کاربرد کربن فعال در بازیابی طلا

در صنعت استخراج طلا، کربن فعال یک ماده کلیدی است که برای جذب و غنی‌سازی{0}طلای کم غلظت از محلول‌های سیانید استفاده می‌شود. عملکرد اصلی آن غنی‌سازی انتخابی مجتمع‌های سیانید طلا در ساختار منافذ بزرگ آن از طریق جذب فیزیکی، دستیابی به افزایش هزار-برابر غلظت جرم و ایجاد پایه‌ای برای بازیابی کارآمد بعدی است.

 

I. نقش کربن فعال در بازیابی طلا

 

پس از شستشوی سیانید از سنگ معدن طلا، طلا در محلول به صورت آنیون های سیانید طلا (Au(CN)2-) در غلظت های معمولاً بسیار کم وجود دارد. بازیابی مستقیم طلا از چنین محلول های رقیق از نظر اقتصادی چالش برانگیز است. کربن فعال، با سطح ویژه بسیار بالا (تقریبا 1000 متر مربع در گرم) و ساختار منافذ خاص، به یک محیط ایده آل برای غنی سازی طلا از محلول تبدیل می شود.

در تولید صنعتی عمدتاً از کربن فعال پوسته نارگیل استفاده می شود. این توسط فعال سازی بخار تولید می شود و دارای سختی و مقاومت در برابر سایش کافی برای مقاومت در برابر سایش در فرآیند کربن-در-پالپ است.

 

II. مکانیسم جذب طلا: آنیون های سیانید طلا جفت یون دارای بار منفی هستند، در حالی که سطح کربن فعال از نظر الکتریکی خنثی است، بنابراین جذب مستقیم امکان پذیر نیست. جذب طلا به تشکیل "جفت یون" بستگی دارد. یون‌های کلسیم (Ca2+، معمولاً از آهک اضافه شده) در محلول با دو آنیون سیانید طلا ترکیب می‌شوند تا جفت‌های یونی کلسیم-طلا را خنثی کنند: Ca[Au(CN)2]2. این جفت‌های یون خنثی از طریق نیروهای واندروالسی روی سطوح منافذ کربن فعال جذب می‌شوند.

این یک فرآیند تعادل دینامیکی برگشت پذیر است. یک رابطه متناظر بین غلظت طلا در محلول و بار طلا بر روی کربن فعال وجود دارد. برای کاهش مداوم غلظت طلا در محلول و افزایش بار طلا بر روی کربن، یک روش تماس جریان مخالف اتخاذ می‌شود: خمیر حامل طلا به‌طور متوالی در یک سری از مخازن جذب جریان دارد، در حالی که کربن فعال در جهت مخالف حرکت می‌کند. کربن تازه از آخرین مخزن اضافه می شود و به مخزن اول با بالاترین غلظت طلا جریان می یابد. پالپ از اولین مخزن به آخرین مخزن جریان می یابد. به این ترتیب، غلظت طلا در باطله‌های تخلیه شده از آخرین مخزن می‌تواند به سطح بسیار پایینی کاهش یابد، در حالی که کربن بارگیری شده با طلا که از مخزن اول خارج می‌شود، ظرفیت بارگذاری بالایی دارد.

III. عوامل اصلی مؤثر بر راندمان جذب طلا راندمان جذب طلا تحت تأثیر شرایط عملیاتی و شیمیایی مختلف است.

 

1. شرایط فیزیکی: چگالی خمیر باید نزدیک به چگالی مرطوب کربن فعال (تقریباً 1.3-1.5 تن در متر مربع) باشد تا از تعلیق یکنواخت ذرات کربن و جلوگیری از رسوب یا شناور شدن جلوگیری شود. هم زدن کافی می تواند ضخامت لایه مرزی مایع روی سطح ذرات کربن را کاهش دهد و انتقال جرم و انتشار طلا به ذرات کربن را تسریع کند.

 

2. خواص کربن فعال: اندازه ذرات کربن کوچکتر برای تسریع سینتیک جذب مفید است اما دشواری غربالگری و بازیابی را افزایش می دهد. در صنعت، محدوده اندازه ذرات معمولاً 1-3 میلی متر است (به عنوان مثال، مش 6×12 یا مش 8×16). سختی کربن بسیار مهم است، زیرا نیاز به مقاومت در برابر سایش در طول فرآیندهای هم زدن، پمپاژ و بازسازی دارد. کربن پوسته نارگیل در این زمینه عملکرد بسیار خوبی دارد.

