กระบวนการสกัดไซยาไนด์ในการทำเหมืองทองคำ: กระบวนการทั้งหมดตั้งแต่การละลายไปจนถึงการกู้คืน

บทนำ

การสกัดทองคำจากแร่เป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจอย่างมากมานานหลายศตวรรษ ในบรรดาวิธีการต่างๆ ที่มีอยู่การสกัดด้วยไซยาไนด์ได้กลายเป็นหนึ่งในเทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดใน อุตสาหกรรม การทำเหมืองทองคำ เชิงพาณิชย์ กระบวนการนี้ช่วยให้สามารถละลายทองคำออกจากแร่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้สามารถกู้คืนโลหะมีค่าในรูปแบบที่มีความเข้มข้นมากขึ้น บทความนี้จะเจาะลึกถึงกระบวนการสกัดด้วยไซยาไนด์ในการทำเหมืองทองคำอย่างครบถ้วน ตั้งแต่การละลายทองคำในสารละลายไซยาไนด์ในขั้นต้นไปจนถึงการกู้คืนโลหะในขั้นสุดท้าย

การสลายตัวของทองคำในสารละลายไซยาไนด์

ปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้อง

การละลายของทองในสารละลายไซยาไนด์นั้นขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนหลายชุด ปฏิกิริยาโดยรวมสามารถแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:

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

ในปฏิกิริยานี้ ทองคำ (Au) ทำปฏิกิริยากับโซเดียมไซยาไนด์ (NaCN) ในสภาวะที่มีออกซิเจน (O₂) และน้ำ (H₂O) เพื่อสร้างโซเดียมไดไซยาโนออเรต (Na[Au(CN)₂]) และโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) บทบาทของออกซิเจนในปฏิกิริยานี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ ช่วยให้ทองคำละลายได้ง่ายขึ้น

เงื่อนไขสำหรับการละลายที่เหมาะสมที่สุด

เพื่อให้การละลายทองมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องควบคุมเงื่อนไขต่างๆ อย่างระมัดระวัง ความเข้มข้นของไซยาไนด์ในสารละลายเป็นปัจจัยสำคัญ โดยทั่วไป จะใช้ NaCN ในความเข้มข้น 0.05 - 0.1% ในกระบวนการสกัด ความเข้มข้นที่สูงขึ้นอาจส่งผลให้มีการใช้ไซยาไนด์มากขึ้นโดยที่การละลายทองไม่เพิ่มขึ้นตามสัดส่วน ในขณะที่ความเข้มข้นที่ต่ำกว่าอาจทำให้การสกัดช้าลงและไม่สมบูรณ์

ค่า pH ของสารละลายก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน กระบวนการชะล้างจะมีประสิทธิภาพสูงสุดในตัวกลางที่มีฤทธิ์เป็นด่างเล็กน้อย โดยมีค่า pH อยู่ระหว่าง 9.5 - 11 ที่ค่า pH นี้ ไอออนไซยาไนด์จะอยู่ในรูปแบบที่ยังไม่แตกตัว (HCN) ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับทองได้ดีกว่า การปรับค่า pH มักจะทำได้โดยการเติมปูนขาว (CaO) ลงในสารละลายชะล้าง

อุณหภูมิเป็นอีกปัจจัยที่สำคัญ แม้ว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิแวดล้อม แต่หากเพิ่มอุณหภูมิขึ้นเล็กน้อยประมาณ 25 - 35°C อาจทำให้ทองคำละลายได้เร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม การเพิ่มอุณหภูมิมากเกินไปอาจทำให้ไซยาไนด์สลายตัว ส่งผลให้ประสิทธิภาพของไซยาไนด์ลดลง

การบำบัดแร่เบื้องต้น

บดและบด

ก่อนเริ่มกระบวนการสกัดทองคำด้วยไซยาไนด์ แร่ทองคำจำเป็นต้องได้รับการเตรียมการเบื้องต้นเสียก่อน ขั้นตอนแรกในการเตรียมการเบื้องต้นนี้มักจะเป็นการบดและโม่แร่จะถูกบดเพื่อลดขนาดแล้วโม่ให้เป็นอนุภาคละเอียด ซึ่งจะเพิ่มพื้นที่ผิวของแร่ ทำให้เกิดการสัมผัสที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นระหว่างอนุภาคทองคำกับสารละลายไซยาไนด์ในระหว่างกระบวนการสกัด

