กระบวนการสกัดทองคำไทโอยูเรีย: หลักการ การดำเนินงาน และข้อควรพิจารณา

บทนำ

การสกัดทองคำเป็นกระบวนการที่สำคัญในอุตสาหกรรมการขุดและโลหะมีค่า ในบรรดาวิธีการสกัดต่างๆ ไทโอยูเรียสกัดทองคำ กระบวนการนี้ได้รับความสนใจอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ไทโอยูเรียซึ่งมีสูตรเคมี \(SCN_2H_4\) เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้ โพสต์บล็อกนี้จะสำรวจกระบวนการสกัดทองคำไทโอยูเรียอย่างครอบคลุม ครอบคลุมถึงหลักการ ขั้นตอนการทำงาน ปัจจัยที่มีอิทธิพล และข้อดีเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการดั้งเดิม

หลักการสกัดทองคำไทโอยูเรีย

หลักการพื้นฐานของการสกัดทองคำไทโอยูเรียอยู่ที่ความสามารถในการสร้างสารเชิงซ้อนที่เสถียรกับไอออนทองคำในตัวกลางที่เป็นกรด ในสภาพที่มีตัวออกซิไดซ์ ทองคำในแร่จะถูกออกซิไดซ์และทำปฏิกิริยากับไทโอยูเรียเพื่อสร้างสารเชิงซ้อนทองคำ-ไทโอยูเรียที่ละลายน้ำได้ ตัวออกซิไดซ์ที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดในกระบวนการนี้คือไอออนของเหล็ก(III) และออกซิเจนที่ละลายน้ำได้

ไทโอยูเรียค่อนข้างเสถียรในสารละลายกรด ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้กระบวนการสกัดนี้เกิดขึ้นได้ ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ไทโอยูเรียสามารถก่อตัวเป็นไอออนเชิงซ้อนกับไอออนบวกของโลหะได้ อย่างไรก็ตาม ยกเว้น ปรอทความเสถียรของไอออนเชิงซ้อนไทโอยูเรียกับโลหะอื่นๆ ค่อนข้างต่ำ ลักษณะพิเศษนี้ทำให้การสกัดทองคำจากไทโอยูเรียมีการคัดเลือกทองคำสูง

ขั้นตอนปฏิบัติการในกระบวนการสกัดทองคำไทโอยูเรีย

การเตรียมแร่

ขั้นตอนแรกในกระบวนการสกัดทองคำไทโอยูเรียคือการเตรียมแร่ แร่จะต้องถูกบดและบดให้มีขนาดอนุภาคที่เหมาะสมเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวให้สัมผัสกับสารละลายไทโอยูเรียได้ดีขึ้น โดยทั่วไป ยิ่งขนาดอนุภาคละเอียดมากเท่าใด อัตราการเกิดปฏิกิริยาระหว่างแร่กับสารละลายที่มีไทโอยูเรียก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม การบดให้ละเอียดมากอาจส่งผลเสียบางประการได้ เช่น การใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นและความยากลำบากในการแยกของแข็งออกจากของเหลวในภายหลัง

การชะล้างไทโอยูเรีย

หลังจากเตรียมแร่แล้ว แร่ที่บดแล้วจะถูกผสมกับสารละลายที่มีไทโอยูเรีย เนื่องจากไทโอยูเรียไม่เสถียรในสารละลายด่างและสลายตัวเป็นซัลไฟด์และอะมิโนได้ง่ายไซยาไนด์สารละลายที่ใช้สกัดมักจะเป็นสารละลายกรดซัลฟิวริกเจือจางของไทโอยูเรีย สิ่งสำคัญคือต้องเติมกรดก่อนแล้วจึงเติมไทโอยูเรียเพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไปในเนื้อเยื่อซึ่งอาจทำให้เกิดการไฮโดรไลซิสของไทโอยูเรียและลดประสิทธิภาพของเนื้อเยื่อ

