תהליך הכלור לטיפול בבוצת זהב ציאניד

מבוא

בתעשיית הפקת הזהב, בוצת זהב ציאניד הוא תוצר לוואי הנוצר בתהליך הציאנידציה. בוצה זו מכילה לא רק מתכות יקרות ערך כמו זהב וכסף, אלא גם חומרים מזיקים כמו ציאנידהטיפול בבוצה של זהב ציאנידי הוא קריטי הן להשבת משאבים והן להגנת הסביבה. תהליך הכלור התפתח כשיטה יעילה לטיפול בבוצה זו, ומציע דרך להפריד מתכות יקרות ערך ולסילוק רעלים של חומרים המכילים ציאניד.

עקרונות תהליך הכלור

חמצון והתמוססות סלקטיבית

השמיים תהליך הכלרה מנצל את פוטנציאלי החמצון-חיזור השונים של מתכות בתווך מסוים. בהקשר של טיפול בבוצת זהב ציאנידית, כאשר מוסיפים חומר כלור (כגון נתרן כלוריט בתווך חומצי), מתכות בעלות פוטנציאלי חמצון-חיזור נמוכים יותר, כגון אבץ, ברזל, עופרת ונחושת, מתחמצנות ומתמוססות באופן מועדף בתמיסה. לדוגמה, בתווך חומצה הידרוכלורית, מתכות בבוצת הזהב מגיבות עם התמיסה. לאחר מכן, כאשר מוסיפים נתרן כלוריט, הוא מגביר את פוטנציאל התמיסה, ומאפשר לנחושת ולזיהומים אחרים שאינם מסיסים בחומצה הידרוכלורית להתחמצן ולהומס במלואם. על ידי שליטה מדויקת בפוטנציאל התמיסה, מתכות יקרות כמו כסף וזהב יכולות להישאר בשאריות.

הרס ציאניד

ציאניד בבוצה של זהב הוא רעיל ביותר. כלור יכול גם לשחק תפקיד בהרס ציאניד. בסביבה בסיסית, כאשר מוסיפים מחמצן מבוסס כלור (כגון גז כלור, נתרן תת-כלורי וכו'), הציאניד מתחמצן תחילה לציאנט ולאחר מכן מתחמצן עוד יותר ל... פחמן דו-חמצני וחנקן. מנגנון התגובה הכללי הוא כדלקמן: בנוכחות תמיסה בסיסית, חומר החמצון המכיל כלור שנוסף מייצר גורמים כגון OCl⁻. ציאניד (CN⁻) מגיב עם OCl⁻, ובאמצעות סדרה של תגובות חמצון, הוא מומר לחומרים פחות מזיקים.

שלבי יישום של תהליך הכלור בטיפול בבוצה של זהב ציאנידי

טיפול מקדים

לפני תהליך הכלור, בוצת זהב ציאניד זקוקה בדרך כלל לטיפול מקדים. זה עשוי לכלול תהליכים כגון טחינה כדי להפחית את גודל החלקיקים של הבוצה, מה שיכול להגדיל את שטח המגע בין הבוצה לחומר הכלור, ובכך לשפר את יעילות התגובה. בנוסף, אם הבוצה מכילה כמות גדולה של זיהומים שיכולים להפריע לתגובת הכלור, כגון כמויות עודפות של תחמוצות מתכת מסוימות או סולפידים, ניתן לבצע שטיפה מקדימה עם ריאגנטים מתאימים כדי להסיר חומרים מפריעים אלה.

תגובת הכלור

1. שלב ראשון של כלור (הסרת זיהומים)

• בשלב הראשון של תגובת הכלור, המטרה העיקרית היא להסיר מתכות בסיסיות מבוצת הזהב הציאנידי. הבוצה מונחת בכלי תגובה עם מצע חומצי מתאים (בדרך כלל חומצה הידרוכלורית). לאחר מכן, מוסיפים בהדרגה חומר כלור, כגון נתרן כלוריט. יש לשלוט בקפידה על טמפרטורת התגובה, החומציות וקצב הוספת חומר הכלור. לדוגמה, ניתן לשמור על טמפרטורת התגובה בטווח מסוים, בדרך כלל סביב 40-60 מעלות צלזיוס, וחומציות תמיסת החומצה ההידרוכלורית מותאמת לריכוז מתאים, בדרך כלל סביב 1-3 מול/ליטר.

