תהליך שטיפת ציאניד בכריית זהב: התהליך השלם מפירוק להתאוששות

מבוא

הפקת זהב מעפרותיו הייתה נושא מעורר עניין רב במשך מאות שנים. מבין השיטות השונות הזמינות, שטיפת ציאניד התגלתה כאחת הטכניקות הנפוצות ביותר בתחום המסחרי כריית זהב תעשייה. תהליך זה מאפשר המסה יעילה של זהב מחומרי המארח שלו, מה שמאפשר להפיק את המתכת היקרה בצורה מרוכזת יותר. מאמר זה יעמיק בתהליך המלא של שטיפת ציאניד בכריית זהב, החל מהמסה ראשונית של זהב בתמיסות ציאניד ועד להפקה הסופית של המתכת.

התמוססות הזהב בתמיסות ציאניד

תגובות כימיות מעורבות

המסת זהב בתמיסות ציאניד מבוססת על סדרה מורכבת של תגובות כימיות. ניתן לייצג את התגובה הכוללת על ידי המשוואה הבאה:

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

בתגובה זו, זהב (Au) מגיב עם סודיום ציאניד (NaCN) בנוכחות חמצן (O₂) ומים (H₂O) ליצירת נתרן דיציאנואורט (Na[Au(CN)₂]) ונתרן הידרוקסידי (NaOH). תפקידו של החמצן בתגובה זו הוא קריטי, שכן הוא פועל כחומר חמצון, המקל על המסת הזהב.

תנאים לפירוק אופטימלי

לצורך המסה יעילה של זהב, יש לשלוט בקפידה במספר תנאים. ריכוז הציאניד בתמיסה הוא גורם קריטי. בדרך כלל, נעשה שימוש בריכוז של 0.05 - 0.1% NaCN בתהליך השטיפה. ריכוז גבוה יותר עשוי להוביל לצריכה מוגברת של ציאניד ללא עלייה פרופורציונלית בהמסת הזהב, בעוד שריכוז נמוך יותר עלול לגרום לשטיפה איטית ולא שלמה.

גם ל-pH של התמיסה תפקיד משמעותי. תהליך השטיפה יעיל ביותר בתווך בסיסי מעט, עם טווח pH של 9.5 - 11. ב-pH זה, יוני הציאניד נמצאים בצורתם הלא מנותקת (HCN), שהיא תגובתית יותר כלפי זהב. התאמת ה-pH מושגת בדרך כלל על ידי הוספת סיד (CaO) לתמיסת השטיפה.

טמפרטורה היא פרמטר חשוב נוסף. למרות שהתגובה יכולה להתרחש בטמפרטורות סביבה, טמפרטורה גבוהה מעט של כ-25-35 מעלות צלזיוס יכולה להגביר את קצב המסת הזהב. עם זאת, העלאת הטמפרטורה יתר על המידה עלולה להוביל לפירוק הציאניד, ולהפחית את יעילותו.

טיפול מקדים בעפרות

ריסוק וטחינה

לפני שניתן להתחיל בתהליך שטיפת הציאניד, יש צורך לטפל מראש בעפרות המכילות זהב. השלב הראשון בטיפול מוקדם זה הוא בדרך כלל גריסה ו שְׁחִיקָההעפרות נמעכות כדי להקטין את גודלן ולאחר מכן נטחנות לחלקיקים דקים. פעולה זו מגדילה את שטח הפנים של העפרה, ומאפשרת מגע יעיל יותר בין חלקיקי הזהב לתמיסת הציאניד במהלך תהליך השטיפה.

מידת הטחינה נשלטת בקפידה. טחינה מוגזמת עלולה להוביל להיווצרות של סליים עדינות, אשר עלולות לגרום לבעיות במהלך שלבי ההפרדה הבאים בין מוצק לנוזל. מצד שני, טחינה לא מספקת עלולה לגרום לחשיפה לא מספקת של חלקיקי הזהב, מה שמוביל לשטיפה לא שלמה.

קלייה וביו-חמצון

במקרים מסוימים, עפרות הזהב עשויות להכיל מינרלים עקשניים המונעים את המסתו הישירה של הזהב על ידי ציאניד. עבור עפרות כאלה, ייתכן שיידרשו שיטות טיפול מקדים נוספות כגון קלייה או חמצון ביולוגי.

קלייה כרוכה בחימום העפרה בנוכחות אוויר כדי לחמצן את המינרלים החסיני אש, כגון סולפידים. תהליך חמצון זה מפרק את המינרלים, משחרר את חלקיקי הזהב והופך אותם לנגישים יותר לתמיסת הציאניד.

