การสกัดทองคำด้วยไซยาไนด์: การเจาะลึกกระบวนการไซยาไนด์แบบกวน

ในแวดวงการสกัดทองคำ การไซยาไนด์ถือเป็นเรื่องสำคัญมาเป็นเวลากว่าศตวรรษแล้ว นับตั้งแต่เริ่มใช้วิธีการนี้ในการสกัดแร่ทองคำและแร่เงินในปี พ.ศ. 1887 วิธีการนี้ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง จนกลายเป็นหนึ่งในเทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เนื่องจากมีอัตราการสกัดสูง สามารถนำไปปรับใช้กับแร่ประเภทต่างๆ ได้ และสามารถนำไปผลิตได้ในพื้นที่

1. ทำความเข้าใจไซยาไนด์ในการสกัดทองคำ

กระบวนการไซยาไนเดชันเป็นกระบวนการทางเคมีที่ใช้ประโยชน์จากความสามารถของ ไอออน ไซยาไนด์ในการสร้างสารประกอบเชิงซ้อนที่ละลายได้กับทองคำ ในสภาวะที่มีออกซิเจนและน้ำ ไอออนไซยาไนด์จะทำปฏิกิริยากับอะตอมของทองคำ ปฏิกิริยานี้ส่งผลให้เกิดสารประกอบที่ละลายได้ซึ่งทองคำจะจับตัวกับไอออนไซยาไนด์ ทำให้ทองคำละลายในสารละลายได้ แม้ว่ากระบวนการนี้จะมีประสิทธิภาพสูงในการสกัดทองคำ แต่ก็ก่อให้เกิดความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยอย่างมาก เนื่องจากไซยาไนด์เป็นสารพิษ

2. ประเภทของวิธีการไซยาไนด์

วิธีการไซยาไนด์สามารถแบ่งออกได้อย่างกว้างๆ เป็นสองประเภทหลักๆ คือ การกวน การไซยาไนด์ และการซึมผ่าน

• การสกัดทองคำด้วยไซยาไนด์แบบกวน : วิธีนี้ใช้เป็นหลักในการบำบัดแร่ทองคำเข้มข้นที่ได้จากการลอยตัว หรือในกรณีการสกัดทองคำจากตะกอนทั้งหมดด้วยไซยาไนด์ โดยเกี่ยวข้องกับการผสมเนื้อแร่กับสารละลายไซยาไนด์อย่างรุนแรง การทำเช่นนี้จะช่วยให้อนุภาคที่มีทองคำอยู่ในแร่สัมผัสกับไอออนของไซยาไนด์ได้มากที่สุด ซึ่งจะช่วยให้การสกัดทองคำง่ายขึ้น

• การสกัดด้วยไซยาไนด์แบบซึมผ่าน : เหมาะสำหรับแร่ทองคำคุณภาพต่ำ วิธีการนี้ทำงานโดยการปล่อยให้สารละลายไซยาไนด์ค่อยๆ ซึมผ่านชั้นแร่ วิธีนี้ใช้พลังงานน้อยกว่าการสกัดด้วยไซยาไนด์แบบกวน อย่างไรก็ตาม การใช้งานมีข้อจำกัดเฉพาะแร่ที่มีการซึมผ่านได้ดี ซึ่งช่วยให้สารละลายไซยาไนด์ไหลผ่านได้ง่าย

3. การกวน การไซยาไนด์ กระบวนการสกัดทองคำ

กระบวนการ สกัดทองคำด้วยไซยาไนด์แบบกวนประกอบด้วยกระบวนการย่อยหลักสองกระบวนการ ได้แก่ กระบวนการไซยาไนด์-การแทนที่สังกะสี และกระบวนการ ไซยาไนด์- คาร์บอน สลอรี่แบบไม่กรอง

3.1 กระบวนการไซยาไนด์ทดแทนสังกะสี (วิธี CCD และ CCF)

