وبلاگ

تقاضای جهانی برای فلزات مدام در حال افزایش است. اما اکتشافات جدید کانسارهای فلزی کاهش‌یافته و عیار این کانسارها کمتر شده و پیچیدگی آن‌ ها افزایش یافته است. بنابراین روش‌های فرآوری برای کانه های کم عیار و کنسانتره های باکیفیت پایین تنها به روش‌هایی محدود می‌شوند که در عمل اقتصادی باشند [1-2].
طلا یکی از فلزاتی است که به علت کمیابی آن در طبیعت و پایداری جلای فلزی از اهمیت بالایی برخوردار است. این فلز در طبیعت بیشتر به صورت آزاد و در مقادیر بسیار کم یافت می‌شود. تاریخچه استحصال فلز طلا به پیش از 147000سال پیش بر می‌گردد[3].
اولین روشی که برای استحصال به‌کار گرفته شد، روش ثقلی بود که در استخراج طلا از ذخایر رسوبی و ماسه‌های رودخانه‌ای به‌کار گرفته شد. در این روش طلا به خاطر وزن مخصوص بالای آن به راحتی از باطله‌ی همراه آن جدا می­شد. با توجه به این که این روش بازیابی بالایی نداشت، لذا روش‌های مختلف انحلال طلا مورد بررسی قرار گرفت[3].
هیدرومتالورژی طلا، یا روش‌های انحلال، برای هر دو نوع ذخایر رسوبی و غیر رسوبی قابل‌استفاده می­باشد.
در این روش طلا به صورت انتخابی از سایر ترکیبات همراه آن به وسیله روش انحلال جدا می­ شود. روش‌های متعددی برای انحلال طلا وجود دارد. قدیمی‌ترین این روش­ها، روش ملغمه سازی است که امروزه استفاده از آن منسوخ گردیده است [4].
طلا یا زر عنصری است که در تناوب ششم و گروهLb  (همراه مس و نقره) فلزات واسطه در جدول تناوبـی قرار دارد. طـلای خالص فلـزی با رنگ زرد بـراق، عدد اتـمی 79، جرم اتمی 2/179، چگالی g/cm3 32/19 در k273، دارای ساختار FCC می­باشد. طلا فلزی بسیار نرم و چکش‏خوار بوده و دارای عدد سختی Kg/mm2  95 -40 در مقیاس ویکرز می‏باشد. نقطه ذوب و جوش آن به ترتیب C°1064 و  C° 2808 بوده و رسانایی الکتریکی و گرمایی فوق‏العاده زیادی دارد[5].
طلا نجیب‌ترین فلز موجود در جهان است. از زمان باستان، این فلز به عنوان شاه فلزات شناخته شده است. این فلز به خاطر ، شفافیت بالا، نرمی و پایداری در هوا، نسبت به سایر فلزات از اهمیت زیادی برخوردار است. امروزه نیز این فلز به خاطر کمیاب بودن آن از ارزش بالایی برخوردار می­باشد. جلای فلزی و همچنین خواص هدایتی بالایی دارد که منجر به استفاده از آن درصنایع جدید در دهه‌ های اخیر شده است. از آنجایی كه طلای خالص بسیار نرم است آن را با فلزات دیگر به صورت آلیاژ در می‌آورند. استفاده از طلا در جواهرسازی، ضرب مسكوكات و علوم و فنون مختلف دامنه روزافزونی پیدا كرده است. بیشتر طلاهایی كه تا كنون در سراسر دنیا استخراج گردیده در خزانه‌های دولتی و بانک‌های بزرگ به منظور موازنه پرداخته‌ای تجاری با كشورهای خارجی نگهداری می‌شود[18].
طلا فلزی است که در طبیعت به صورت آزاد یافت می‌شود و تنها ترکیبات طلا که در طبیعت وجود دارند تلوریدها و استیبنیت‌ها (AuSb2 و AuTe2) هستند. فلز طلا معمولاً به همراه کوارتز و پیریت  و به صورت رگه‌های رسوبی و پلاسری یافت می‌شوند. طلا تنها فلزی است که در هوا و آب به وسیله اکسیژن و یا گوگرد اکسید نمی‌شود.
ذخایر طلا می‌توانند پلاسری باشند که در این صورت طلا بدون نیاز به خردایش و توسط جداکننده‌های ثقلی و با توجه به وزن مخصوص بالای آن قابل‌استخراج است. در صورتی که کانی‌های در برگیرنده طلا به صورت اکسیدی باشند با چند مرحله خردایش و عملیات لیچینگ طلا قابل بازیابی می‌گردد. روش سیانوراسیون بیش از یک قرن به عنوان بهترین روش برای انحلال طلا به‌کار گرفته شده است. علیرغم مزایای بسیار زیاد این روش، با توجه به مشکلات زیست‌محیطی آن، امروزه تحقیقات زیادی بر روی یافتن جایگزینی برای این روش انجام می‌گیرد[8].
هر کدام از این روش­های فوق مشکلات خاص مربوط به خود را داشته و لذا در صنعت به طور کامل مورد پذیرش واقع نشده ­اند. از جمله مشکلاتی که این روش­ها با آن روبرو هستند می­توان به هزینه بالای این روش­ها و نیز محدود بودن کاربرد آن‌ ها به چند نوع کانه خاص اشاره کرد.
با توجه به زیان­های زیست محیطی سیانور و هزینه­ آن، در این پروژه، میزان سیانور و عوامل موثر بر آن برای برای رسیدن به بازیابی حداکثر بهینه شد.
نمونه مورد استفاده در این تحقیق کنسانتره اکسیدی سرب و روی شرکت دل آسا واقع در شهرستان سراب (آذربایجان شرقی) می‌باشد؛ که جهت بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی لیچینگ طلا از این کنسانتره جهت رسیدن به بالاترین بازیابی طلا استفاده شد.
2-1- شیمی انحلال طلا

