenkestävät mineraalit, kuten sulfidit, hapetetaan. Tämä hapetusprosessi hajottaa mineraalit, vapauttaen kultahiukkasia ja tehden niistä helpommin syanidiliuoksen saatavilla.

Biohapetuksessa taas käytetään mikro-organismeja tulenkestävien mineraalien hapettamiseen. Tämä on ympäristöystävällisempi vaihtoehto pasutukselle, koska se toimii alhaisemmissa lämpötiloissa ja tuottaa vähemmän haitallisia päästöjä. Mikro-organismit, tyypillisesti bakteerit tai sienet, valitaan niiden kyvyn perusteella hapettaa malmissa olevia tiettyjä tulenkestäviä mineraaleja.

Liuotusprosessi

Sekoitettu säiliöliuotus

Sekoitussäiliöliuotus on yksi yleisimmistä syanidiliuotusmenetelmistä. Tässä prosessissa esikäsitelty malmi sekoitetaan syanidiliuokseen suurissa sekoitussäiliöissä. Säiliöt on varustettu sekoittimilla, jotka varmistavat malmin ja liuoksen perusteellisen sekoittumisen edistäen kultahiukkasten ja syanidi-ionien välistä kosketusta.

Liuotusaika voi vaihdella malmin luonteen ja käyttöolosuhteiden mukaan. Yleisesti ottaen liuotusprosessi voi kestää useista tunneista useisiin päiviin. Tänä aikana liuoksesta otetaan säännöllisesti näytteitä, joita analysoidaan kullan liukenemisen edistymisen seuraamiseksi.

Kasan liuotus

Kasaliuotus on toinen laajalti käytetty menetelmä, erityisesti heikkolaatuisten kultamalmien louhintaan. Tässä prosessissa murskattu malmi kasataan suuriksi kasoiksi läpäisemättömälle vuoraukselle. Syanidiliuos ruiskutetaan sitten kasan päälle ja annetaan sen suodattua malmin läpi. Liuoksen kulkiessa kasan läpi se liuottaa kultahiukkaset, ja tuloksena oleva rikas liuos kerätään kasan pohjalle.

Kasaliuotus on kustannustehokkaampi menetelmä verrattuna Sekoitettu säiliöliuotus koska se vaatii vähemmän pääomasijoituksia laitteisiin. Se on kuitenkin hitaampi prosessi ja sopii paremmin malmeille, joiden kultapitoisuus on suhteellisen alhainen.

Kiinteän nesteen erottelu

Suodatus

Liuotusprosessin päätyttyä seuraava vaihe on kiinteän jäännösten (hiekkajätteen) erottaminen tiineestä liuoksesta, joka sisältää liuenneen kullan. Suodatus on yksi yleisimmin käytetyistä menetelmistä kiinteän aineen ja nesteen erotukseen. Tässä prosessissa liete (kiinteän aineen ja nesteen seos) johdetaan suodatinmateriaalin, kuten suodatinkankaan tai suodatinpuristimen, läpi. Kiinteät hiukkaset jäävät suodatinmateriaaliin, kun taas neste (tiineä liuos) kulkee läpi ja kerätään talteen.

Suodatinmateriaalin valinta riippuu kiinteiden hiukkasten luonteesta ja käyttöolosuhteista. Esimerkiksi tapauksissa, joissa kiinteät hiukkaset ovat hyvin hienojakoisia, voidaan tarvita hienosilmäisempi suodatinkangas.

Dekantointi

Dekantointi on toinen menetelmä, jota voidaan käyttää kiinteän aineen ja nesteen erotteluun, erityisesti silloin, kun kiinteät hiukkaset ovat suhteellisen suuria ja laskeutuvat helposti. Tässä prosessissa lietettä annetaan seistä laskeutussäiliössä tietyn ajan. Kiinteät hiukkaset laskeutuvat säiliön pohjalle painovoiman vaikutuksesta, ja kirkas supernatantti (pitoinen liuos) dekantoidaan sitten varovasti pois.

Dekantointi on yksinkertaisempi ja vähemmän energiaa kuluttava menetelmä verrattuna suodatukseen. Se ei kuitenkaan välttämättä ole yhtä tehokas erittäin hienojen kiinteiden hiukkasten erottamisessa.

Kullan talteenotto raskaana olevasta liuoksesta

Aktiivihiilen adsorptio

Yksi yleisimmistä menetelmistä kullan talteenottoon raskaana olevasta liuoksesta on Aktiivihiilen adsorptioTässä prosessissa aktiivihiiltä lisätään tiineeseen liuokseen. Kulta-syanidikompleksilla on voimakas affiniteetti aktiivihiilen pintaan, ja seurauksena kulta adsorboituu hiilihiukkasiin.

Hiilihiukkaset erotetaan sitten liuoksesta, yleensä seulomalla tai suodattamalla. Kullapitoinen hiili käsitellään sitten edelleen kullan desorboimiseksi. Tämä tehdään tyypillisesti käsittelemällä hiili korkeassa lämpötilassa höyryllä tai käyttämällä kemiallista desorptioainetta.

