حلول الصناعة الكيميائية لاستخراج الذهب
يُعد استخراج الذهب من أصعب التقنيات الكيميائية في صناعة التعدين، حيث يتطلب اختيار المواد المناسبة والتحكم في التكنولوجيا خلال كل مرحلة من مراحل الاستخلاص. فكل خطوة من خطوات العملية — بدءًا من إنتاج الخام، مرورًا باستخراج السيانيد، ثم استخراج الكربون، والمحلول المستخلص، والاستخلاص الكهربائي، والتكرير النهائي، تعتمد على الأداء العالي للمواد الكيميائية من أجل تعظيم عائد الذهب، وتقليل تكلفة التشغيل، والامتثال للمعايير البيئية الأكثر صرامة. ولا يقتصر دور شركاء الكيمياء المناسبين على تقديم مواد فردية فحسب، بل يقدمون حلولاً متسقة ومتوافقة مع التطبيقات على مدار عملية معالجة الذهب بأكملها.
مخطط عملية استخراج الذهب والمواد الكيميائية
المرحلة الأولى: التكسير والطحن
قبل البدء في أي معالجة كيميائية، من الضروري تكسير الخام وطحنه إلى مسحوق لتحرير حبيبات الذهب من الركيزة وتقليل حجم الحبيبات، وذلك لضمان تلامس الخام بشكل كافٍ مع محلول الترشيح. هذه المرحلة ميكانيكية بحتة، لكن العمليات الكيميائية اللاحقة تتميز بكفاءة عالية من أجل الوصول إلى الحجم المناسب للطحن — وعادةً ما يتراوح بين 75 و150 ميكرومترًا في دوائر الترشيح التقليدية. يؤدي الإفراط في الطحن إلى زيادة تكلفة الطاقة وتوليد كميات زائدة من الجسيمات الدقيقة، مما يجعل فصل المراحل السائلة عن بعضها في المراحل اللاحقة أكثر صعوبة، في حين أن عدم كفاية الطحن يبقي الذهب محبوسًا في الصخور السليمة، مما يقلل من العائد الإجمالي. وبالتالي، فإن التصميم الصحيح لدائرة الطحن والتحكم فيها أمران ضروريان لتحسين استخدام المادة الكيميائية واستخراج الذهب في المراحل التالية.
المرحلة الثانية: عملية الترشيح بالسيانيد
الترشيح التقليدي (قبل التنظيف بالمحلول الكيميائي)
في عملية التسيانيد الروتينية، تُعالج عجينة الخام المطحون بمحلول قلوي (pH 10.5 – 11.5) في سلسلة من أوعية التقليب لإذابة الذهب وتحويله إلى مركب قابل للذوبان من الذهب والسيانيد (Au(CN)₂n). يتم إدخال الأكسجين أو الهواء للحفاظ على تفاعل الذوبان التأكسدي. تتراوح مدة عملية الترشيح عادةً بين 24 و48 ساعة، اعتمادًا على خصائص المعدن، ودرجة نقاء الذهب، ومعدل استهلاك السيانيد. يعد التحكم الفعال في درجة الحموضة (pH) أمرًا بالغ الأهمية – حيث يؤدي نقص القلوية إلى إنتاج غاز HCN (سيانيد الهيدروجين) السام، في حين أن زيادة الجير ترفع تكلفة العامل وقد تتسبب في جعل سطح المعدن غير نشط. ويُعد تركيز السيانيد، والأكسجين المذاب (DO)، ودرجة الحرارة العوامل الرئيسية لتحسين ديناميكيات ذوبان الذهب وكفاءة الترشيح الإجمالية.
المواد الكيميائية المطلوبة:
الفحم المنشط
سيانيد الصوديوم
المعالجة المسبقة بالأكسدة بالضغط (POX)
في حالة خامات الذهب الصعبة الاستخراج، حيث يكون الذهب محبوسًا داخل معادن كبريتيدية مثل البيريت أو الأرسينوبيريت، فإن عملية الاستخلاص بالسيانيد التقليدية تحقق معدل استرداد منخفضًا بشكل غير مقبول. يتم تطبيق المعالجة المسبقة (POX) قبل عملية الترشيح لأكسدة مصفوفة الكبريتيد عند درجة حرارة وضغط مرتفعين (180 – 225 درجة مئوية، 20 – 35 بار)، مما يحرر الذهب المحبوس ويجعله قابلاً للترشيح بالسيانيد في المراحل اللاحقة. ومن الضروري إذابة معجون الأكسدة الحمضي تمامًا من أجل المضي قدمًا في عملية الترشيح بالسيانيد. ورغم أن المعالجة المسبقة (POX) تتطلب استثمارات رأسمالية ضخمة، إلا أنها تنتج كميات أكبر بكثير من الذهب مقارنةً بالرواسب المقاومة الأخرى التي تعتبر مجدية اقتصاديًا، كما أنها تُستخدم بشكل متزايد مع نضوب الرواسب السائبة عالية الجودة في جميع أنحاء العالم.