• במהלך תהליך זה, מנוטר פוטנציאל החמצון-חיזור של מערכת התגובה. כאשר הפוטנציאל מגיע לטווח מסוים (לדוגמה, עבור הסרת מתכות בסיסיות מסוימות, ניתן לשלוט בפוטנציאל בין 400 ל-450 מיליוולט), מתכות בסיסיות כגון אבץ, ברזל וחלק מהנחושת מתחמצנות ומתמוססות בתמיסה. זמן התגובה משתנה בהתאם להרכב ולגודל החלקיקים של הבוצה, ובדרך כלל נע בין 2 ל-4 שעות.

2. שלב שני של כלור (הפרדת זהב וכסף)

• לאחר השלב הראשון של הסרת הזיהומים, השאריות מכילות בעיקר זהב, כסף וכמה זיהומים שנותרו. בשלב השני של הכלורינציה, התנאים מותאמים להמסה סלקטיבית של זהב או כסף. אם המטרה היא להמיס זהב, תנאי התגובה מותאמים כדי להגביר את פוטנציאל החמצון-חיזור. לדוגמה, על ידי הוספת נתרן כלוריט נוסף והתאמת החומציות והטמפרטורה בהתאם, ניתן להגדיל את הפוטנציאל לטווח שבו ניתן לחמצן ולהמיס זהב (בדרך כלל בסביבות 1000 - 1050 mV).

• ככל שהתגובה מתקדמת, זהב מומר לקומפלקסים של זהב כלורי מסיס בתמיסה. כסף עשוי ליצור כלוריד כסף בלתי מסיס בתנאים מסוימים ולהישאר בשארית. זמן התגובה בשלב זה עשוי להיות כ-0.5 - שעה, תלוי בכמות הזהב בבוצה.

שחזור מתכות

1. שחזור זהב

• לאחר שהזהב מומס בתמיסה כקומפלקסים של זהב כלוריד, ניתן להפיק אותו באמצעות חיזור. ניתן להשתמש בחומרי חיזור כגון נתרן סולפיט, חומצה אוקסלית או הידרזין. בעת שימוש בנתרן סולפיט כחומר חיזור, התמיסה מותאמת לערך pH מתאים (בדרך כלל סביב 1-2), ולאחר מכן מוסיפים בהדרגה נתרן סולפיט. משוואת התגובה לחיזור קומפלקסים של זהב כלוריד על ידי נתרן סולפיט היא: 3H₂O + 3Na₂SO₃+2HAuCl₄ = 3Na₂SO₄ + 8HCl + 2Au.

• תהליך החיזור מנוטר גם על ידי מדידת פוטנציאל החיזור-חמצון של התמיסה. ניתן לקבוע את נקודת הסיום של החיזור כאשר הפוטנציאל מגיע לערך מסוים (לדוגמה, עבור השלב הראשון של החיזור באמצעות נתרן סולפיט, פוטנציאל נקודת הסיום עשוי להיות סביב 590-730 מיליוולט). לאחר מכן, הזהב המשוקע מסונן, נשטף ומיובש כדי לקבל תוצרי זהב טהורים.

2. שחזור כסף

• אם כסף נשאר בשארית לאחר השלב השני של הכלור, ניתן לעבד אותו עוד יותר כדי להפיק כסף. שיטה נפוצה אחת היא לטפל בשארית עם ריאגנט מתאים להמסת כסף, כגון שימוש בחומצה חנקתית להמסת כלוריד כסף ליצירת תמיסת כסף חנקתי. לאחר מכן, ניתן להפיק כסף מתמיסת הכסף החנקתי באמצעות שיטות כגון אלקטרוליזה או חיזור עם חומר חיזור מתאים.

ציאניד - טיפול בשפכים מכיל

מי השפכים הנוצרים במהלך תהליך הכלור של בוצת זהב ציאנידי מכילים ציאניד שיורי. כדי לעמוד בתקני פליטה סביבתיים, יש לטפל בשפכים אלה. כלור אלקליין היא שיטה נפוצה לטיפול בסוג זה של שפכים. בסביבה אלקלית (pH > 10), מוסיפים לשפכים מחמצן מבוסס כלור. הציאניד בשפכים מתחמצן תחילה לציאנט ולאחר מכן מתחמצן עוד יותר לפחמן דו-חמצני וחנקן שאינם רעילים. התגובה מתבצעת בתנאי ערבוב וזמן תגובה מתאימים כדי להבטיח חמצון מלא של הציאניד.

