به گزارش عیار معدن، بیش از یک قرن است که روش سیانوراسیون با استفاده از نمک‌های سیانید سدیم یا پتاسیم به عنوان فناوری مسلط و بدون رقیب در استخراج هیدرومتالورژیکی طلا در سراسر جهان به کار گرفته می‌شود. تشکیل کمپلکس پایدار دی‌سیانواورات در محیط‌های قلیایی و قابلیت بازیابی طلا با هزینه‌های عملیاتی معقول، عوامل تثبیت این روش در دهه‌های متمادی بوده‌اند. با این حال، افزایش آگاهی‌های زیست‌محیطی، مخاطرات شدید سمیت سیانید برای نیروی انسانی و اکوسیستم، سوانح نشت پساب‌های خطرناک و هزینه‌های روزافزون تصفیه و خنثی‌سازی باطله‌ها سبب شده است تا بخش وسیعی از نهادهای قانون‌گذار در سراسر جهان محدودیت‌ها یا ممنوعیت‌های سخت‌گیرانه‌ای برای این ماده وضع کنند. از سوی دیگر، کاهش ذخایر اکسیدی و آسان‌فرآور و افزایش سهم کانسنگ‌های پیچیده، دیرگداز، سولفیدی و مس‌دار، راندمان سیانوراسیون متعارف را به دلیل مصرف مفرط معرف و پدیده دزدی طلا به شدت کاهش داده است. بر همین اساس، پژوهشگران علم متالورژی به دنبال توسعه سیستم‌های لیچینگ جایگزین هستند که علاوه بر سازگاری با محیط زیست، از سینتیک انحلال بالا، سمیت بسیار پایین و توجیه فنی و اقتصادی در مقیاس صنعتی برخوردار باشند.
حلال‌های سنتی جایگزین سیانور و محدودیت‌های عملیاتی آن‌ها
در طول دهه‌های گذشته، چهار سامانه اصلی به عنوان حلال‌های کلاسیک غیرسیانیدی مورد ارزیابی آزمایشگاهی و نیمه‌صنعتی قرار گرفته‌اند: سامانه‌های تیوسولفاتی، تیواوره، هالیدها و تیوسیانات. هر یک از این سیستم‌ها اگرچه از مزیت‌های نظری و سینتیکی خاصی برخوردارند، اما به دلیل موانع متالورژیکی و اقتصادی مشخص، ورود گسترده به چرخه صنعت پیدا نکرده‌اند.
سامانه تیوسولفات به ویژه در محیط‌های آمونیاکی با کاتالیزور مس، توانایی خوبی در لیچینگ کانسنگ‌های حاوی مس یا کربن فعال نشان می‌دهد زیرا پدیده دزدی طلا در آن رخ نمی‌دهد. با این حال، ناپایداری ذاتی یون تیوسولفات و تمایل بالای آن به اکسیداسیون و تشکیل گونه‌های پلی‌تیونات سبب مصرف بیش از حد معرف می‌شود. همچنین، پیچیدگی کنترل شیمی محلول، دشواری بازیافت و تصفیه پساب‌ها و کاهش راندمان جذب طلا بر روی کربن فعال از مهم‌ترین چالش‌های این روش به شمار می‌روند.
سامانه تیواوره سرعت سینتیکی بسیار بالایی در انحلال طلا در محیط‌های اسیدی دارد و حتی می‌تواند طلا را چند برابر سریع‌تر از سیانید حل کند. با این حال، تخریب و اکسیداسیون برگشت‌ناپذیر تیواوره به دی‌سولفید فرمامیدین در مجاورت اکسیدکننده‌هایی نظیر آهن سه ظرفیتی، قیمت بالای ماده اولیه و تردیدها در مورد پتانسیل سرطان‌زایی آن، مانع از کاربرد عمومی آن در معادن بزرگ شده است.