ในระหว่าง กระบวนการชะล้างปัจจัยต่างๆ เช่น ความเข้มข้นของไทโอยูเรีย ชนิดและปริมาณของสารออกซิไดซ์ ค่า pH ของสารละลาย อุณหภูมิของเยื่อกระดาษ และเวลาในการชะล้าง ล้วนส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออัตราการชะล้างทองคำ ตัวอย่างเช่น อัตราการชะล้างทองคำโดยทั่วไปจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของไทโอยูเรียที่เพิ่มขึ้น แต่ไทโอยูเรียที่มากเกินไปอาจนำไปสู่ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นและปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้นได้ ค่า pH ของตัวกลางสัมพันธ์กับความเข้มข้นของไทโอยูเรีย ภายใต้สภาวะอุณหภูมิปกติและปริมาณไทโอยูเรีย ค่า pH ของตัวกลางควรน้อยกว่า 1.5 อย่างไรก็ตาม ความเป็นกรดไม่ควรสูงเกินไป มิฉะนั้น จะเพิ่มปริมาณสิ่งเจือปนที่ละลายกรดได้ในแร่

การแยกของแข็ง-ของเหลว

หลังจากขั้นตอนการชะล้าง จะมีการคัดแยกของแข็งและของเหลวเพื่อแยกสารละลายที่มีสารเชิงซ้อนของทองคำ-ไทโอยูเรียออกจากสารตกค้างที่เป็นของแข็ง วิธีการแยกของแข็งและของเหลวทั่วไป ได้แก่ การกรองและการตกตะกอน การเลือกวิธีการแยกขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ลักษณะของแร่ ขนาดอนุภาคของของแข็ง และขนาดของการดำเนินการ การแยกของแข็งและของเหลวอย่างมีประสิทธิภาพมีความสำคัญอย่างยิ่งในการรับรองคุณภาพของสารละลายที่มีสารเชิงซ้อนและอำนวยความสะดวกในการดำเนินการกู้คืนทองคำในภายหลัง

การฟื้นฟูทองคำจากหญิงตั้งครรภ์

มีหลายวิธีในการแยกทองคำออกจากสารละลายที่ได้จากการแยกของแข็งและของเหลว โดยวิธีทั่วไป 2 วิธี ได้แก่ การแทนที่โลหะและการชุบด้วยไฟฟ้า

การทดแทนโลหะ:โลหะ เช่น เหล็กและอลูมิเนียมสามารถนำมาใช้เป็นตัวรีดิวซ์เพื่อทดแทนทองจากสารเชิงซ้อนทอง-ไทโอยูเรียในสารละลายได้ ทองที่ถูกแทนที่จะกลายเป็นตะกอนแข็ง ซึ่งสามารถนำไปประมวลผลเพิ่มเติมเพื่อให้ได้ทองคำบริสุทธิ์

ไฟฟ้า:ในกระบวนการชุบทองด้วยไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านสารละลายที่บรรจุอยู่ ไอออนของทองในสารละลายจะถูกรีดิวซ์ที่แคโทดและสะสมอยู่บนพื้นผิวแคโทด ในขณะที่ไทโอยูเรียและสารอื่นๆ จะถูกออกซิไดซ์ที่แอโนด วิธีนี้สามารถกู้คืนทองคำที่มีความบริสุทธิ์สูงได้ แต่ต้องใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าเฉพาะและเงื่อนไขการทำงานที่เหมาะสม

การกลั่นผลิตภัณฑ์ทองคำ

ทองคำที่ได้หลังจากการกู้คืนมักมีสิ่งเจือปนอยู่บ้างและต้องผ่านการกลั่นเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ทองคำที่มีความบริสุทธิ์สูง กระบวนการกลั่นจะคล้ายกับทองคำที่ได้จากวิธีการสกัดอื่นๆ เช่น การไซยาไนด์ วิธีการกลั่นทั่วไป ได้แก่ การกลั่นทางเคมีและการกลั่นด้วยไฟฟ้า ซึ่งสามารถขจัดสิ่งเจือปนได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงความบริสุทธิ์ของทองคำให้ตรงตามข้อกำหนดของตลาด