ระดับของการบดต้องควบคุมอย่างระมัดระวัง การบดมากเกินไปอาจทำให้เกิดเมือกละเอียดซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาในขั้นตอนการแยกของแข็งและของเหลวในภายหลัง ในทางกลับกัน การบดไม่เพียงพออาจทำให้อนุภาคทองคำถูกเปิดเผยไม่เพียงพอ ส่งผลให้การชะล้างไม่สมบูรณ์

การคั่วและการออกซิเดชันทางชีวภาพ

ในบางกรณี แร่ทองคำอาจมีแร่ธาตุที่ทนไฟซึ่งป้องกันไม่ให้ทองคำละลายโดยตรงด้วยไซยาไนด์ สำหรับแร่ดังกล่าว อาจต้องใช้วิธีการเตรียมการเพิ่มเติม เช่น การคั่วหรือการออกซิเดชันทางชีวภาพ

การคั่วแร่เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนกับอากาศเพื่อออกซิไดซ์แร่ธาตุที่ทนไฟ เช่น ซัลไฟด์ กระบวนการออกซิไดซ์นี้จะสลายแร่ธาตุ ปลดปล่อยอนุภาคทองคำและทำให้เข้าถึงสารละลายไซยาไนด์ได้ง่ายขึ้น

ในทางกลับกัน การออกซิเดชันทางชีวภาพจะใช้จุลินทรีย์เพื่อออกซิไดซ์แร่ธาตุทนไฟ วิธีนี้เป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าการคั่ว เนื่องจากใช้อุณหภูมิที่ต่ำกว่าและปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายน้อยกว่า จุลินทรีย์ ซึ่งโดยทั่วไปคือแบคทีเรียหรือเชื้อรา จะถูกคัดเลือกตามความสามารถในการออกซิไดซ์แร่ธาตุทนไฟเฉพาะที่มีอยู่ในแร่

กระบวนการชะล้าง

การชะล้างถังกวน

การชะล้างด้วยถังกวนเป็นหนึ่งในวิธีการทั่วไปที่ใช้สำหรับการชะล้างไซยาไนด์ ในกระบวนการนี้ แร่ที่ผ่านการบำบัดเบื้องต้นจะถูกผสมกับสารละลายไซยาไนด์ในถังกวนขนาดใหญ่ ถังเหล่านี้มีเครื่องกวนที่ช่วยให้แร่และสารละลายผสมกันอย่างทั่วถึง ส่งเสริมการสัมผัสระหว่างอนุภาคทองคำและไอออนไซยาไนด์

ระยะเวลาในการชะล้างอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับลักษณะของแร่และสภาวะการทำงาน โดยทั่วไป กระบวนการชะล้างอาจใช้เวลาตั้งแต่หลายชั่วโมงไปจนถึงหลายวัน ในช่วงเวลานี้ จะมีการเก็บตัวอย่างน้ำชะล้างเป็นระยะและวิเคราะห์เพื่อตรวจสอบความคืบหน้าของการละลายทองคำ

การชะล้างฮีป

การสกัดแร่ทองคำด้วยกองแร่เป็นอีกวิธีหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแร่ทองคำคุณภาพต่ำ ในกระบวนการนี้ แร่ที่บดแล้วจะถูกกองเป็นกองใหญ่บนวัสดุซับที่ไม่สามารถซึมผ่านได้ จากนั้นจึงฉีดพ่นสารละลายไซยาไนด์ลงบนกองแร่และปล่อยให้ซึมผ่านแร่ เมื่อสารละลายผ่านกองแร่ สารละลายจะละลายอนุภาคทองคำ และสารละลายที่ก่อตัวขึ้นจะถูกเก็บรวบรวมไว้ที่ก้นกองแร่

การสกัดด้วยกองแร่มีต้นทุนต่ำกว่าการสกัดด้วยถังคนเนื่องจากใช้เงินลงทุนในอุปกรณ์น้อยกว่า อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ช้ากว่าและเหมาะสำหรับแร่ที่มีปริมาณทองคำค่อนข้างต่ำ

การแยกของแข็งและของเหลว

การกรอง

หลังจากขั้นตอนการสกัดเสร็จสิ้น ขั้นตอนต่อไปคือการแยกตะกอนของแข็ง (กากตะกอน) ออกจากสารละลายที่ตั้งครรภ์ซึ่งมีทองละลายอยู่ การกรองเป็นหนึ่งในวิธีการแยกของแข็งและของเหลวที่ใช้กันทั่วไป ในกระบวนการนี้ สารละลาย (ส่วนผสมของของแข็งและของเหลว) จะถูกส่งผ่านตัวกลางกรอง เช่น ผ้ากรองหรือเครื่องกรองแบบกด อนุภาคของแข็งจะถูกกักไว้ในตัวกลางกรอง ในขณะที่ของเหลว (สารละลายที่ตั้งครรภ์) จะผ่านเข้าไปและถูกเก็บรวบรวม

