Altın Geri Kazanımında Aktif Karbon Uygulaması

Altın çıkarma endüstrisinde aktif karbon, düşük-konsantrasyonlu altını siyanür çözeltilerinden adsorbe etmek ve zenginleştirmek için kullanılan önemli bir malzemedir. Temel işlevi, fiziksel adsorpsiyon yoluyla geniş gözenek yapısındaki altın siyanür komplekslerini seçici olarak zenginleştirmek, kütle konsantrasyonunda bin- kat artış elde etmek ve daha sonraki verimli geri kazanımın temelini oluşturmaktır.

 

I. Altın Geri Kazanımında Aktif Karbonun Rolü

 

Altın cevherinin siyanürle liç edilmesinden sonra, çözeltide altın, genellikle son derece düşük konsantrasyonlarda altın siyanür anyonları (Au(CN)₂⁻) halinde bulunur. Bu tür seyreltik çözeltilerden altının doğrudan geri kazanılması ekonomik açıdan zordur. Aktif karbon, son derece yüksek spesifik yüzey alanı (yaklaşık 1000 m²/g) ve spesifik gözenek yapısıyla, çözeltiden altının zenginleştirilmesi için ideal bir ortam haline gelir.

Endüstriyel üretimde esas olarak hindistan cevizi kabuğu aktif karbonu kullanılır. Buhar aktivasyonuyla üretilir ve kağıt hamuru sürecindeki karbon-içinde{-aşınmaya dayanacak yeterli sertliğe ve aşınma direncine sahiptir.

 

II. Altın Adsorpsiyon Mekanizması: İyon Çifti Altın siyanür anyonları negatif yüklüdür, aktif karbonun yüzeyi elektriksel olarak nötrdür, dolayısıyla doğrudan adsorpsiyon mümkün değildir. Altın adsorpsiyonu "iyon çiftlerinin" oluşumuna dayanır. Çözeltideki kalsiyum iyonları (Ca²⁺, genellikle eklenen kireçten) iki altın siyanür anyonuyla birleşerek elektriksel olarak nötr kalsiyum-altın siyanür iyon çiftleri oluşturur: Ca[Au(CN)₂]₂. Bu nötr iyon çiftleri, van der Waals kuvvetleri aracılığıyla aktif karbonun gözenek yüzeyleri üzerinde fiziksel olarak adsorbe edilir.

Bu tersine çevrilebilir bir dinamik denge sürecidir. Solüsyondaki altın konsantrasyonu ile aktif karbon üzerindeki altın yükü arasında buna karşılık gelen bir ilişki vardır. Çözeltideki altın konsantrasyonunu sürekli olarak azaltmak ve karbon üzerindeki altın yükünü artırmak için, ters akımlı bir temas yöntemi benimsenir: Altın- içeren kağıt hamuru bir dizi adsorpsiyon tankından sırayla akar, aktif karbon ise ters yönde hareket eder. Son tanktan taze karbon eklenir ve en yüksek altın konsantrasyonuna sahip ilk tanka akar; Kağıt hamuru ilk tanktan son tanka akar. Bu sayede son tanktan boşaltılan atıklardaki altın konsantrasyonu son derece düşük bir seviyeye indirilebilmekte, birinci tanktan alınan altın-yüklü karbon ise yüksek bir yük kapasitesine ulaşmaktadır.

III. Altın Adsorpsiyon Verimini Etkileyen Ana Faktörler Altın adsorpsiyon verimliliği çeşitli operasyonel ve kimyasal koşullardan etkilenir.

 

1. Fiziksel Koşullar: Karbon parçacıklarının tek biçimli süspansiyonunu sağlamak ve çökelmeyi veya yüzmeyi önlemek için hamur yoğunluğunun aktif karbonun ıslak yoğunluğuna yakın (yaklaşık 1,3-1,5 t/m³) olması gerekir. Yeterli karıştırma, karbon parçacıklarının yüzeyindeki sıvı sınır tabakasının kalınlığını azaltabilir ve altının kütle aktarımını ve karbon parçacıklarına difüzyonunu hızlandırabilir.

 

2. Aktif Karbon Özellikleri: Daha küçük karbon parçacık boyutu, adsorpsiyon kinetiğinin hızlandırılması açısından faydalıdır ancak tarama ve geri kazanımın zorluğunu artırır. Endüstriyel olarak yaygın olarak kullanılan parçacık boyutu aralığı 1-3 milimetredir (örneğin 6×12 ağ gözü veya 8×16 ağ gözü). Karıştırma, pompalama ve yenileme işlemleri sırasında aşınmaya dayanması gerektiğinden karbonun sertliği çok önemlidir. Hindistan cevizi kabuğu karbonu bu bakımdan mükemmel bir performans sergiliyor.