ปัจจัยที่มีผลต่อกระบวนการสกัดทองคำไทโอยูเรีย

องค์ประกอบของแร่

องค์ประกอบแร่ธาตุของแร่มีผลกระทบอย่างมากต่อกระบวนการสกัดทองคำไทโอยูเรีย ทองแดง ออกไซด์ของบิสมัทในวัตถุดิบจะละลายในกรดและเกิดปฏิกิริยาเชิงซ้อนกับไทโอยูเรีย ทำให้ผลของการชะล้างทองคำด้วยไทโอยูเรียลดลงและเพิ่มการใช้ไทโอยูเรีย นอกจากนี้ หากวัตถุดิบมีสารที่ละลายกรดได้จำนวนมาก (เช่น เหล็กไดวาเลนต์ คาร์บอเนต ออกไซด์ของโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เป็นต้น) และองค์ประกอบรีดิวซ์ ก็จะเพิ่มการใช้สารออกซิไดเซอร์และกรดซัลฟิวริกและลดอัตราการชะล้างทองคำ อย่างไรก็ตาม แร่ซัลไฟด์ เช่น ทองแดง สารหนู แอนติโมนี และตะกั่ว มีผลเสียต่อการชะล้างทองคำด้วยไทโอยูเรียค่อนข้างน้อย ซึ่งทำให้การสกัดทองคำโดยใช้ไทโอยูเรียสามารถสกัดทองคำและเงินจากวัตถุดิบแร่ทองคำทนไฟที่ซับซ้อนได้อย่างเลือกสรร

ขนาดอนุภาคของทองคำในแร่

ขนาดอนุภาคของทองคำในแร่เป็นปัจจัยหนึ่งที่มีผลต่ออัตราการชะล้างทองคำ โดยทั่วไป ยิ่งขนาดอนุภาคของทองคำเล็กลงเท่าใด พื้นที่ผิวจำเพาะก็จะใหญ่ขึ้นเท่านั้น และสัมผัสกับสารละลายไทโอยูเรียได้ง่ายขึ้น ส่งผลให้มีอัตราการชะล้างที่สูงขึ้น ดังนั้น ในขั้นตอนการเตรียมแร่ จำเป็นต้องมีการบดที่เหมาะสมเพื่อให้อนุภาคทองคำในแร่ถูกเปิดเผยอย่างเต็มที่และอำนวยความสะดวกให้กับกระบวนการชะล้าง

อุณหภูมิ

อุณหภูมิมีผลสองประการต่อกระบวนการสกัดทองคำไทโอยูเรีย ประการหนึ่ง การเพิ่มอุณหภูมิสามารถเร่งอัตราการแพร่กระจายของสารตั้งต้นและอัตราการเกิดปฏิกิริยาระหว่างทองคำกับไทโอยูเรีย ส่งผลให้อัตราการสกัดทองคำเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน ไทโอยูเรียมีเสถียรภาพทางความร้อนต่ำ เมื่ออุณหภูมิสูงเกินไป ไทโอยูเรียจะเกิดการไฮโดรไลซิสและสลายตัว ทำให้ประสิทธิภาพในการสกัดลดลง โดยทั่วไป อุณหภูมิของกระบวนการสกัดไทโอยูเรียควรควบคุมให้อยู่ต่ำกว่า 55 °C และในหลายๆ กรณี อุณหภูมิจะดำเนินการที่อุณหภูมิห้อง

ค่า pH ของสารละลาย

ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ค่า pH ของสารละลายมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับความเสถียรของไทโอยูเรียและผลการชะล้างของทองคำ ไทโอยูเรียจะเสถียรในสื่อที่เป็นกรด และสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดที่เหมาะสมจะเอื้อต่อการก่อตัวของสารเชิงซ้อนระหว่างทองคำและไทโอยูเรีย อย่างไรก็ตาม หากค่า pH ต่ำเกินไป จะไม่เพียงแต่เพิ่มปริมาณสิ่งเจือปนที่ละลายในกรดได้เท่านั้น แต่ยังอาจทำให้เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่เอื้อต่อกระบวนการสกัดอีกด้วย ดังนั้น การควบคุมค่า pH ของสารละลายอย่างแม่นยำจึงมีความจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าจะได้ผลการสกัดที่เหมาะสมที่สุด