การเลือกวัสดุกรองขึ้นอยู่กับลักษณะของอนุภาคของแข็งและสภาวะการทำงาน ตัวอย่างเช่น ในกรณีที่อนุภาคของแข็งมีความละเอียดมาก อาจจำเป็นต้องใช้ผ้ากรองที่มีตาข่ายละเอียดกว่า

การริน

การเทออกเป็นวิธีอื่นที่สามารถใช้ในการแยกของแข็งและของเหลว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออนุภาคของแข็งมีขนาดค่อนข้างใหญ่และตกตะกอนได้ง่าย ในกระบวนการนี้ สารละลายจะถูกปล่อยให้นิ่งอยู่ในถังตกตะกอนเป็นระยะเวลาหนึ่ง อนุภาคของแข็งจะตกตะกอนที่ก้นถังเนื่องจากแรงโน้มถ่วง จากนั้นของเหลวใสที่อยู่เหนือตะกอน (สารละลายที่ค้างอยู่ในถัง) จะถูกเทออกอย่างระมัดระวัง

การเทแยกเป็นวิธีการที่ง่ายกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่าเมื่อเทียบกับการกรอง อย่างไรก็ตาม วิธีนี้อาจไม่มีประสิทธิภาพในการแยกอนุภาคของแข็งที่ละเอียดมาก

การกู้คืนทองคำจากสารละลายตั้งครรภ์

การดูดซับคาร์บอนที่เปิดใช้งาน

หนึ่งในวิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการแยกทองคำออกจากสารละลายที่มีทองคำปนอยู่คือ การดูดซับด้วยถ่านกัมมันต์ ในกระบวนการนี้ จะมีการเติมถ่านกัมมันต์ลงในสารละลายที่มีทองคำปนอยู่ สารประกอบเชิงซ้อนของทองคำและไซยาไนด์มีความสัมพันธ์อย่างมากกับพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ ส่งผลให้ทองคำถูกดูดซับลงบนอนุภาคของถ่านกัมมันต์

จากนั้นอนุภาคคาร์บอนจะถูกแยกออกจากสารละลาย โดยปกติแล้วจะทำโดยการกรองหรือกรอง จากนั้นคาร์บอนที่มีทองอยู่จะถูกประมวลผลเพิ่มเติมเพื่อแยกทองคำออก โดยทั่วไปจะทำโดยการทำให้คาร์บอนผ่านกระบวนการอบไอน้ำอุณหภูมิสูงหรือใช้สารเคมีแยกทองคำออก

การตกตะกอนสังกะสี

การตกตะกอนสังกะสี หรือที่เรียกอีกอย่างว่ากระบวนการ Merrill-Crowe เป็นอีกวิธีหนึ่งในการกู้คืนทองคำ ในกระบวนการนี้ จะมีการเติมผงสังกะสีลงในสารละลายที่เตรียมไว้ สังกะสีมีคุณสมบัติเป็นอิเล็กโทรโพซิทีฟมากกว่าทองคำ และด้วยเหตุนี้ จึงทำให้ทองคำถูกแทนที่จากสารเชิงซ้อนทองคำ-ไซยาไนด์ ปฏิกิริยานี้สามารถแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:

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

ทองที่ตกตะกอนพร้อมกับสังกะสีที่ยังไม่เกิดปฏิกิริยาใดๆ จะกลายเป็นตะกอนแข็ง จากนั้นตะกอนนี้จะถูกแยกออกจากสารละลาย และทองคำจะถูกทำให้บริสุทธิ์ต่อไปเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่บริสุทธิ์

การกลั่นทองคำ

ถลุง

เมื่อแยกทองคำออกจากสารละลายแล้ว ทองคำจะต้องผ่านกระบวนการกลั่นเพื่อขจัดสิ่งเจือปนที่เหลือออกไป การถลุงเป็นวิธีหนึ่งที่นิยมใช้กันมากที่สุดในการกลั่นทองคำ ในกระบวนการนี้ วัสดุที่มีทองคำจะถูกทำให้ร้อนจนมีอุณหภูมิสูงในสภาวะที่มีฟลักซ์ เช่น โบแรกซ์ ฟลักซ์จะช่วยลดจุดหลอมเหลวของทองคำ และยังทำปฏิกิริยากับสิ่งเจือปน ทำให้เกิดตะกรันที่สามารถแยกออกจากทองคำที่หลอมละลายได้