• การเตรียมวัตถุดิบสำหรับการชะล้าง : ขั้นตอนแรกคือการเตรียมแร่ให้พร้อมสำหรับกระบวนการชะล้าง ซึ่งมักจะรวมถึงการบดแร่ให้เป็นชิ้นเล็กๆ แล้วบดให้ละเอียด ในบางกรณี อาจมีการเตรียมการเบื้องต้นเพิ่มเติมเพื่อให้ทองคำในแร่สามารถเข้าถึงได้ง่ายขึ้น จุดมุ่งหมายคือการสร้างเนื้อแร่ที่มีขนาดอนุภาคที่เหมาะสม ซึ่งจะช่วยส่งเสริมการปฏิสัมพันธ์ที่ดีขึ้นระหว่างแร่กับสารละลายไซยาไนด์

• การสกัดทองคำด้วยไซยาไนด์แบบกวน : ผงแร่ที่เตรียมไว้จะถูกถ่ายโอนไปยังถังกวน ซึ่งจะเติมสารละลายไซยาไนด์ลงไป ถังเหล่านี้มีเครื่องกวนที่ช่วยให้ผงแร่และสารละลายไซยาไนด์ผสมกันอย่างทั่วถึง มีการเติมออกซิเจนเข้าไปในถัง ไม่ว่าจะโดยการเติมอากาศหรือการเติมสารออกซิไดซ์ ออกซิเจนนี้จะช่วยขับเคลื่อนปฏิกิริยาเคมีที่ละลายทองคำในสารละลายไซยาไนด์

• การล้างแบบไหลสวนทางเพื่อแยกของแข็งออกจากของเหลว : หลังกระบวนการชะล้าง สารละลายที่ได้จะประกอบด้วยกากของแข็งและของเหลวที่เรียกว่าสารละลายที่มีทองคำละลายอยู่ เพื่อแยกส่วนประกอบทั้งสองนี้ จะใช้เครื่องทำให้ข้นหรือตัวกรองหลายชุดในระบบการล้างแบบไหลสวนทาง วิธีการต่างๆ เช่น การเทแยกแบบไหลสวนทางต่อเนื่อง (Continuous Counter-Current Decantation: CCD) หรือการกรองแบบไหลสวนทางต่อเนื่อง (Continuous Counter-Current Filtration: CCF) ถูกนำมาใช้เพื่อกู้คืนสารละลายที่มีทองคำให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในขณะที่ลดปริมาณทองคำที่สูญเสียไปกับกากของแข็งให้น้อยที่สุด

• การทำให้สารละลายที่ได้จากการแยกของแข็งออกจากของเหลวบริสุทธิ์และการกำจัดออกซิเจน : สารละลายที่มีทองคำบริสุทธิ์อาจมีสิ่งเจือปนและออกซิเจนละลายอยู่ จึงจำเป็นต้องมีกระบวนการทำให้บริสุทธิ์เพื่อกำจัดของแข็งแขวนลอยและสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ ที่อาจรบกวนกระบวนการกู้คืนทองคำในขั้นตอนต่อไป การกำจัดออกซิเจนก็มีความสำคัญเช่นกัน เพราะออกซิเจนสามารถทำให้สารประกอบทองคำ-ไซยาไนด์เกิดการออกซิเดชันซ้ำ ลดประสิทธิภาพของกระบวนการแทนที่ด้วยสังกะสีที่ตามมา

• การแทนที่ด้วยผงสังกะสี (หรือเส้นใยสังกะสี) และการดอง : ผงสังกะสีหรือเส้นใยสังกะสีจะถูกเติมลงในสารละลายที่มีทองคำบริสุทธิ์และปราศจากออกซิเจน สังกะสีมีความไวต่อปฏิกิริยามากกว่าทองคำ ดังนั้นจึงสามารถแทนที่ทองคำจากสารประกอบที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการชะล้างได้ ส่งผลให้เกิดตะกอนของแข็งที่มีทองคำและสังกะสี ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่า โคลนทองคำ หลังจากปฏิกิริยาการแทนที่แล้ว โคลนทองคำมักจะถูกบำบัดด้วยสารละลายกรดเพื่อกำจัดสังกะสีส่วนเกินและสิ่งเจือปนอื่นๆ ออกไป

• การหลอมทองคำแท่ง : ขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการไซยาไนเดชัน-การแทนที่สังกะสี คือการหลอมโคลนทองคำเพื่อผลิตทองคำแท่งบริสุทธิ์ โคลนทองคำจะถูกหลอมที่อุณหภูมิสูงในเตาหลอม และผ่านขั้นตอนการกลั่นหลายขั้นตอนเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนที่เหลืออยู่ ทำให้ได้ทองคำแท่งที่มีความบริสุทธิ์สูง