ความเข้มข้นของไทโอยูเรียและสารออกซิไดซ์

ความเข้มข้นของไทโอยูเรียส่งผลโดยตรงต่อปริมาณของสารประกอบทองคำ-ไทโอยูเรียที่เกิดขึ้น โดยทั่วไป การเพิ่มความเข้มข้นของไทโอยูเรียสามารถเพิ่มอัตราการชะล้างทองคำได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาถึงต้นทุนและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม จำเป็นต้องปรับความเข้มข้นของไทโอยูเรียให้เหมาะสม ชนิดและความเข้มข้นของสารออกซิไดซ์ก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน จำเป็นต้องมีสารออกซิไดซ์ที่เพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าทองคำในแร่เกิดการออกซิเดชันอย่างต่อเนื่อง แต่สารออกซิไดซ์ที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดการออกซิเดชันและการสลายตัวของไทโอยูเรีย ทำให้ประสิทธิภาพการใช้ไทโอยูเรียลดลง

ข้อดีของกระบวนการสกัดทองคำไทโอยูเรีย

1. ความเร็วในการชะล้างที่รวดเร็ว:เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการสกัดทองคำแบบดั้งเดิมบางวิธี เช่น การไซยาไนด์ กระบวนการสกัดทองคำด้วยไทโอยูเรียจะมีความเร็วในการสกัดค่อนข้างเร็ว การก่อตัวของสารเชิงซ้อนทองคำ-ไทโอยูเรียในตัวกลางที่เป็นกรดสามารถละลายทองคำได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งสามารถลดเวลาในการสกัดได้อย่างมาก

2. ความเป็นพิษต่ำ:ไทโอยูเรียมีพิษน้อยกว่าเมื่อเทียบกับ ไซยาไนด์ ใช้ในวิธีการไซยาไนด์แบบดั้งเดิม ไซยาไนด์มีพิษร้ายแรงและเป็นภัยคุกคามร้ายแรงต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์ การใช้ไทโอยูเรียในการสกัดทองคำช่วยลดความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นจากสารพิษ

3. การเลือกที่ดี:เนื่องจากความเสถียรของไอออนเชิงซ้อนไทโอยูเรียค่อนข้างต่ำกับโลหะส่วนใหญ่ ยกเว้น ดาวพุธกระบวนการสกัดทองคำโดยใช้ไทโอยูเรียมีความสามารถในการคัดเลือกทองคำสูง สามารถสกัดทองคำจากแร่ที่ซับซ้อนซึ่งมีโลหะเจือปนหลายชนิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยลดการรบกวนจากสิ่งเจือปนในกระบวนการสกัด

4. การบำบัดหลังการใช้สารละลายที่ง่ายขึ้น:หลังจากขั้นตอนการสกัดทองคำแล้ว สารละลายที่มีไทโอยูเรียสามารถบำบัดได้ค่อนข้างง่าย ตัวอย่างเช่น ในขั้นตอนการกู้คืนทองคำ การใช้การแทนที่โลหะหรือการชุบด้วยไฟฟ้าสามารถแยกทองคำออกจากสารละลายได้ค่อนข้างง่าย และสารละลายที่เหลือสามารถบำบัดเพิ่มเติมเพื่อลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมได้

สรุป

กระบวนการสกัดทองคำด้วยไทโอยูเรียเป็นวิธีการที่มีแนวโน้มดีในสาขาการสกัดทองคำ ด้วยการทำความเข้าใจหลักการ ขั้นตอนปฏิบัติการ ปัจจัยที่มีอิทธิพล และข้อดีต่างๆ บริษัทเหมืองแร่และนักวิจัยสามารถปรับกระบวนการให้เหมาะสมยิ่งขึ้นเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการสกัดทองคำ ลดต้นทุน และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมให้เหลือน้อยที่สุด แม้ว่าจะยังมีความท้าทายบางประการที่ต้องแก้ไข เช่น การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ไทโอยูเรียและการปรับปรุงเสถียรภาพของกระบวนการภายใต้สภาพแร่ที่แตกต่างกัน การวิจัยและนวัตกรรมอย่างต่อเนื่องในด้านนี้จะส่งเสริมการพัฒนาและการประยุกต์ใช้กระบวนการสกัดทองคำด้วยไทโอยูเรียต่อไปอย่างแน่นอน