ביו-חמצון, לעומת זאת, משתמש במיקרואורגניזמים כדי לחמצן את המינרלים החסיני אש. זוהי אלטרנטיבה ידידותית יותר לסביבה לקלייה מכיוון שהיא פועלת בטמפרטורות נמוכות יותר ומייצרת פחות פליטות מזיקות. המיקרואורגניזמים, בדרך כלל חיידקים או פטריות, נבחרים על סמך יכולתם לחמצן את המינרלים החסיני אש הספציפיים הקיימים בעפרה.

תהליך השטיפה

שטיפה ממיכל מעורבב

שטיפת זהב ממיכלים מעורבבים היא אחת השיטות הנפוצות ביותר לשטיפת ציאניד. בתהליך זה, העפרה שטופלה מראש מעורבבת עם תמיסת הציאניד במיכלים מעורבבים גדולים. המיכלים מצוידים במערבלים המבטיחים ערבוב יסודי של העפרה והתמיסה, ומקדמים את המגע בין חלקיקי הזהב ליוני הציאניד.

זמן השטיפה יכול להשתנות בהתאם לאופי העפרה ולתנאי ההפעלה. באופן כללי, תהליך השטיפה יכול להימשך בין מספר שעות למספר ימים. במהלך תקופה זו, דגימות של התשטיפים נלקחות מעת לעת ומנותחות כדי לנטר את התקדמות המסת הזהב.

שטיפת ערימה

שטיפת ערימה היא שיטה נוספת הנפוצה, במיוחד עבור עפרות זהב באיכות נמוכה. בתהליך זה, העפרה המרוסקת נערמת בערימות גדולות על גבי בטנה אטומה. לאחר מכן, תמיסת הציאניד מרוססת על ראש הערימה ומניחה לה לחלחל דרך העפרה. כאשר התמיסה עוברת דרך הערימה, היא ממיסה את חלקיקי הזהב, והתמיסה המתקבלת נאספת בתחתית הערימה.

שטיפת ערימה היא שיטה חסכונית יותר בהשוואה ל שטיפת מיכל מעורבב מכיוון שהוא דורש פחות השקעה הונית בציוד. עם זאת, זהו תהליך איטי יותר ומתאים יותר לעפרות עם תכולת זהב נמוכה יחסית.

הפרדת מוצק-נוזל

סִנוּן

לאחר השלמת תהליך השטיפה, השלב הבא הוא הפרדת השאריות המוצקות (פסולת) מהתמיסה ההרה, המכילה את הזהב המומס. סינון הוא אחת השיטות הנפוצות ביותר להפרדה בין מוצק לנוזל. בתהליך זה, התרחיף (תערובת של מוצק ונוזל) מועבר דרך מצע סינון, כגון בד סינון או מכבש סינון. החלקיקים המוצקים נשמרים על מצע הסינון, בעוד שהנוזל (התמיסה ההרה) עובר דרכו ונאסף.

בחירת מצע הסינון תלויה באופי החלקיקים המוצקים ובתנאי ההפעלה. לדוגמה, במקרים בהם החלקיקים המוצקים דקים מאוד, ייתכן שיידרש מטלית סינון בעלת רשת דקה יותר.

דזנטציה

ניקוי נוזלים (decantation) היא שיטה נוספת שניתן להשתמש בה להפרדה בין מוצק לנוזל, במיוחד כאשר החלקיקים המוצקים גדולים יחסית ושוקעים בקלות. בתהליך זה, התרחיף נותנים לעמוד במיכל שיקוע למשך זמן מה. החלקיקים המוצקים שוקעים לתחתית המיכל עקב כוח הכבידה, והנוזל העל-תכליתי הצלול (תמיסה הרה) נשפך בזהירות.

ניקוי היא שיטה פשוטה יותר ופחות עתירת אנרגיה בהשוואה לסינון. עם זאת, ייתכן שהיא לא יעילה באותה מידה בהפרדת חלקיקים מוצקים דקים מאוד.

שחזור זהב מהתמיסה ההרה

ספיחת פחמן פעיל

אחת השיטות הנפוצות ביותר להפקת זהב מהתמיסה ההרה היא ספיחת פחם פעילבתהליך זה, מוסיפים פחם פעיל לתמיסה ההרה. לקומפלקס הזהב-ציאניד יש זיקה חזקה לפני השטח של הפחם הפעיל, וכתוצאה מכך הזהב נספג על חלקיקי הפחמן.

חלקיקי הפחמן מופרדים לאחר מכן מהתמיסה, בדרך כלל על ידי ניפוי או סינון. הפחמן הטעון בזהב עובר עיבוד נוסף כדי לספוג את הזהב. זה נעשה בדרך כלל על ידי טיפול בקיטור בטמפרטורה גבוהה של הפחמן או באמצעות חומר ספיחה כימי.

