روشهای فیزیکی و فیزیکی-شیمیایی تغلیظ و آماده سازی طلا
مقدمه
قدیمی‌ترین روشی که برای تغلیظ طلا استفاده شده، روش ثقلی می‌باشد. علیرغم پیشرفت و توسعه‌های صورت گرفته، این روش در بازیابی ذرات طلای بسیار ریز و ذرات مرتبط با سولفیدها محدود و یا ناتوان بود. در نتیجه این محدودیت‌ها منجر به توسعه روشهای جایگزین شیمیایی مانند سیانوراسیون و کلراسیون در اوایل قرن بیستم شد.
از روشهای ثقلی به ندرت به تنهایی در بهره‌برداری از معادن و استحصال طلا استفاده می‌شود و اکثراً این روش به همراه روشهای شیمیایی مانند سیانوراسیون بکار گرفته می‌شود.
روش جدایش ثقلی یک فرآیند سازگار با محیط زیست است که با بهره‌گیری از تجهیزات ساده با چند بخش در حال حرکت کار می‌کند. دستگاه‌های تغلیظ کننده ثقلی از اختلاف دانسیته کانی باارزش و باطله برای جداسازی استفاده می‌کنند.
در این مطالب، نحوه کارکرد بعضی از دستگاه‌های جداکننده ثقلی پرکاربرد و فلوتاسیون کانسنگ‌های طلا مورد بحث قرار می‌گیرد.
جدا کننده ثقلی- جیگ
یکی از قدیمی‌ترین دستگاه‌های پرعیار کردن ثقلی مواد است. طرز کار دستگاه به این صورت است که اگر سطح مشخصی در داخل جیگ بعنوان سطح مبنا در نظر گرفته شود، آب نسبت به این سطح دارای دو حرکت است، یکی رو به بالا (حرکت جهشی) و دیگری رو به پایین (حرکت کششی). حرکت نوسانی آب در داخل جیگ توسط مکانیزمی(مانند پیستون)دکه دارای حرکت موجی یکنواخت است ایجاد می‌شود. این حرکت در طول لایه اولیه ایجاد حرکت‌های جهشی و کششی می‌کند که باعث لایه‌بندی مواد می‌شود.
ذرات سبکتر که در بالا قرار گرفته‌اند از قسمت سرریز خارج می‌شوند و ذرات سنگین‌تر که در پایین لایه قرار گرفته‌اند می‌توانند از قسمت ته‌ریز خارج گردند.
جدا کننده ثقلی- میز لرزان
موثرترین روش در میان دستگاه‌های ثقلی، میز لرزان است.بدلیل ظرفیت پایین این دستگاه، معمولاً از آنها برای تغلیظ نهایی موادی که به روشهای ثقلی مانند جیگ پرعیار شده‌اند استفاده می‌شود.
میز لرزان از سطحی مستطیل شکل که در جهت عرض، شیبی جزئی دارد تشکیل شده است. سطح میز توسط موانعی که معمولا در امتداد طول هستند پوشیده شده است. ارتفاع این موانع از سمت ورود بار به سمت دیگر به تدریج کاهش می‌یابد به نحوی که بخشی از میز در انتهای آن صاف و بدون مانع است.
جدا کننده ثقلی- اسپیرال
اسپیرال شامل یک مسیر مارپیچ در امتداد محور قائم است. خوراک بصورت پالپ از بالای دستگاه وارد می‌شود و با جریان مواد به سمت پایین، جدایش ذرات در اثر ترکیب نیروهای گریز از مرکز و چگالی ذرات اتفاق می‌افتد. ذرات سنگین در کف در تماس با سطح بشقاب قرار می‌گیرند.
در اثر حرکت دورانی آب، نیروی گریز از مرکزی بر روی ذرات وارد می‌شود که باعث رانده شدن ذرات با وزن مخصوص کم و معلق در آب به طرف جدار خارجی دستگاه شده و از روزنه‌هایی که در کنار بشقاب قرار دارند خارج می‌شوند.
در حالیکه ذرات با وزن مخصوص بالا روی سطح بشقاب قرار گرفته و نیروی اصطکاک موجود بین سطح و ذرات مانع از رانده شدن آنها به طرف جداره می‌شود و بدین ترتیب جدایی صورت می‌گیرد.
معمولاً این دستگاه‌ها بصورت سری قرار داده می‌شوند و هر سری شامل چند اسپیرال است.
از مزایای استفاده از اسپیرال می‌توان به سادگی، بازدهی بالا، سرمایه گذاری اولیه و هزینه اجرایی پایین، بدون مصرف انرژی، استهلاک و تعمیرات دوره‌ای پایین، عدم نیاز به مواد مصرفی در حین فرآیند مانند مواد شیمیایی و… از معایب این روش می‌توان به ظرفیت پایین و مشکل جداسازی در ذرات ریز و… اشاره کرد.
تغلیظ‌کننده‌های گریز از مرکز
تغلیظ‌کننده‌های گریز از مرکز قادر به عملیات در سرعت‌های چرخش بالا و تولید نیروی گریز از مرکز زیاد که باعث جدایش ذرات ریز(کوچکتر از 50 میکرون) می‌شود در حالیکه این ذرات در گذشته توسط دستگاه‌های رایج مانند جیگ، اسپیرال یا میز لرزان قابل بازیابی نبودند.
1-نلسون: این دستگاه برای پرعیار سازی کانسنگ‌های طلا در دانه‌بندی‌های ریز طراحی شده است و قادر است مواد با دانه‌بندی 6 میلیمتر تا یک میکرون را فرآوری کند. روش کار به این صورت است که خوراک بصورت دوغاب به داخل یک مخروط ریخته می‌شود که با سرعت زیاد دوران می‌کند. یک بستر تغلیظ سیال در داخل مخروط شکل می‌گیرد و یک جریان آب از طریق منافذ در مخروط مانع فشردن این بستر می‌شود. در نتیجه می‌توان ذرات میکرونی را نیز جدا کرد.