3.2 กระบวนการไซยาไนด์คาร์บอนแบบไม่มีการกรอง (วิธี CIP และ CIL)

• การเตรียมวัตถุดิบสำหรับการชะล้าง : เช่นเดียวกับกระบวนการไซยาไนเดชัน-การแทนที่สังกะสี ขั้นตอนแรกคือการเตรียมแร่สำหรับการชะล้าง ซึ่งต้องลดขนาดอนุภาคของแร่ให้เหมาะสมโดยผ่านกระบวนการบดและโม่

• การชะล้างแบบกวนและการดูดซับด้วยถ่านกัมมันต์แบบไหลสวนทาง : ในวิธีการคาร์บอนในเยื่อ (CIP) กระบวนการชะล้างด้วยไซยาไนด์จะเกิดขึ้นก่อนในถังกวนหลายถัง เมื่อทองคำละลายในสารละลายแล้ว จะเติม ถ่านกัมมันต์ลงในเยื่อ ถ่านกัมมันต์มีความสัมพันธ์อย่างมากกับสารประกอบทองคำ-ไซยาไนด์และดูดซับทองคำที่ละลายแล้วไว้บนพื้นผิว ในวิธีการคาร์บอนในชะล้าง (CIL) จะเติมถ่านกัมมันต์ลงในถังชะล้างพร้อมกับสารละลายไซยาไนด์พร้อมกัน ดังนั้นกระบวนการชะล้างและการดูดซับจึงเกิดขึ้นพร้อมกัน ในทั้ง CIP และ CIL จะมีการรักษากระแสไหลสวนทางของถ่านและเยื่อเพื่อเพิ่มปริมาณทองคำที่ถูกดูดซับโดยถ่านให้สูงสุด

• การแยกทองคำออกจากคาร์บอนที่ดูดซับไว้ : หลังจากกระบวนการดูดซับแล้ว คาร์บอนที่ดูดซับทองคำไว้จะต้องถูกแยกออกจากเยื่อกระดาษ จากนั้น ทองคำจะถูกแยกออกจากคาร์บอนโดยใช้สารละลายโซดาไฟไซยาไนด์ร้อน สารละลายนี้จะทำลายพันธะระหว่างสารประกอบทองคำไซยาไนด์กับคาร์บอน ทำให้ทองคำถูกปลดปล่อยกลับคืนสู่สารละลาย

• กระบวนการแยกทองคำด้วยไฟฟ้า (Electrowinning) : สารละลายที่มีทองคำเข้มข้นซึ่งได้จากกระบวนการดูดซับจะถูกนำไปผ่านกระบวนการแยกทองคำด้วยไฟฟ้า ในกระบวนการนี้ กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านสารละลาย ทำให้ไอออนของทองคำในสารละลายถูกรีดิวซ์และตกตะกอนลงบนแคโทด เกิดเป็นทองคำแข็งที่สามารถนำไปกลั่นให้บริสุทธิ์ต่อไปได้

• การหลอมทองคำแท่ง : ทองคำที่ได้จากการแยกด้วยไฟฟ้ามีความบริสุทธิ์ค่อนข้างสูง แต่ก็อาจยังมีสิ่งเจือปนอยู่บ้าง การหลอมจึงเป็นการดำเนินการเพื่อทำให้ทองคำบริสุทธิ์ยิ่งขึ้นและหล่อเป็นทองคำแท่งที่มีความบริสุทธิ์ตามที่ต้องการ

• การฟื้นฟูคาร์บอน : คาร์บอนที่ใช้แล้วหลังจากที่ทองคำถูกดูดซับออกไปแล้ว สามารถฟื้นฟูและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ โดยการนำคาร์บอนไปผ่านกระบวนการให้ความร้อนสูงเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนที่ดูดซับไว้และฟื้นฟูความสามารถในการดูดซับทองคำ