 

انحلال طلا در محلول‌های آبی ترکیبی از فرایندهای اُکسایش و کمپلکس سازی است. در حضور لیگاندهای تشکیل‌دهنده کمپلکس، کاتیون‌های طلای یک و سه ظرفیتی تشکیل کمپلکس‌های پایدار می‌دهند و یا به وسیله آب به طلای فلزی احیاء می‌شوند [4].
همچنین اغلب لازم است که برای تنظیم pH،  مقداری که برای انحلال طلا مورد نیاز است از اسید یا باز استفاده شود .از دیدگاه الکتروشیمی، انحلال مواد فلزی جامد، یک فرایند الکتروشیمیایی است که شامل واکنش‌های آندی (اکسیدکننده) و کاتدی (کاهنده) به صورت جداگانه می‌باشند[9]. برای انحلال طلا در واکنش‌های آبی، فرایند آندی، شامل اُکسایش طلا بر طبق واکنش‌های (2-1) و (2-2) است:

 

 

                                E0 489/1=                                           (2‑2)
‏0 E0پتانسیل احیاء استاندارد با واحد ولت می‌باشد. فرایند کاتدی که به طور همزمان با واکنش‌های بالا اتفاق می‌افتد شامل احیاء یک اکسیدکننده مناسب است. همان طور که از پتانسیل احیاء معادلات (2-1) و (2-2) مشاهده می‌شود در غیاب لیگاندهای کمپلکس کننده، یون‌های یک و سه ظرفیتی طلا از لحاظ ترمودینامیکی تحت تمامی شرایط پتانسیلی و pH ناپایدار هستند.
در این پتانسیل‌های بالا، هر دوی یون‌های یک و سه ظرفیتی طلا با اُکسایش آب به اکسیژن، طی واکنش  (2-3) به طور خودبه خودی  به فلز طلا احیاء می‌شوند.

 

 

 

299/1=E

 (2‑3)
این بدین معنی است که طلا نمی‌تواند در محلول‌های آبی در غیاب لیگاندهای تشکیل‌دهنده کمپلکس اکسید شود. هر چند که پایداری یون‌های طلا می‌تواند در حضور لیگاندهای مناسب نظیر یون‌های سیانید، کلرید و تیوسولفات، با تشکیل کمپلکس‌های پایدار افزایش یابد.