سیستم‌های هالیدی نظیر کلر، برم و ید از پتانسیل اکسیداسیون بسیار قوی و سرعت انحلال فوق‌العاده‌ای برخوردارند، اما خاصیت خورندگی شدید این معرف‌ها نیاز به تجهیزات و مخازن فوق‌العاده مقاوم و گران‌قیمت را ایجاب می‌کند. علاوه بر آن، خطرات ناشی از تصعید گازهای سمی هالیدی، پایداری ناکافی کمپلکس‌ها و هزینه‌های سنگین معرف ید، پذیرش این روش‌ها را تنها به شرایط بسیار خاص یا پسماندهای الکترونیکی محدود ساخته است.
سامانه تیوسیانات نیز به دلیل نیاز به کنترل دقیق پتانسیل ردوکس و تمایل به تجزیه شیمیایی، هزینه‌های بهره‌برداری بالایی به واحدهای فرآوری تحمیل می‌کند. مجموع این محدودیت‌ها باعث شد پژوهشگران به سمت دسته جدیدی از مواد سوق پیدا کنند که با عنوان حلال‌های سنتزی نوین دوستدار محیط زیست شناخته می‌شوند.
حلال‌های سنتزی نوین دوستدار محیط زیست و مکانیسم‌های عملکرد
در سال‌های اخیر، موج جدیدی از ترکیبات تجاری و فرمولاسیون‌های شیمیایی سازگار با محیط زیست معرفی شده‌اند که از جمله شناخته‌شده‌ترین آن‌ها می‌توان به جین‌چان و فرآورده‌های مشابه با ساختارهای تلفیقی فلزات قلیایی، ترکیبات نیتروژنی و گوگردی بدون سمیت آزاد اشاره کرد. بر اساس یافته‌های پژوهش، این ترکیبات دارای چند ویژگی منحصر‌به‌فرد هستند:
نخست اینکه سمیت آن‌ها به مراتب کمتر از سیانید سدیم است و خطرات تبخیر گازهای مرگبار یا آلودگی حاد آب‌های زیرزمینی را به همراه ندارند.
دوم اینکه کمپلکس حاصل از انحلال طلا در این سامانه‌ها رفتاری پایدار نشان می‌دهد و در pH قلیایی مشابه سیانوراسیون عمل می‌کند. این موضوع از منظر مهندسی فرآیند اهمیتی حیاتی دارد، زیرا امکان استفاده از همان تأسیسات، مخازن همزن‌دار، سامانه‌های ترسیب و مدار کربن در خمیر یا کربن در ستون را بدون نیاز به بازطراحی یا تعویض خطوط لوله و پمپ‌ها فراهم می‌سازد.
سوم اینکه در کانسنگ‌های پیچیده یا اکسیدهای سولفیدی کم‌عیار، میزان بازیابی طلا با استفاده از این حلال‌های نوین در بسیاری از موارد برابر یا بسیار نزدیک به راندمان سیانید سدیم گزارش شده است. مصرف معرف در این ترکیبات قابل کنترل بوده و به دلیل سمیت پایین‌تر، هزینه‌های استهلاک و نگهداری ناشی از سیستم‌های سم‌زدایی باطله را تا حد چشمگیری تعدیل می‌کند.
ارزیابی فنی، اقتصادی و چالش‌های مقیاس صنعتی
اگرچه نتایج استفاده از حلال‌های نوین سنتزی در مقیاس صنعتی و نیمه‌صنعتی رو به افزایش است، اما همچنان ملاحظاتی وجود دارد که نیازمند توجه دقیق کارشناسی است:
هزینه تأمین اولیه: در حال حاضر به دلیل انحصار تولید یا پیچیدگی زنجیره تأمین برخی ترکیبات سنتزی، هزینه خرید هر تن معرف ممکن است در مقایسه با سیانید سدیم بالاتر باشد. بنابراین صرفه اقتصادی طرح تنها زمانی محقق می‌شود که صرفه‌جویی ناشی از کاهش مصرف آب، حذف فرآیندهای گران‌قیمت خنثی‌سازی سیانید و تسهیل اخذ مجوزهای زیست‌محیطی در مدل مالی طرح لحاظ گردد.