จากนั้นทองคำที่หลอมละลายแล้วจะถูกเทลงในแม่พิมพ์เพื่อสร้างแท่งทองคำ แท่งทองคำเหล่านี้สามารถนำไปแปรรูปต่อหรือขายเป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปได้

การกลั่นด้วยไฟฟ้า

การกลั่นด้วยไฟฟ้าเป็นวิธีการขั้นสูงสำหรับการกลั่นทองคำ ในกระบวนการนี้ ขั้วบวกที่มีทองคำจะถูกวางไว้ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์พร้อมกับขั้วลบทองคำบริสุทธิ์ อิเล็กโทรไลต์มักจะเป็นสารละลายของคลอไรด์ทองคำหรือเกลือทองคำชนิดอื่น เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเซลล์ ทองจากขั้วบวกจะละลายเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์แล้วจึงตกตะกอนลงบนขั้วลบ

สิ่งเจือปนที่เป็นอิเล็กโทรโพซิทีฟมากกว่าทองคำจะละลายเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์แต่ไม่เกาะติดที่แคโทด ในขณะที่สิ่งเจือปนที่เป็นอิเล็กโทรโพซิทีฟน้อยกว่าทองคำจะยังคงเป็นตะกอนที่ก้นเซลล์ ส่งผลให้ได้ผลิตภัณฑ์ทองคำที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก

การพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อม

การจัดการไซยาไนด์

ไซยาไนด์เป็นสารพิษร้ายแรง และการจัดการไซยาไนด์อย่างเหมาะสมในกระบวนการทำเหมืองทองคำถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง การใช้ไซยาไนด์ในการทำเหมืองทองคำได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดในหลายประเทศเพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์

ประเด็นสำคัญประการหนึ่งของการจัดการไซยาไนด์คือการป้องกันการรั่วไหลของไซยาไนด์ การดำเนินการขุดจำเป็นต้องมีระบบกักเก็บที่เหมาะสมเพื่อป้องกันไม่ให้สารละลายที่มีไซยาไนด์รั่วไหลสู่สิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ การบำบัดน้ำเสียที่มีไซยาไนด์ก็มีความสำคัญเช่นกัน มีวิธีการต่างๆ หลายวิธีในการบำบัดน้ำเสียที่มีไซยาไนด์ เช่น การออกซิเดชันทางเคมี การบำบัดทางชีวภาพ และการแลกเปลี่ยนไอออน

การกำจัดกากตะกอน

กากตะกอนแข็งที่เกิดขึ้นหลังกระบวนการกู้คืนทองคำยังต้องได้รับการกำจัดอย่างถูกต้อง กากตะกอนอาจมีไซยาไนด์และโลหะหนักอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งอาจก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อสิ่งแวดล้อมได้หากไม่ได้รับการจัดการอย่างถูกต้อง

วิธีหนึ่งที่นิยมใช้ในการกำจัดกากตะกอนคือการจัดเก็บกากตะกอนในเขื่อนกักเก็บกากตะกอน เขื่อนเหล่านี้ได้รับการออกแบบให้กักเก็บกากตะกอนและป้องกันไม่ให้สารปนเปื้อนถูกปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม ในบางกรณี กากตะกอนอาจถูกนำไปแปรรูปใหม่เพื่อกู้คืนแร่ธาตุที่มีค่าที่เหลืออยู่หรือเพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

สรุป

กระบวนการสกัดไซยาไนด์ในการทำเหมืองทองคำเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและมีหลายขั้นตอน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการละลายทองคำในสารละลายไซยาไนด์ การบำบัดแร่เบื้องต้น การสกัด การแยกของแข็งและของเหลว การกู้คืนทองคำ การกลั่น และการจัดการสิ่งแวดล้อม ขั้นตอนต่างๆ ในกระบวนการนี้ได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าการสกัดและการกู้คืนทองคำมีประสิทธิภาพในขณะที่ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมให้น้อยที่สุด แม้จะมีความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับการใช้ไซยาไนด์ กระบวนการนี้ยังคงเป็นวิธีการที่สำคัญและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการทำเหมืองทองคำเชิงพาณิชย์ เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงและต้นทุนค่อนข้างต่ำ อย่างไรก็ตาม มีการดำเนินการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อพัฒนาวิธีการทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนมากขึ้น