 

 

 (2‑4)

 

 

‏0(2‑5)
که در آن L یک لیگاند تشکیل‌دهنده کمپلکس است. ثابت‌های پایداری، β2 و  β4 برای Au+ و Au3+ می‌توانند به صورت معادلات زیر باشند.
انحلال طلا در محلول‌های آبی ترکیبی از فرایندهای اُکسایش و کمپلکس سازی است. در حضور لیگاندهای تشکیل‌دهنده کمپلکس، کاتیون‌های طلای یک و سه ظرفیتی تشکیل کمپلکس‌های پایدار می‌دهند و یا به وسیله آب به طلای فلزی احیاء می‌شوند [4].
همچنین اغلب لازم است که برای تنظیم pH،  مقداری که برای انحلال طلا مورد نیاز است از اسید یا باز استفاده شود .از دیدگاه الکتروشیمی، انحلال مواد فلزی جامد، یک فرایند الکتروشیمیایی است که شامل واکنش‌های آندی (اکسیدکننده)  و کاتدی  (کاهنده) به صورت جداگانه می‌باشند[9]. برای انحلال طلا در واکنش‌های آبی، فرایند آندی، شامل اُکسایش طلا بر طبق واکنش‌های (2-1) و (2-2) است:

 

 

(2‑6)                                                                 v 691/1=E0

 

 

 

498 /1=E

‏0(2‑7)
  E0پتانسیل احیاء استاندارد با واحد ولت می‌باشد.  فرایند کاتدی که به طور همزمان با واکنش‌های بالا اتفاق می‌افتد شامل احیاء یک اکسیدکننده مناسب است. همان طور که از پتانسیل احیاء معادلات (2-1) و (2-2) مشاهده می‌شود در غیاب لیگاندهای کمپلکس کننده، یون‌های یک و سه ظرفیتی طلا از لحاظ ترمودینامیکی تحت تمامی شرایط پتانسیلی و pH ناپایدار هستند.
در این پتانسیل‌های بالا، هر دوی یون‌های یک و سه ظرفیتی طلا با اُکسایش آب به اکسیژن، طی واکنش  (2-3) به طور خودبه­خودی  به فلز طلا احیاء می‌شوند.

 

 

 

299/1=E0

‏0(2‑8)
این بدین معنی است که طلا نمی‌تواند در محلول‌های آبی در غیاب لیگاندهای تشکیل‌دهنده کمپلکس اکسید شود. هر چند که پایداری یون‌های طلا می‌تواند در حضور لیگاندهای مناسب نظیر یون‌های سیانید، کلرید و تیوسولفات، با تشکیل کمپلکس‌های پایدار افزایش یابد.

 

 

 (2‑9) 

 

 

‏0(2‑10)
که در آن L یک لیگاند تشکیل‌دهنده کمپلکس است. ثابت‌های پایداری، β2 و  β4 برای Au+ و Au3+ می‌توانند به صورت معادلات زیر باشند.

 

 

‏0(2‑11)

 

 

‏0(2‑12)
با ترکیب معادلات (2-1) و (2-4)، معادله (2-8) به دست می‌آید. پتانسیل احیاء استاندارد در دمای 25 درجه سانتی‌گراد به وسیله‌ی معادله (2-9) بر طبق معادله نرنست به صورت زیر است.

 

 

 (2‑13)

 

 

‏0(2‑14)
که در آن n تعداد  الکترون‌های درگیر در واکنش (در این‌جا برابر 1) است. به طور مشابه، معادله‌های (2-10) و (2-11) می‌تواند به دست بیایند (3 = n):

 

 

تعداد زیادی از لیگاندها وجود دارند که کمپلکس‌های طلای یک و سه ظرفیتی با محدوده پایداری وسیعی را تشکیل می‌دهند. بعضی از این کمپلکس ها در جدول (2-1) آمده‌اند. در این جدول ثابت‌های پایداری و پتانسیل‌های احیاء استاندارد واکنش‌های مربوط نیز ارائه شده است. به طور کلی دو قانون عمومی در این رابطه به‌کار گرفته می‌شود. اولین قانون این است که پایداری کمپلکس‌های طلا با افزایش الکترونگاتیویته اتم دهنده کاهش می‌یابد. برای مثال، پایداری برای کمپلکس‌های هالید طلا در محلول آبی از ترتیب زیر پیروی می‌کند :