شفافیت فرمولاسیون: یکی از نقدهای جدی جوامع علمی بر برخی حلال‌های تجاری غیرسیانیدی، عدم افشای کامل جزئیات ساختار مولکولی و ناخالصی‌های احتمالی به دلایل ثبت اختراع و تجارت است. وجود اجزایی با منشأ سیانوژنیک پنهان یا مشتقات جانبی می‌تواند رفتارهای هیدرومتالورژیکی را در چرخه‌های بسته آب‌گیری و بازچرخانی محلول‌ها غیرقابل پیش‌بینی کند.
سینتیک و سازگاری با کانسنگ‌های مختلف: سرعت واکنش این معرف‌ها وابسته به دما، حضور کاتیون‌های مزاحم نظیر مس و آنتیموان و میزان هوادهی است. شناخت دقیق سینتیک انحلال در شرایط هیدروژئوشیمیایی خاص هر کانسار برای طراحی بهینه ابعاد مخازن لیچینگ ضروری است.
توصیه‌های کاربردی برای بهره‌برداران و متالورژیست‌ها
برای بکارگیری موفق و بدون ریسک این فناوری‌های نوین در معادن طلا، اقدامات زیر پیشنهاد می‌شود:
یک، انجام آزمون‌های مقایسه‌ای بطری گردان در مقیاس آزمایشگاهی با نمونه کانسنگ هدف جهت سنجش دقیق مصرف معرف، افت یا افزایش راندمان نسبت به سیانید سدیم و تعیین زمان ماند بهینه.
دو، پایش دقیق رفتار جذب طلا بر روی کربن فعال یا رزین‌های تبادل یونی؛ متالورژیست‌ها باید اطمینان حاصل کنند که حضور کمپلکس‌های جدید باعث مسمومیت زودرس کربن یا کاهش ظرفیت بارگیری طلا نمی‌شود.
سه، بررسی رفتار فیلتراسیون، ته‌نشینی و خنثی‌سازی پساب به صورت چرخه‌ای، تا اثرات تجمع احتمالی یون‌های حاصل از مصرف حلال بر آب بازگشتی به مدار فرآوری ارزیابی گردد.
چهار، انجام ارزیابی اقتصادی جامع شامل سرمایه‌گذاری اولیه، هزینه عملیاتی، هزینه‌های انطباق با قوانین زیست‌محیطی و کاهش ریسک مسئولیت‌های اجتماعی ناشی از مخاطرات مواد سمی.
نتیجه‌گیری
گذار از سیانوراسیون سنتی به سمت فناوری‌های پاک و حلال‌های سبز، دیگر یک ترجیح تزئینی نیست بلکه پاسخی به الزامات قانونی سخت‌گیرانه و ضرورت اقتصادی بهره‌برداری از ذخایر طلای پیچیده است. حلال‌های سنتزی نوین به دلیل عملکرد در pH قلیایی، سازگاری ساختاری با خطوط فرآوری موجود و کاهش فوق‌العاده سطح سمیت، عملی‌ترین جایگزین‌های صنعتی سیانور در آینده نزدیک به شمار می‌روند. با این حال، موفقیت پایدار این فناوری منوط به شفافیت علمی بیشتر در فرمولاسیون شیمیایی، بهینه‌سازی زنجیره تأمین مواد و تدوین الگوهای دقیق سینتیکی منطبق بر شرایط هر کانسار است.
منابع
– Zhang, Y., Cui, M., Wang, J., Liu, X., Lyu, X., 2022. A review of gold extraction using alternatives to cyanide: Focus on current status and future prospects of the novel eco-friendly synthetic gold lixiviants. Minerals Engineering, Vol. 176, Art. 107336.
– Aylmore, M.G., 2016. Alternative lixiviants to cyanide for leaching gold ores. In: Gold Ore Processing (Second Edition), Elsevier, pp. 447-484.
– Marsden, J.O., House, C.I., 2006. The Chemistry of Gold Extraction. Society for Mining, Metallurgy, and Exploration (SME).
– Hilson, G., Monhemius, A.J., 2006. Alternatives to cyanide in the gold mining industry: what prospects for the future?. Journal of Cleaner Production, 14(12-13), pp. 1158-1167.
– Jeffrey, M.I., Breuer, P.L., Chu, P.R., 2001. The kinetics of gold leaching in thiosulfate solutions. Hydrometallurgy, 60(1), pp. 7-16.