ذرات با وزن مخصوص بالا جدا شده و در بستر جدایش می‌مانند و ذرات سبک قادر به نفوذ به بستر نبوده و از جداکننده خارج می‌شوند.
2-فالکون: عملکرد دستگاه به این صورت است که پالپ به داخل کاسه در چرخش وارد می‌شود و در امتداد آن به سمت بالا حرکت می‌کنند. در این مسیر مواد به دو قسمت تقسیم می‌شوند. ذرات سنگین‌تر بیشتر از ذرات سبکتر تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز قرار می‌گیرند. در نتیجه ذرات سنگین‌تر در داخل جریان پالپ به سمت دیواره کاسه منتقل می‌شوند و ذرات سبکتر همراه آب به سمت بالای پالپ حرکت می‌کنند.
3- جداکننده مولتی گرویتی:
سیستم این دستگاه ترکیبی از حرکات گریز از مرکز ناشی از یک استوانه دوار زاویه‌دار و حرکات نوسانی شبیه میز لرزان است که موجب جدایش بهتر مخصوصاً در ذرات ریز می‌شود. خوراک ورودی به صورت پالپ وارد دستگاه شده و در سطح استوانه توزیع می‌شوند. ذرات با وزن مخصوص بالا به سمت بالا حرکت می‌کنند و از لبه بالایی استوانه تخلیه می‌شوند. ذرات با وزن مخصوص کمتر به کمک آب و تیغه‌ها در جهت مخالف حرکت کرده و از لبه پایینی استوانه تخلیه می‌گردند.
این جدا کننده برای ذرات ریز معمولاً 10 تا 75 میکرون بسیار انتخابی عمل می‌کند اما برای ذرات درشت‌دانه زیاد مناسب نیست و باید خوراک ورودی دانه‌بندی شده باشد. همچنین سیستم مکانیکی نسبتاً پیچیده و گران بوده آن از معایب دستگاه می‌باشد.
فلوتاسیون
فلوتاسیون اقتصادی‌ترین فرآیند برای کانی‌های متشکل از کانی‌های استبنیت (سولفید آنتیموان)، سولفیدی‌های مس، تلوریدها و سایر کانی‌هایی است که نیاز به عمل تشویه قبل از سیانوراسیون دارند. در این روش با استفاده از ترکیبات خاص و هواباعث می‌شوند که کانی‌های حامل طلا شناور و جدا شده و به صورت کف روی سطح آمده و از توده کانی جدا شوند. در حالی که فلوتاسیون یک روش با کارآیی خوب و موثری جهت تغلیظ سولفیدها می‌باشد، معمولاً نیاز به یک مرحله تغلیظ ثقلی قبل از آن دارد.
مواد اصلاح کننده: ترکیبات سدیم بعنوان تنظیم کننده PH، بکارگیری آهک برای جلوگیری از فلوتاسیون پیریت، تسریع فلوتاسیون پیریت و آرسنوپیریت با سولفات مس(II) و…
کلکتورها: این مواد بالا آمدن ذرات را تسریع می‌بخشند و شامل انواع گزنتات‌ها می‌باشد.
کف‌سازها: از روغن گاج و یا سایر روغن‌سازها مانند اسید کرزیلیک استفاده می‌شود.
استحصال طلا از کانسنگ‌های مقاوم
کانسنگ طلای “مقاوم” کانسنگی است که بطور طبیعی در برابر فرآیندهای متداول فرآوری طلا مانند سیانوراسیون و جذب سطحی روی کربن مقاوم است و معمولاً بازیابی این کانسنگ‌ها کمتر از 80 درصد است. این کانسنگ‌ها نیازمند پیش‌فرآوری هستند که روشهای متداول آن بدین صورت است:
1-تشویه: در این روش کانسنگ طلا حدود 450 تا 850 درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شود تا کانسنگ‌های مقاوم اکسید شوند و مواد فرار نظیر آرسنیک، گوگرد و … جدا شوند.
2- اکسیداسیون بیولوژیکی: تعدادی باکتری وجود دارند که بطور طبیعی می‌توانند بعنوان کاتالیزور در واکنش‌های اکسیداسیون عناصر دخالت نمایند. میکروارگانیسم اصلی تیوباسیلوس مانند فرواکسید تیوباسیلوس، فرواکسید لپتوسپیریلوم، تیو اکسید باسیلوس مناسب‌ترین باکتری برای اکسیداسیون سنگ معدن‌های طلای سولفیدی و کنسانتره هستند.
3-اکسیداسیون تحت فشار: این روش برای اکسید کردن کانی‌های سولفیدی بکار می‌رود. در این روش سولفور حل می‌شود و آرسنیک به صورت نامحلول در می‌آید.
4-اکسیداسیون قلیایی: با توجه به اینکه از نظر ترمودینامیکی، کانی‌های سولفیدی اورپیمنت، آرسنوپیریت و پیریت در PHهای بالا و پتانسیل‌های پایین پایدار نیستند و به راحتی اکسیده می‌شوند، اکسیداسیون قلیایی ممکن است مناسب‌ترین گزینه برای پیش‌فرآوری کانسنگ‌های سولفیدی آرسنیکی باشد. در اکسیداسیون قلیایی ابتدا کلیه ذرات طلای ریزدانه و غیر قابل مشاهده موجود در داخل کانی‌های سولفوره آزاد شده و سپس کاتیون‌های مزاحم نظیر آرسنیک و آنتیموان بصورت کمپلکس‌های پایدار راسب می‌شوند.