השפעות ההפעלה והפסיבציה של מלחי עופרת על תהליך ציאנידציית הזהב

מבוא

ציאנידציה של זהב היא תהליך נפוץ בתעשיית הכרייה להפקת זהב מעפרות. הוספת כימיקלים מסוימים יכולה להשפיע באופן משמעותי על יעילות תהליך זה. מבין התוספים הללו, מלחי עופרת הראו השפעות מורכבות, הן הפעלה והן ביטול פעילות, על תגובת ציאנידציה של זהב . הבנת השפעות אלו חיונית לייעול תהליכי הפקת זהב , הפחתת עלויות ומזעור השפעות סביבתיות.

יסודות תהליך ציאנידציה זהב

ציאנידציה של זהב, הידועה גם כתהליך מקארתור-פורסט, כרוכה בתגובה של זהב עם יוני ציאניד בנוכחות חמצן. תגובה כימית זו מאפשרת לזהב להתמוסס ממטריצת העפרה לתוך התמיסה, מה שמאפשר את הפקתו לאחר מכן. עם זאת, נוכחותם של זיהומים שונים בעפרה ותנאי התגובה יכולים להשפיע על מהירות ומלאות התמוססות הזהב.

השפעות הפעלה של מלחי עופרת

מנגנון הפעלה

תפקיד קטליטי בתגובות אלקטרוכימיות

מלחי עופרת יכולים לשמש כזרזים בתהליך ציאנידציה של זהב. באזור פוטנציאל יתר נמוך (- 0.35 V לעומת Ag/AgCl), הוכח שהוספת מלח עופרת מזרזת את תהליך שטיפת הזהב בתמיסות ציאניד. ניסויי וולטמטריה מחזורית (CV) מצביעים על כך שעופרת משתתפת בתגובות האלקטרוכימיות המתרחשות על פני הזהב. בתנאי ציאנידציה, זהב יוצר סגסוגות עם עופרת. סגסוגות אלו יוצרות תאים אלקטרוכימיים זעירים על פני הזהב, שם מתרחשות תגובות חמצון והפחתה בו זמנית. תגובת החמצון בממשק הסגסוגת של הזהב מקדמת את פירוק הזהב, בעוד שתגובת ההפחתה מערבת חמצן או חומרים מחמצנים אחרים בתמיסה. פעולה אלקטרוכימית זו מאיצה משמעותית את הקצב הכולל של פירוק הזהב.

עיכוב תגובות טומאה

בעפרות המכילות נחושת וזיהומים אחרים, מלחי עופרת ממלאים תפקיד מועיל. מינרלי נחושת בעפרה יכולים לצרוך ציאניד וחמצן, ומתחרים בתגובת זהב-ציאנידציה. מלחי עופרת מקיימים אינטראקציה עם יוני נחושת או נחושת - נושאים מינרלים, ויוצרים תרכובות בלתי מסיסות המונעות ממינרלי נחושת להתמוסס. זה מפחית את כמות הציאניד הנצרכת על ידי נחושת, ומשאיר יותר ציאניד זמין לתגובת זהב-ציאנידציה ובכך מגביר את קצב שטיפת הזהב. בעפרות נושאות זהב נחושת גבוהות, נצפה שהוספת מלחי עופרת מפחיתה את כמות הנחושת המומסת בתמיסת הציאניד, תוך שמירה על יחס נוח להתמוססות זהב.

עדות ניסויית להפעלה

מחקרים במעבדה ובתעשייה אישרו את אפקט ההפעלה של מלחי עופרת. במחקר אחד על עפרה המכילה זהב עם 0.25% גלנה, הוספת מלח עופרת שיפרה משמעותית את קצב שטיפת הזהב. גם שיטות תעשייתיות תומכות בממצאים אלה. בכמה מכרות זהב, בעת עיבוד סוגים ספציפיים של עפרות, הוספת כמות נכונה של מלחי עופרת הפחיתה את צריכת נתרן ציאניד ממעל 12 ק"ג/טון ל-5 ק"ג/טון בלבד והגדילה את שיעור הפקת הזהב ליותר מ-98%.

השפעות נטרול של מלחי עופרת

תנאים לביטול

נוכחות של סיליקט ועופרת מסויימת - נושאת מינרלים

בנסיבות מסוימות, במיוחד בנוכחות סיליקט ועופרת ספציפית הנושאת מינרלים, הוספת עופרת יכולה להאט את חמצון הזהב. בפוטנציאל של – 0.35 V (לעומת Ag/AgCl), קצב התמוססות הזהב יורד. הסיבה המדויקת היא מורכבת, אך היא עשויה להיות כרוכה ביצירת סרטים על פני השטח או באינטראקציה של חומרי עופרת עם פני הזהב, החוסמת יוני ציאניד וחמצן מלהגיע לזהב. לדוגמה, כמה מינרלים נושאי עופרת מגיבים עם תמיסת הציאניד ליצירת תרכובות המכסות את פני הזהב, ומעכבות את ההתקדמות הרגילה של תגובת הציאנידציה.