Sinkin saostuminen

Sinkin saostus, joka tunnetaan myös nimellä Merrill-Crowe-prosessi, on toinen menetelmä kullan talteenottoon. Tässä prosessissa sinkkipölyä lisätään tiiviin liuoksen sekaan. Sinkki on elektropositiivisempaa kuin kulta, ja siksi se syrjäyttää kullan kulta-syanidikompleksista. Reaktio voidaan esittää seuraavalla yhtälöllä:

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

Saostunut kulta muodostaa yhdessä reagoimattoman sinkin kanssa kiinteän lietteen. Tämä liete erotetaan sitten liuoksesta ja kultaa puhdistetaan edelleen puhtaan tuotteen saamiseksi.

Kullan jalostus

Sulatus

Kun kulta on otettu talteen tiineestä liuoksesta, se on yleensä puhdistettava jäljellä olevien epäpuhtauksien poistamiseksi. Sulatus on yksi yleisimmistä kullanpuhdistusmenetelmistä. Tässä prosessissa kultaa sisältävä materiaali kuumennetaan korkeaan lämpötilaan juoksutusaineen, kuten booraksin, läsnä ollessa. Juoksutusaine auttaa alentamaan kullan sulamispistettä ja reagoi myös epäpuhtauksien kanssa muodostaen kuonaa, joka voidaan erottaa sulasta kullasta.

Sula kulta kaadetaan sitten muotteihin harkkojen muodostamiseksi. Näitä harkkoja voidaan jatkojalostaa tai myydä puolivalmiina tuotteena.

Elektrolyyttinen puhdistus

Elektrolyyttinen puhdistus on edistyneempi menetelmä kullan jalostukseen. Tässä prosessissa kultaa sisältävä anodi sijoitetaan elektrolyysikennoon yhdessä puhtaan kullan katodin kanssa. Elektrolyytti on yleensä kultakloridin tai muiden kultasuolojen liuos. Kun sähkövirta kulkee kennon läpi, anodista tuleva kulta liukenee elektrolyyttiin ja kerrostuu sitten katodille.

Kultaa elektropositiivisemmat epäpuhtaudet liukenevat elektrolyyttiin, mutta eivät kerrostu katodille, kun taas kultaa vähemmän elektropositiiviset epäpuhtaudet jäävät lietteeksi kennon pohjalle. Tuloksena on erittäin puhdasta kultaa.

Ympäristönäkökohdat

Syanidin hallinta

Syanidi on erittäin myrkyllinen aine, ja syanidin asianmukainen hallinta kullankaivuuprosessissa on äärimmäisen tärkeää. Syanidin käyttöä kullankaivuussa säännellään tiukasti monissa maissa sen ympäristö- ja ihmisten terveysvaikutusten minimoimiseksi.

Yksi syanidin hallinnan keskeisistä näkökohdista on syanidivuotojen ehkäisy. Kaivostoiminnassa on oltava asianmukaiset eristysjärjestelmät, jotta syanidipitoisia liuoksia ei pääse vuotamaan ympäristöön. Lisäksi syanidipitoisten jätevesien käsittely on ratkaisevan tärkeää. Syanidipitoisten jätevesien käsittelyyn on useita menetelmiä, kuten kemiallinen hapetus, biologinen käsittely ja ioninvaihto.

Rikastushiekan hävittäminen

Kullan talteenottoprosessin jälkeen syntyvä kiinteä jäännös (rikastushiekka) on myös hävitettävä asianmukaisesti. Rikastushiekka voi sisältää pieniä määriä syanidia ja muita raskasmetalleja, jotka voivat aiheuttaa uhkan ympäristölle, jos niitä ei käsitellä oikein.

Yksi yleinen menetelmä rikastushiekan hävittämiseksi on varastoida se rikastushiekka-altaisiin. Nämä padot on suunniteltu pitämään rikastushiekka sisällään ja estämään epäpuhtauksien pääsy ympäristöön. Joissakin tapauksissa rikastushiekka voidaan myös käsitellä uudelleen jäljellä olevien arvokkaiden mineraalien talteen ottamiseksi tai ympäristövaikutusten vähentämiseksi.

Yhteenveto

Syanidiliuotusprosessi kullankaivuussa on monimutkainen ja monivaiheinen prosessi, johon kuuluu kullan liuottaminen syanidiliuoksiin, malmien esikäsittely, liuotus, kiinteän aineen ja nesteen erottelu, kullan talteenotto, jalostus ja ympäristönhallinta. Jokainen prosessin vaihe on huolellisesti valvottu, jotta kullan tehokas louhinta ja talteenotto voidaan varmistaa ja ympäristövaikutukset minimoida. Syanidin käyttöön liittyvistä haasteista huolimatta prosessi on edelleen tärkeä ja laajalti käytetty menetelmä kaupallisessa kullankaivuuteollisuudessa korkean hyötysuhteensa ja suhteellisen alhaisten kustannustensa ansiosta. Jatkuvaa tutkimus- ja kehitystyötä tehdään kuitenkin vaihtoehtoisten, ympäristöystävällisempien ja kestävämpien menetelmien kehittämiseksi.