 

3. Rekabetçi Adsorpsiyon ve Zehirler: Bu, iyileşme oranını etkileyen önemli bir konudur.

- Organik Zehirler: Yüzdürme reaktifleri (örneğin, ksantatlar), yağlama yağları ve hümik asitler gibi organik maddeler, adsorpsiyon bölgeleri için altınla rekabet eder ve hatta gözenekleri tıkayabilir. Bazı flotasyon reaktifleri, aktif karbonun adsorpsiyon aktivitesini %60'tan fazla azaltabilir. Bu organik zehirler esas olarak sonraki termal rejenerasyon adımları yoluyla giderilir.

- İnorganik Zehirler: Esas olarak diğer metallerin (örneğin bakır, nikel, gümüş) siyanür kompleksleri. Ayrıca aktif bölgeleri işgal ederek adsorbe edilecek iyon çiftleri de oluşturabilirler. Bakırın etkisine özellikle dikkat edilmelidir. Çözeltideki siyanür formu pH ile değişir ve pH 10,5'in altında olduğunda daha kolay adsorbe edilir. İnorganik zehirlerin çoğu asitle yıkamayla giderilebilir.

- Ölçeklenme: CIP işlemi sırasında kalsiyum iyonları ve karbonat, aktif karbonun yüzeyinde kalsiyum karbonat (CaCO₃) gibi çökeltiler oluşturabilir. Bu ölçek katmanları esas olarak birikir ve karbon parçacıklarının mezogözeneklerinin ve makrogözeneklerinin girişini bloke ederek altının mikro gözeneklere difüzyonunu engeller. Düzenli asitle yıkama, bu kireç katmanlarını etkili bir şekilde giderebilir.

 

4. Çözelti Kimyasal Ortamı:

- pH ve Siyanür Konsantrasyonu: Endüstriyel olarak, toksik HCN gazı oluşumunu kontrol etmek için pH genellikle 10-11 arasında tutulur. Altının etkin çözünmesini ve stabilitesini sağlamak için yeterli serbest siyanür konsantrasyonu gerekli bir durumdur.

- Sıcaklık: Altın adsorpsiyonu ekzotermik bir işlemdir, dolayısıyla daha düşük sıcaklıklar adsorpsiyona yardımcı olur. Çoğu fabrika genellikle soğuk mevsimlerde daha yüksek iyileşme oranlarına ulaşır. Bunun aksine, sonraki desorpsiyon prosesi yüksek sıcaklıklar gerektirir.

- İyonik Kuvvet: Altın siyanür iyon çiftlerinin oluşumu için kalsiyum ve magnezyum gibi alkali toprak metal iyonlarının varlığı gereklidir.

 

IV. Desorpsiyon: Altının Aktif Karbondan Ayrıştırılması Yüksek-konsantre altınla adsorbe edilen altın-yüklü karbonun, altının elektrolitik saflaştırma için çözeltiye geri aktarılması amacıyla desorpsiyon (elüsyon) işlemine tabi tutulması gerekir.

 

Desorpsiyonun temel prensibi, adsorpsiyon için uygun olmayan koşullar yaratmak ve adsorpsiyon sürecini tersine çevirmektir. Endüstriyel olarak iki olgun süreç esas olarak benimsenmektedir: AARL yöntemi ve Zadra yöntemi. Her ikisi de aşağıdaki adımlara dayanmaktadır:

1. Yüksek sıcaklıkta, altın siyanür iyon çiftlerindeki kalsiyum iyonlarını iyon değişimi yoluyla sodyum iyonlarıyla değiştirmek için yüksek-konsantrasyonlu bir sodyum iyonu (sodyum hidroksitten) kullanılır ve daha az kararlı sodyum-altın siyanür iyon çiftleri oluşturulur.

2. Yüksek sıcaklık, kararsız sodyum-altın siyanür iyon çiftlerinin ayrışmasını teşvik eder ve altın siyanür anyonları, aktif karbon yüzeyinden çözeltiye geri salınır.