 

3. جذب رقابتی و سموم: این یک مسئله کلیدی است که بر میزان بازیابی تأثیر می گذارد.

- سموم آلی: مواد آلی مانند معرف های شناورسازی (به عنوان مثال، زانتات ها)، روغن های روان کننده و اسیدهای هیومیک با طلا برای مکان های جذب رقابت می کنند و حتی ممکن است منافذ را مسدود کنند. معرف های فلوتاسیون خاصی می توانند فعالیت جذب کربن فعال را تا بیش از 60 درصد کاهش دهند. این سموم آلی عمدتاً از طریق مراحل بازسازی حرارتی بعدی حذف می شوند.

- سموم غیر آلی: عمدتاً کمپلکس‌های سیانید سایر فلزات (مثلاً مس، نیکل، نقره). آنها همچنین می توانند جفت های یونی را برای جذب تشکیل دهند و مکان های فعال را اشغال کنند. باید به تاثیر مس توجه ویژه ای داشت. شکل سیانید آن در محلول با pH تغییر می کند و زمانی که PH زیر 10.5 باشد راحت تر جذب می شود. اکثر سموم معدنی را می توان با اسیدشویی از بین برد.

- پوسته‌گیری: در طول فرآیند CIP، یون‌های کلسیم و کربنات ممکن است رسوباتی مانند کربنات کلسیم (CaCO3) را روی سطح کربن فعال تشکیل دهند. این لایه‌های مقیاس عمدتاً رسوب می‌کنند و ورودی‌های مزوپورها و درشت منافذ ذرات کربن را مسدود می‌کنند و مانع از انتشار طلا به ریز منافذ می‌شوند. شستشوی منظم اسید می تواند به طور موثر این لایه های رسوب را از بین ببرد.

 

4. محیط شیمیایی محلول:

- pH و غلظت سیانید: از نظر صنعتی، pH معمولاً بین 10-11 برای کنترل تولید گاز سمی HCN حفظ می‌شود. غلظت سیانید آزاد کافی شرط لازم برای اطمینان از انحلال و پایداری موثر طلا است.

- دما: جذب طلا یک فرآیند گرمازا است، بنابراین دماهای پایین‌تر برای جذب مناسب است. بسیاری از کارخانه ها اغلب در فصول سرد به نرخ بازیابی بالاتری دست می یابند. در مقابل، فرآیند دفع بعدی به دماهای بالا نیاز دارد.

- قدرت یونی: وجود یون‌های فلز قلیایی خاکی مانند کلسیم و منیزیم برای تشکیل جفت‌های یون سیانید طلا ضروری است.

 

IV. دفع: واجذب طلا از کربن فعال کربن بارگیری شده با طلا-جذب شده با طلای با غلظت-بالا باید تحت درمان دفع (شرق) قرار گیرد تا طلا را به محلول برای تصفیه الکترولیتی بازگرداند.

 

اصل اساسی دفع، ایجاد شرایط نامطلوب برای جذب و معکوس کردن فرآیند جذب است. در صنعت، دو فرآیند بالغ به طور عمده اتخاذ می شود: روش AARL و روش Zadra. هر دو بر اساس مراحل زیر هستند:

1. در دمای بالا، یک محلول یون سدیم با غلظت بالا (از هیدروکسید سدیم) برای جایگزینی یون‌های کلسیم در جفت‌های یون سیانید طلا با یون‌های سدیم از طریق تبادل یونی استفاده می‌شود و جفت‌های یون سیانید طلای کمتر پایدار سدیم- را تشکیل می‌دهند.

2. دمای بالا باعث تجزیه جفت‌های یونی ناپایدار سدیم-سیانید طلا می‌شود و آنیون‌های سیانید طلا از سطح کربن فعال دوباره به محلول آزاد می‌شوند.