المواد الكيميائية المطلوبة:
سيانيد الصوديوم
المعالجة المسبقة بالأكسدة الحيوية (BIOX)
يُعد الأكسدة الحيوية طريقة بديلة للمعالجة المسبقة لخامات الذهب المقاومة للحرارة المحتوية على الكبريت، وذلك من خلال استخدام البكتيريا الحمضية الطبيعية (وبشكل أساسي Acidithiobacillus فيروكسيدانز و«أزيديثيوباكيلوس» ثيووكسيدانز) لأكسدة معادن الكبريتيد عند درجة حرارة متوسطة (35-45 درجة مئوية). وتتميز تقنية BIOX بتكاليف رأسمالية وتكاليف طاقة أقل مقارنةً بتقنية POX، مما يجعلها خيارًا جذابًا للمناجم المتوسطة الحجم التي تحتوي على معادن مقاومة للحرارة. ويتم تنظيف الحمأة الناتجة عن الأكسدة الحيوية وتحييدها، ثم نقلها إلى عملية التسيانيد العادية. يلزم التحكم الدقيق في درجة الحموضة ودرجة الحرارة، بالإضافة إلى المكملات الغذائية، لضمان نشاط البكتيريا وثبات معدل الأكسدة طوال دورة الأكسدة البيولوجية.
المواد الكيميائية المطلوبة:
سيانيد الصوديوم
المرحلة الثالثة: امتصاص الكربون
CCIP (الكربون في اللب)
في حلقة CIP، وعند انتهاء عملية الاستخلاص بالسيانيد، يتم إدخال الكربون النشط إلى سلسلة من أوعية التقليب. يتدفق الكربون في اتجاهين متعاكسين داخل طين الترشيح، ويقوم تدريجيًا بامتصاص مركبات الذهب والسيانيد من المحلول مع زيادة مدة التلامس في سلسلة الخزانات المتتالية. يتم ترشيح الكربون المشبع من الطين في كل خطوة، حيث يتحرك الكربون الأثقل نحو مرحلة الشطف، بينما يبقى الكربون الجديد أو المُجدد في نهاية العملية. تعد تقنية CIP معيارًا صناعيًا لمعالجة المعادن القابلة للطحن الحر والخالية من مادة بريجل. وقد تم الاعتراف بها لسهولة تشغيلها وقابليتها للتوسع وأدائها المتسق مع مجموعة واسعة من المعادن ودرجات جودة الذهب
المواد الكيميائية المطلوبة:
الفحم المنشط
سيانيد الصوديوم
المعالجة المسبقة بالأكسدة بالضغط (POX)
تُعد تقنية CIL مزيجًا بين استخلاص الكربون وامتصاصه في وعاء واحد، حيث يتواجد الكربون النشط طوال مرحلة إنتاج السيانيد بأكملها. وقد صُمم هذا الترتيب خصيصًا للخامات التي تتشكل فيها هلامات مسبقة، حيث تتنافس المعادن الطبيعية المحتوية على الكربون في الخام مع الكربون المستخدم في العملية على امتصاص الذهب المذاب. ومن خلال إدخال الكربون النشط في نفس الوقت الذي يُضاف فيه السيانيد، يصبح الكربون المستخدم في العملية قادرًا على التنافس مع المعادن التي تتجلط مسبقًا والتقاط الذهب قبل أن يُفقد بشكل نهائي. عادةً ما تتطلب عملية CIL كمية أكبر من مخزون الكربون مقارنةً بعملية CIP، مما يعرض الكربون لظروف ميكانيكية أكثر قسوة، ولهذا السبب تُعد مقاومة التآكل عاملاً بالغ الأهمية عند اختيار الكربون في تطبيقات CIL.
المواد الكيميائية المطلوبة:
الفحم المنشط
CIC (الكربون في العمود)
تُعد تقنية CIC الطريقة المفضلة لامتصاص الذهب في عملية الترشيح الكيميائي (heap leach)، حيث يتم فصل الرواسب المحتوية على الذهب عن الخام وضخها إلى عمود PAC صلب ومعبأ. ويتيح تصفية المحلول تحقيق تدفق أعلى بكثير مع الحد الأدنى من تآكل الكربون، مما يجعل تقنية CIC فعالة للغاية في التعامل مع الكميات الكبيرة والرواسب منخفضة الجودة. يتم تشغيل الأعمدة بالتسلسل – الرئيسي، والوسيط، والتلميع – لضمان التقاط الذهب بالكامل قبل إعادة المحلول المتبقي إلى الكومة. تتطلب تقنية CIC أداءً جيدًا لتدفق الكربون، الذي يجب أن يكون مقاومًا للتلوث البيولوجي الناتج عن التعرض طويل الأمد للمواد العضوية.