İkisi arasındaki ana fark, proses kombinasyonunda yatmaktadır: AARL yöntemi toplu bir işlemdir ve desorbe edilen altın-zengin solüsyon (hamile solüsyon) bağımsız bir elektroliz atölyesine gönderilir; Zadra yöntemi, desorpsiyon kolonunu ve elektrolitik hücreyi seri halinde bağlayarak kapalı bir-döngü döngüsü oluşturur ve desorpsiyon ve elektrolizi aynı anda gerçekleştirir. Uygulanan yöntem ne olursa olsun amaç, adsorpsiyon devresine geri gönderilen yalın karbonun altın içeriğini, adsorpsiyon kapasitesini eski haline getirmek için ton başına yaklaşık 50 gramın altına indirmektir.

 

V. Ana Proses Akışları: CIP, CIL ve Pumpcell

 

Aktif karbon altın çıkarma işlemlerinin üç ana biçimi vardır:

Kağıt Hamurunda Karbon (CIP): Cevher önce altının çözünmesinin çoğunu bağımsız siyanür liç tankları aracılığıyla tamamlar ve ardından kağıt hamuru, altın adsorpsiyonu için bir dizi adsorpsiyon tankına girer. Kağıt hamuru ileri doğru akar ve aktif karbon ters yönde taşınır. "Zenginleştirme oranı" (altın-yüklü karbon kalitesinin besleme çözeltisi altın kalitesine oranı) genellikle 1000-1200'dür.

Süzmede Karbon (CIL): Süzme ve adsorpsiyon birleştirilir ve aynı tank serisinde eş zamanlı olarak gerçekleştirilir. Bu işlem özellikle "altın-soyucu" maddeler (altını adsorbe edebilen diğer maddeler) içeren cevherler için uygundur çünkü aktif karbon, çözünmüş altını korumak için onlarla rekabet edebilir. Bununla birlikte, liç işlemi tamamlanmadığında çözeltideki düşük altın konsantrasyonu nedeniyle, genellikle daha büyük bir aktif karbon envanterine ihtiyaç duyulur ve zenginleştirme oranı genellikle 800-1000'dir.

 

Pumpcell Süreci: "Atlıkarınca-Gezi-Raunt'a" benzer bir çalışma modunu benimser. Karşıt akım akışı, karbon hamurunun fiziksel hareketine gerek kalmadan kağıt hamuru besleme noktası ve atık boşaltma noktasının düzenli olarak döndürülmesiyle elde edilir. Bu yöntem, geri karıştırmayı azaltır, partiler halinde karbonu yönetir, daha yüksek bir zenginleştirme oranına (1500-2500 veya daha yüksek) ulaşabilir ve daha kompakt bir ekipman hacmine sahiptir.

Proses seçimi cevher özellikleri, tasarım ölçeği, yatırım ve işletme maliyetleri gibi çeşitli faktörlere bağlıdır.

 

VI. Proses İzleme ve Denge Bir CIP/CIL tesisinin istikrarlı çalışması, temel olarak iki "boyut" aracılığıyla değerlendirilen temel parametrelerin izlenmesine dayanır:

 

- Çözeltideki Altın Konsantrasyonu: Her bir adsorpsiyon tankının çıkışındaki çözeltideki altın içeriğini izleyin; bu,-adım adım-önemli bir düşüş eğilimi göstermelidir.

- Altın-Yüklü Karbondaki Altın Konsantrasyonu: Her bir adsorpsiyon tankındaki aktif karbonun altın yükünü izleyin; bu, önden arkaya doğru-adım adım-aşamalı bir düşüş eğilimi göstermelidir.

Aktif karbonun adsorpsiyon kinetik hızına (aktivitesine) ilişkin testlerle birlikte bu hususların düzenli analizi, tesisin zehir birikimi, azalan ekipman verimliliği veya operasyonel dengesizlik gibi sorunları zamanında tespit etmesine ve böylece optimum altın geri kazanım oranının korunmasına yardımcı olabilir.

Aktif karbon, altının geri kazanımında yeri doldurulamaz bir rol oynar. Altın siyanür iyon çiftlerinin adsorbe edilmesinin temel prensibinden, organik ve inorganik zehirler ve ölçeklendirmenin pratik zorluklarının ele alınmasına, desorpsiyon geri kazanımı ve proses seçimine kadar tüm proses, karmaşık ve etkili bir teknik sistem oluşturur. Aktif karbon özelliklerinin, proses koşullarının ve sistem dengesinin derinlemesine anlaşılması ve hassas kontrolü, verimli ve ekonomik altın geri kazanımına ulaşmanın temelini oluşturur.