تفاوت اصلی بین این دو در ترکیب فرآیند نهفته است: روش AARL یک عملیات دسته‌ای است و محلول غنی از طلا{0}}وجذب شده (محلول حامله) به یک کارگاه الکترولیز مستقل ارسال می‌شود. روش Zadra ستون دفع و سلول الکترولیتی را به صورت سری به هم متصل می کند تا یک چرخه حلقه بسته تشکیل دهد و دفع و الکترولیز را به طور همزمان انجام دهد. صرف نظر از روش اتخاذ شده، هدف کاهش محتوای طلای کربن بدون چربی بازگشتی به مدار جذب به کمتر از 50 گرم در تن برای بازیابی ظرفیت جذب آن است.

 

V. جریان های فرآیند اصلی: CIP، CIL، و Pumpcell

 

سه شکل اصلی فرآیند استخراج طلای کربن فعال وجود دارد:

کربن در خمیر (CIP): سنگ معدن ابتدا بیشتر انحلال طلا را از طریق مخازن مستقل لیچینگ سیانید تکمیل می کند و سپس خمیر کاغذ وارد یک سری مخازن جذب برای جذب طلا می شود. خمیر به سمت جلو جریان می یابد و کربن فعال به صورت خلاف جریان منتقل می شود. «نسبت غنی‌سازی» آن (نسبت کربن-بارگذاری شده طلا به عیار طلای محلول خوراک) معمولاً 1000-1200 است.

کربن در لیچ (CIL): شستشو و جذب به طور همزمان در یک سری از مخازن ترکیب شده و انجام می شود. این فرآیند مخصوصاً برای سنگ‌های حاوی مواد «طلا-غارتگر» (مواد دیگری که می‌توانند طلا را جذب کنند) مناسب است، زیرا کربن فعال می‌تواند برای محافظت از طلای محلول با آنها رقابت کند. با این حال، به دلیل غلظت کم طلا در محلول زمانی که لیچینگ ناقص است، معمولاً موجودی بیشتری از کربن فعال مورد نیاز است و نسبت غنی سازی عموماً 800-1000 است.

 

فرآیند Pumpcell: یک حالت عملیاتی شبیه به "Merry-go-round" را اتخاذ می کند. جریان مخالف با چرخش منظم نقطه تغذیه خمیر و نقطه تخلیه باطله بدون نیاز به حرکت فیزیکی خمیر کربن حاصل می شود. این روش اختلاط مجدد را کاهش می‌دهد، کربن را در دسته‌ها مدیریت می‌کند، می‌تواند به نسبت غنی‌سازی بالاتر (1500-2500 یا بالاتر) دست یابد و حجم تجهیزات فشرده‌تری دارد.

انتخاب فرآیند به عوامل مختلفی مانند خواص سنگ معدن، مقیاس طراحی، سرمایه گذاری و هزینه های عملیاتی بستگی دارد.

 

VI. نظارت بر فرآیند و تعادل عملکرد پایدار یک کارخانه CIP/CIL بر پایش پارامترهای کلیدی متکی است که عمدتاً از دو جنبه ارزیابی می‌شود:

 

- غلظت طلا در محلول: محتوای طلا را در محلول در خروجی هر مخزن جذب کنترل کنید، که باید روند نزولی قابل توجهی را نشان دهد.

- غلظت طلا در-کربن بارگذاری شده طلا: بار طلای کربن فعال را در هر مخزن جذب کنترل کنید، که باید یک روند رو به پایین-گام به-از جلو به عقب نشان دهد.

تجزیه و تحلیل منظم این جنبه‌ها، همراه با آزمایش‌های روی نرخ جنبشی جذب (فعالیت) کربن فعال، می‌تواند به کارخانه کمک کند تا مشکلاتی مانند تجمع سم، کاهش راندمان تجهیزات یا عدم تعادل عملیاتی را شناسایی کند و در نتیجه نرخ بازیافت طلای بهینه را حفظ کند.

کربن فعال نقش بی بدیلی در بازیافت طلا دارد. از اصل اساسی جذب جفت‌های یون سیانید طلا گرفته تا پرداختن به چالش‌های عملی سموم آلی و معدنی و پوسته‌گیری تا بازیابی دفع و انتخاب فرآیند، کل فرآیند یک سیستم فنی پیچیده و کارآمد را تشکیل می‌دهد. درک عمیق و کنترل دقیق خواص کربن فعال، شرایط فرآیند و تعادل سیستم هسته اصلی دستیابی به بازیابی کارآمد و اقتصادی طلا است.