גבוה - עפרות גופרית

בעפרות עתירות גופרית, הוספת עופרת עשויה שלא להועיל ואף יכולה להוביל לנטרול. כאשר תכולת הגופרית בעפרה גבוהה, מינרלים גופרתיים מתחמצנים לגופרית יסודית במהלך תהליך הציאנידציה. גופרית אלמנטרית זו יוצרת שכבה על פני הזהב המונעת ממנו להגיב עם תמיסת הציאניד - חמצן. עופרת עשויה לקדם את החמצון של מינרלים גופרתיים לגופרית, לעכב עוד יותר את תגובת ציאנידציית הזהב ולגרום לירידה משמעותית בקצב פירוק הזהב.

עדות אנליטית לנטרול

ניתוח ספקטרוסקופיה של פוטואלקטרון רנטגן (XPS) מספק עדות להשפעות הנטרול. בדגימות מתהליכי ציאנידציה של עפרות עתירות גופרית עם תוספת עופרת, ספקטרום XPS מראים נוכחות של חומרים המכילים גופרית על פני הזהב, המעידים על היווצרות שכבת הגופרית הפאסיבית. בדיקות אלקטרוכימיות גם מאשרות שקצב חמצון הזהב יורד בנוכחות מינרלים הנושאים סיליקט ועופרת.

גורמים המשפיעים על האיזון בין הפעלה לביטול

ריכוז מלחי עופרת

כמות מלחי העופרת המוספים למערכת הציאנידציה היא קריטית. בריכוזים נמוכים, למלחי עופרת יש בדרך כלל אפקט מפעיל, המעודד פירוק זהב. אבל אם הריכוז גבוה מדי, זה יכול להוביל להיווצרות של תוצרי תגובה מוגזמת הגורמים לנטרול. לדוגמה, ריכוז גבוה מדי של יוני עופרת עלול לגרום למשקעים של קומפלקסים של עופרת - ציאניד המצפים את משטח הזהב ומפסיקים את תגובת הציאנידציה.

הרכב עפרות

הרכב העפרות, לרבות הסוגים והכמויות של מינרלים גופרתיים, סיליקטים וזיהומים אחרים, קובע אם מלחי עופרת פועלים כמפעילים או מנטרלים. עפרות עם תכולה גבוהה של מינרלים גופרתיים מסוימים, כמו פיריט בעפרות עתירות גופרית, נוטות יותר לחוות נטרול כאשר מוסיפים עופרת. לעומת זאת, עפרות עם כמות משמעותית של מינרלים נחושת יכולות להפיק תועלת מהשפעת ההפעלה של מלחי עופרת.

תנאי תגובה

תנאי תגובה כגון טמפרטורה, pH וריכוז החמצן והציאניד בתמיסה משפיעים גם הם על השפעות ההפעלה וההשבתה של מלחי עופרת. טמפרטורה גבוהה יותר יכולה להאיץ הן את התגובות המועילות והן המזיקות הקשורות לעופרת. ה-pH של התמיסה משפיע על קיומם של עופרת ויוני מתכת אחרים, ומשפיע על האינטראקציות שלהם עם זהב ומינרלים אחרים. ריכוז נאות של חמצן נחוץ כדי שתגובת זהב-ציאנידציה תתנהל כרגיל, ומלחי עופרת יכולים לקיים אינטראקציה עם חמצן בדרכים שונות בהתאם לתנאים, בין אם מגבירים או מעכבים את התגובה.

סיכום

למלחי עופרת יש גם השפעות הפעלה וגם השפעות ביטול על תהליך ציאנידציית הזהב. השפעות ההפעלה, כגון זירוז תגובות אלקטרוכימיות והפחתת הפרעות לטומאה, יכולות לשפר משמעותית את יעילות מיצוי הזהב. עם זאת, בתנאים מסוימים, כגון בנוכחות סיליקט, מינרלים נושאי עופרת ספציפיים, או עפרות עתירות גופרית, מלחי עופרת יכולים לגרום לנטרול על ידי האטת חמצון הזהב או יצירת שכבות חוסמות על פני הזהב. הבנת הגורמים המשפיעים על השפעות אלו, כולל ריכוז מלחי עופרת, הרכב עפרות ותנאי תגובה, חיונית לשימוש מוצלח במלחי עופרת בציאנידציה של זהב. על ידי שליטה קפדנית בגורמים אלה, תעשיית הכרייה יכולה לייעל את מיצוי הזהב, להפחית את צריכת הריאגנטים, להגדיל את הרווחיות ולמזער את ההשפעות הסביבתיות. מחקר עתידי יכול להתמקד ביצירת מודלים מדויקים יותר לניבוי התנהגות מלח עופרת במצבי עפרות שונים - עיבוד ומציאת דרכים חדשות לנטרל השפעות הנטרול.