4. การเปรียบเทียบกระบวนการ CIP และ CIL

• ระยะเวลาของกระบวนการ : โดยทั่วไปแล้ว กระบวนการ CIP ใช้เวลานานกว่ากระบวนการ CIL โดยรวม เนื่องจากในกระบวนการ CIP การชะล้างและการดูดซับเป็นการดำเนินการที่แยกจากกัน ในขณะที่ในกระบวนการ CIL เนื่องจากทั้งการชะล้างและการดูดซับเกิดขึ้นพร้อมกัน กระบวนการทั้งหมดจึงสามารถเสร็จสิ้นได้ในเวลาที่สั้นกว่า อย่างไรก็ตาม กระบวนการ CIL ต้องการการควบคุมที่ซับซ้อนกว่า เนื่องจากทั้งสองกระบวนการเกิดขึ้นพร้อมกัน

• การจัดการคาร์บอนและสารละลาย : ในกระบวนการ CIL มีปริมาณคาร์บอนหมุนเวียนมากกว่า และความเข้มข้นของคาร์บอนในสารละลายจะต่ำกว่าในกระบวนการ CIP ส่งผลให้ปริมาณสารละลายที่ต้องขนส่งเพื่อถ่ายโอนคาร์บอนในกระบวนการ CIL มักจะมากกว่ากระบวนการ CIP หลายเท่า (ประมาณสี่เท่า) ซึ่งส่งผลกระทบต่อขนาดของอุปกรณ์และการใช้พลังงาน

• ปริมาณโลหะตกค้างและความเข้มข้นของทองคำในสารละลาย : ในกระบวนการ CIP จะมีโลหะตกค้างอยู่ในระบบเป็นจำนวนมาก (metal backlog) และโลหะนี้จะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอระหว่างถ่านกัมมันต์และสารละลาย ส่วนในกระบวนการ CIL โลหะส่วนใหญ่จะถูกดูดซับไว้บนถ่านกัมมันต์ นอกจากนี้ ความเข้มข้นของทองคำในสารละลายในกระบวนการ CIL จะสูงกว่าในกระบวนการ CIP เนื่องจากในกระบวนการ CIL ขณะที่ทองคำกำลังถูกชะล้างออกไป ก็จะมีการดูดซับทองคำอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นการเติมเต็มทองคำที่ละลายอยู่ในสารละลาย ในขณะที่กระบวนการ CIP เป็นกระบวนการดูดซับแบบขั้นตอนเดียวที่มีการเติมเต็มทองคำที่ละลายอยู่ในสารละลายอย่างจำกัด

5. ข้อพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัย

แม้จะมีประสิทธิภาพ แต่การไซยาไนด์ โดยเฉพาะการไซยาไนด์แบบกวน ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยอย่างมาก ไซยาไนด์เป็นพิษร้ายแรง และการรั่วไหลหรือการจัดการที่ไม่เหมาะสมอาจนำไปสู่มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่ร้ายแรงและเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ เพื่อรับมือกับความเสี่ยงเหล่านี้ การดำเนินการขุดทองต้องปฏิบัติตามมาตรการด้านความปลอดภัยที่เข้มงวด ซึ่งรวมถึงการจัดเก็บและจัดการไซยาไนด์อย่างถูกต้อง การติดตั้งระบบกักเก็บเพื่อป้องกันการรั่วไหล และการบำบัดน้ำเสียที่มีไซยาไนด์ นอกจากนี้ การวิจัยอย่างต่อเนื่องยังมุ่งหวังที่จะพัฒนาสารชะล้างทางเลือกที่มีพิษน้อยกว่าเพื่อทดแทนไซยาไนด์ในการสกัดทองคำ

6 ข้อสรุป

การไซยาไนด์ด้วยการกวนมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมการทำเหมืองทองคำสมัยใหม่ ช่วยให้สามารถสกัดทองคำจากแร่ประเภทต่างๆ ได้อย่างรวดเร็ว กระบวนการย่อยหลักสองกระบวนการ ได้แก่ การไซยาไนด์ การแทนที่สังกะสี และสารละลายคาร์บอนไซยาไนด์ที่ไม่ได้กรอง แต่ละกระบวนการมีข้อดีของตัวเอง และถูกเลือกขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น คุณสมบัติของแร่ ขนาดการดำเนินการ และความสามารถในการทำกำไร อย่างไรก็ตาม อุตสาหกรรมจะต้องรับมือกับความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับการใช้ไซยาไนด์ต่อไป เพื่อให้มั่นใจถึงอนาคตที่ยั่งยืนของการสกัดทองคำ