المواد الكيميائية المطلوبة:
الفحم المنشط
هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)
المرحلة الرابعة: الشطف (التجريد)
من حلقة الامتصاص، يُنقل الكربون النشط إلى برج الشطف، حيث يُزال مركب السيانيد الذهبي من سطح الكربون ويعاد إلى محلول التركيز بواسطة محلول سيانيد قلوي مُسخَّن. ومن أكثر تقنيات الشطف شيوعًا تقنية AARL (ARL) التي تتضمن نطاقات متتالية للتنظيف بالماء والسيانيد الكاوية عند حوالي 110 درجة مئوية، وتقنية ZADRA (حيث يتدفق محلول السيانيد الكاوية بشكل مستمر عبر العمود عند درجة حرارة تتراوح بين 90 و95 درجة مئوية). تنتج كلتا العمليتين محلولًا غنيًّا بالذهب يتم توجيهه إلى عملية الاستخلاص الكهربائي لاستعادة الذهب. ويُعد الشطف الشامل أمرًا بالغ الأهمية — فالكربون الذي لم يتم تجريده بالكامل والذي يُعاد إلى دائرة الامتصاص يحمل مخزونًا متبقيًّا من الذهب يقلل من السعة الفعالة للدائرة ويحد بشكل مباشر من عملية الاستخلاص.
المواد الكيميائية المطلوبة:
هيدروكسيد الصوديوم (NaOH)
المرحلة الخامسة: الاستخلاص الكهربائي
يتم معالجة المحلول الغني بالذهب الناتج أثناء عملية الشطف بواسطة خلايا الاستخلاص الكهربائي، حيث يسمح التيار الكهربائي المباشر للذهب — إلى جانب الفضة والمعادن الأخرى المترسبة معه — بالترسب من المحلول على كاثودات من الصوف الفولاذي. يُعاد المحلول الكهربائي المستنفد (المحلول المستنفد) إلى دائرة الشطف لإعادة استخدامه. ويتم جمع الحمأة الموجودة على القطب الموجب والتي تحتوي على ترسبات الذهب بانتظام، ثم تنظيفها وإرسالها إلى مصنع الصهر. تعتمد كفاءة الاستخلاص الكهربائي على تركيز الذهب في المحلول المستخلص، وموصلية المحلول، ودرجة حرارة التشغيل. ويعد الحفاظ على بيئة خلية نظيفة وخالية من الترسبات الكلسية والتحكم في التركيب الكيميائي للمحلول الكهربائي أمرًا بالغ الأهمية للحصول على كفاءة تيار عالية وتحقيق أقصى درجة من نقاء الحمأة الذهبية المترسبة كهربائيًا.
المواد الكيميائية المطلوبة:
سلفات لوريث الصوديوم
المرحلة السادسة: الصهر والتكرير
يتم تجفيف حمأة الكاثود المحتوية على الذهب الناتجة عن الاستخلاص الكهربائي، وخلطها مع مواد التذويب، وصهرها في فرن حثي أو فرن يعمل بالغاز عند درجة حرارة تتراوح بين 1,100 و 1,200 درجة مئوية تقريبًا لإنتاج سبائك «دوري» — وهي سبائك خام من سبيكة الذهب والفضة — لشحنها إلى مصفاة. يعد اختيار مواد التذويب أمرًا بالغ الأهمية: يجب أن يعمل خليط مواد التذويب على إزالة شوائب المعادن الأساسية، بما في ذلك الحديد والنحاس والرصاص، بكفاءة مع الحفاظ على خبث سائل يسهل فصله. تتراوح نقاء سبائك «دوري» في هذه المرحلة عادةً بين 60 و95% من الذهب، اعتمادًا على خصائص خام المعادن وكفاءة العمليات الأولية. يتم إجراء التكرير النهائي للحصول على ذهب بنسبة نقاء 99.99% (4N) في مصفاة معادن ثمينة محددة عن طريق الكلورة (طريقة ميلر) أو التحليل الكهربائي (طريقة فولويل).
المواد الكيميائية المطلوبة:
سلفات لوريث الصوديوم
المرحلة 7: معالجة المخلفات وتدمير السيانيد
تحتوي حلقة CIP/CIL على بقايا من السيانيد ومركبات السيانيد وكميات ضئيلة من المعادن الثقيلة، والتي يجب معالجتها قبل تصريفها أو تخزينها بما يتوافق مع المعايير البيئية. ويحدد «المدونة الدولية لإدارة السيانيد» (ICMC) المعايير المقبولة عمومًا لتصريف السيانيد. وتعد طريقة INCO SO₂/Air هي الطريقة الأكثر استخدامًا لتدمير السيانيد، حيث تعمل على أكسدة السيانيد الحر والحمض الضعيف (WAD) إلى شكل أقل سمية من السيان، ثم في النهاية إلى نيتروجين وكربونات. كما يمكن استخدام الكربون النشط خلال مرحلة التنقية لإزالة الملوثات العضوية المتبقية والمعادن الدقيقة من مياه الصرف الناتجة عن المعالجة قبل التصريف النهائي
المواد الكيميائية المطلوبة:
سلفات لوريث الصوديوم