יתרונות תהליך הכלור

שיעור שחזור מתכת גבוה

תהליך הכלור יכול להשיג שיעור שחזור גבוה של מתכות יקרות בבוצה של זהב ציאנידי. על ידי שליטה מדויקת בתנאי התגובה ובפוטנציאל החמצון-חיזור, ניתן להמיס ולשחזר זהב וכסף באופן סלקטיבי, תוך הסרה יעילה של זיהומים של מתכות בסיס. לדוגמה, בתהליכים מותאמים היטב, שיעור שחזור הזהב יכול להגיע ליותר מ-95%, ושיעור שחזור הכסף יכול להיות גם גבוה יחסית, בהתאם להרכב הראשוני של הבוצה.

השמדת ציאניד יעילה

כפי שצוין לעיל, תהליך הכלור יכול להשמיד ביעילות את הציאניד הרעיל ביותר בבוצת הזהב. יש לכך חשיבות רבה להגנת הסביבה, שכן הוא יכול למנוע את שחרור הציאניד לסביבה, ולהפחית את הנזק הפוטנציאלי לבריאות האדם ולסביבה האקולוגית.

הסתגלות להרכבי בוצה שונים

תהליך הכלור מראה יכולת הסתגלות טובה לבוצה ציאנידית מזהב עם הרכבים שונים. בין אם לבוצה יש תכולה גבוהה או נמוכה של זהב, כסף ומתכות בסיס שונות, ניתן לבצע התאמה מתאימה של תנאי התגובה כגון סוג וכמות חומר הכלור, טמפרטורת התגובה, חומציות ופוטנציאל חמצון-חיזור כדי להשיג טיפול יעיל.

אתגרים ופתרונות בתהליך הכלור

קורוזיה של ציוד

הסביבה החומצית והמחמצנת בתהליך הכלור עלולה לגרום לקורוזיה חמורה של הציוד. השימוש בחומרים מחמצנים המכילים כלור ובמדיה חומצית, במיוחד חומצה הידרוכלורית, עלול לגרום לקורוזיה בכלי התגובה, בצנרת ובציוד אחר. כדי לטפל בבעיה זו, יש לבחור חומרים עמידים בפני קורוזיה. לדוגמה, כלי התגובה יכולים להיות עשויים מחומרים כגון נירוסטה איכותית, סגסוגות טיטניום, או מרופדים בחומרים עמידים בפני קורוזיה כגון גומי או גרפיט. בדיקה ותחזוקה שוטפות של הציוד נחוצות גם כן כדי לאתר ולתקן בעיות הקשורות לקורוזיה בצורה יעילה.

יצירת תוצרי לוואי רעילים

במהלך תהליך הכלור, במיוחד בטיפול בחומרים המכילים ציאניד, קיים סיכון ליצירת תוצרי לוואי רעילים. לדוגמה, כאשר ציאניד מתחמצן, עלול להיווצר ציאנוגן כלוריד, שהוא רעיל. כדי לפתור בעיה זו, יש לשלוט בקפדנות בתנאי תגובה מתאימים. במקרה של חמצון ציאניד, שמירה על סביבה בסיסית יכולה למנוע היווצרות ציאנוגן כלוריד. בנוסף, יש להתקין מערכות אוורור וטיפול בגזים נאותות באזור הייצור כדי למנוע הצטברות של גזים רעילים.

צריכת אנרגיה וריאגנטים גבוהה

תהליך הכלור דורש לעיתים קרובות כמות מסוימת של אנרגיה לחימום, ערבוב והפעלת ציוד. בנוסף, השימוש בחומרי כלור וריאגנטים אחרים כרוך גם בעלויות. כדי להפחית את צריכת האנרגיה והריאגנטים, ניתן לבצע אופטימיזציה של התהליך. לדוגמה, באמצעות שיפור יעילות התגובה על ידי אופטימיזציה של תנאי התגובה, צמצום זמני חימום וערבוב מיותרים ושיפור שיעור הניצול של ריאגנטים באמצעות תכנון ובקרה טובים יותר של התהליך.

סיכום

תהליך הכלור הוא שיטה מבטיחה לטיפול בבוצה של זהב ציאנידי. הוא משלב את הפקת מתכות יקרות הערך וניקוי רעלים של חומרים המכילים ציאניד. למרות שישנם אתגרים מסוימים ביישומו, עם השיפור המתמיד של הטכנולוגיה ואימוץ פתרונות מתאימים, תהליך הכלור יכול למלא תפקיד חשוב יותר ויותר בתעשיית הפקת הזהב, ולתרום הן ליתרונות כלכליים והן להגנת הסביבה.