משקעי אבץ

שקיעת אבץ, המכונה גם תהליך מריל-קרואו, היא שיטה נוספת להפקת זהב. בתהליך זה, מוסיפים אבק אבץ לתמיסה ההרה. אבץ הוא אלקטרופוזיטיבי יותר מזהב, וכתוצאה מכך, הוא דוחק את הזהב מהקומפלקס הזהב-ציאניד. ניתן לייצג את התגובה על ידי המשוואה הבאה:

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

הזהב המשקע, יחד עם כל אבץ שלא הגיב, יוצר בוצה מוצקה. לאחר מכן, בוצה זו מופרדת מהתמיסה, והזהב עובר זיקוק נוסף לקבלת מוצר טהור.

זיקוק זהב

התכת

לאחר שהזהב הופק מהתמיסה המותכת, בדרך כלל יש צורך לזקק אותו כדי להסיר את כל הזיהומים שנותרו. התכה היא אחת השיטות הנפוצות ביותר לזיקוק זהב. בתהליך זה, החומר המכיל זהב מחומם לטמפרטורה גבוהה בנוכחות שטף, כגון בורקס. השטף מסייע להוריד את נקודת ההיתוך של הזהב וגם מגיב עם הזיהומים, ויוצר סיגים שניתן להפריד מהזהב המותך.

הזהב המותך נמזג לאחר מכן לתבניות ליצירת מטילי זהב. מטילי זהב אלו ניתנים לעיבוד נוסף או למכירתם כמוצר מוגמר למחצה.

זיקוק אלקטרוליטי

זיקוק אלקטרוליטי הוא שיטה מתקדמת יותר לזיקוק זהב. בתהליך זה, האנודה המכילה זהב ממוקמת בתא אלקטרוליטי יחד עם קתודה של זהב טהור. האלקטרוליט הוא בדרך כלל תמיסה של זהב כלורי או מלחי זהב אחרים. כאשר זרם חשמלי עובר דרך התא, הזהב מהאנודה מתמוסס באלקטרוליט ולאחר מכן שקוע על הקתודה.

זיהומים שהם אלקטרו-פוזיטיביים יותר מזהב מתמוססים באלקטרוליט אך אינם שוקעים על הקתודה, בעוד שזיהומים שהם פחות אלקטרו-פוזיטיביים מזהב נשארים כבוצה בתחתית התא. התוצאה היא מוצר זהב בעל טוהר גבוה מאוד.

שיקולים סביבתיים

ניהול ציאניד

ציאניד הוא חומר רעיל ביותר, וניהול נכון של ציאניד בתהליך כריית הזהב הוא בעל חשיבות עליונה. השימוש בציאניד בכריית זהב מוסדר בקפדנות במדינות רבות כדי למזער את השפעתו על הסביבה ועל בריאות האדם.

אחד ההיבטים המרכזיים בניהול ציאניד הוא מניעת דליפות ציאניד. פעולות כרייה נדרשות להציב מערכות בלימה מתאימות כדי למנוע דליפה של תמיסות המכילות ציאניד לסביבה. בנוסף, טיפול בשפכים המכילים ציאניד הוא גם חיוני. קיימות מספר שיטות לטיפול בשפכים המכילים ציאניד, כגון חמצון כימי, טיפול ביולוגי וחילוף יונים.

סילוק זנב

יש גם לסלק כראוי את השאריות המוצקות (פסולת) המיוצרות לאחר תהליך הפקת הזהב. פסולת יכולה להכיל כמויות זעירות של ציאניד ומתכות כבדות אחרות, אשר עלולות להוות איום על הסביבה אם לא ינוהלו כראוי.

שיטה נפוצה אחת לסילוק פסולת היא אחסונם בסכרי פסולת. סכרים אלה נועדו להכיל את הפסולת ולמנוע שחרור מזהמים לסביבה. במקרים מסוימים, ניתן גם לעבד את הפסולת מחדש כדי להפיק מינרלים יקרי ערך שנותרו או כדי להפחית את ההשפעה הסביבתית.

סיכום

תהליך שטיפת הציאניד בכריית זהב הוא תהליך מורכב ורב-שלבי הכולל את המסת הזהב בתמיסות הציאניד, טיפול מקדים בעפרות, שטיפה, הפרדת מוצק-נוזל, הפקת זהב, זיקוק וניהול סביבתי. כל שלב בתהליך זה מבוקר בקפידה על מנת להבטיח הפקה והפקה יעילים של זהב תוך מזעור ההשפעה הסביבתית. למרות האתגרים הכרוכים בשימוש בציאניד, התהליך נותר שיטה חשובה ונפוצה בתעשיית כריית הזהב המסחרית בשל יעילותו הגבוהה ועלותו הנמוכה יחסית. עם זאת, מתבצעים מחקר ופיתוח מתמשכים לפיתוח שיטות חלופיות ידידותיות יותר לסביבה וברות קיימא.