طلا (اکتشاف و استخراج ، فرآوری ،استحصال ، کاربردها )

طلا از واژه Jval در زبان سانسكريت ، gold درآنگلوساكسون ،geolo در انگليسي قديم و aurum در لاتين گرفته شده كه همگي به معناي طلا ( زرد ) مي باشند.طلا فلزي زرد رنگ با نماد Au ، وزن مخصوص بالا (gr/cm332/19)،جرم اتمي ۹۶۷/۱۹۶ و عدد اتمي ۷۹ است. اين عنصرداراي سختي ۵/۲ تا ۳ ، نرم، براق،‌ قابل انعطاف، چكش خوار، شكل پذير، داراي شکست دندانه اي است. طلاي خالص معمولاً حاوي ۸ تا ۱۰% نقره و گاهي بيشتر است.

با افزايش نقره، رنگ سفيد تري ايجاد شده و وزن مخصوص نيز كمتر مي‌شود.طلا جزء گروه عناصر آزاد ، طبيعي و خالص بوده و فراواني آن در پوسته زمين در حدود۷- ۱۰ × ۴ مي باشد.طلا پراكندگي بسيار گسترده‌اي دارد. معمولاً در رگه‌هاي كوارتزدار در سنگ‌هاي دگرگوني و اسليتي و يا در ماسه‌ها و آبرفت‌هايي كه از تجزيه سنگ‌هاي ديگر حاصل مي‌شود، وجود دارد. طلا معمولاً به نمونه‌هاي فلزي ديگر مانند پيريت طلادار وابسته است.طلا نقش خود را به عنوان ذخيره پولي در هر سطحي حفظ كرده است و بانك هاي مركزي ملل مختلف آن را به عنوان ذخيره پولي نگهداري مي كنند.

فهرست عنواین :

۱) روشهاي مختلف براي فرآوري و استحصال طلا از سنگ معدن
۲) مراحل مختلف و روشهاي متداول فرآوري و استحصال طلا
۳) تقسیم بندی كاني‌هاي طلا از نظر استحصال
۴) دلایل سختی روشهاي اندازه‌گيري طلا
۵) مهمترين روشهاي اندازه‌گيري طلا
۶) عوامل عملياتي در توليد طلا
۷) تحقيقات و كاربردهاي طلا

روشهاي مختلف براي فرآوري و استحصال طلا از سنگ معدن

۱) شستشوي ماسه‌هاي طلادار ( روش ثقلی یا خاکشویی )

اولين روشي كه بشر براي بدست آوردن طلا بكار برد شستشوي ماسه‌هاي طلادار بود. قسمت اعظم طلايي كه در ادوار گذشته استخراج مي‌شد، طلاي آبرفتي بود و عمل استحصال طلا به روشهاي ابتدايي و سنتي صورت مي‌گرفت يكي از اين وسايل استفاده از لاوك، جعبه شن‌شوئي و… بود.پس از كشف تيزاب سلطاني كاني‌هاي طلا‌دار را با نمك و شوره و زاج و گرد آجر مخلوط كرده و در كوره‌اي حرارت مي‌دادند

و بدين ترتيب طلا با توجه به وزن مخصوص بالا در ته كوره باقي مي‌ماند. استفاده از روش حرارتي و بكارگيري تركيبات سرب از ديگر روشهاي استحصال طلا در زمانهاي گذشته بود. اين روش در عين حال كه ابتدايي‌ترين روش علمي شناخته شده است، هنوز بعنوان روش مطمئن اندازه‌گيري عيار طلا به كار گرفته مي‌شود و اصطلاح علمي كوپلاسيون يا تجزيه حرارتي ناميده مي‌شود، در ايران از اين روش جهت استخراج طلا از هر نوع خاك محتوي طلا استفاده مي‌گردد كه در اصطلاح سنتي بنام نماكاري ناميده مي‌شود.

۲) روش ملقمه كردن طلا توسط جيوه

روش ديگر كه مورد استفاده بشر قرار گرفت استفاده از جيوه مي‌باشد. جيوه فلزي است كه با تشكيل ملقمه، طلاي موجود در خاك را در خود جمع و حل مي‌نمايد. بنابراين از اين خاصيت براي آزادسازي طلا از كاني‌هاي ديگر استفاده مي‌شود

روش بعدي استفاده از گاز كلر در استخراج صنعتي طلا مي‌باشد كه در يك دوره كوتاهي انجام گرفته با كشف روش سيانوراسيون در اواخر قرن نوزدهم بدليل مشكلات زيست محيطي مورد استفاده صنعتي قرار نگرفته است.در روش ملقمه كردن، طلا توسط جيوه از ساير مواد جدا مي‌شود و سپس از طريق تبخير نمودن از طلا جدا مي‌شود. در اين روش كه به فرآيند پاشيو مرسوم است، جيوه‌اي كه به محيط زيست وارد مي‌شود، بازيابي نمي‌شود.

۳) روش سيانوراسيون و واكنش با سيانيد سديم

در كانسار طلاي كنگلومرايي ويت واترزراند، در آفريقاي جنوبي، قسمت اعظم طلا بصورت ذرات بسيار ريز تشكيل شده است. بعبارتي، تغليظ مكانيكي و ملقمه سازي امكان پذير نيست و طلا را بايد به شكل محلول درآورد كه اين عمل با روش سيانوراسيون و واكنش با سيانيد سديم انجام مي گيرد که يكي از مهمترين روش هاي توليد طلاي آزاد دانه ريز مي باشند.

بدين منظور، بوسيله آسياب ها و سنگ شكن ها، آسياهاي گلوله اي تر و كلاسيفايرها، ذرات طلا را از مواد سنگي جدا مي كنند. در پروژه هاي جديدتر، اين فرآيند آسيا كردن بطور زيرزميني انجام مي‌ شود. مواد معدني طلا دار خرد شده كه ذرات طلا يا سولفيد زياد دارند، ممكن است كه براي سيانيدي شدن مناسب نباشند. فرآيندهاي مقدماتي، شامل تغليظ گرانشي، كه پس از آن ملقمه سازي انجام مي شود، تقريبا هميشه مورد نياز است.

اين شيوه، اين امكان را فراهم مي كند تا ۵۰% طلا سريعتر از روش سيانوري استحصال شود. تغليظ و تمركز گرانشي را پيش از اين به كمك پارچه اي مخمل انجام مي دادند. پارچه را با يك گيره محكم مي كردند و دوغاب ماده معدني خرد شده را از آن عبور مي دادند. پارچه مي بايست عمود بر جهت جريان قرار مي گرفت. ذرات چگالتر در شيارها گير مي كردند ولي ذرات كوارتز سبكتر به كمك نيروي آب شسته مي شدند.

پارچه مخمل ديگر استفاده نمي شود و به جاي آن از كائوچوي موجدار استفاده مي كنند (ضخامت mm 10، عمق شيارها mm 3، فاصله بين شيارها mm 6). تجهيزات مكانيكي مدرن يك كمربند طولاني دارند (به عرض ۵/۱ متر و طول ۲/۷ متر) كه زاويه شيب آن °۱۱۰ است. اين كمربند با سرعت min / m 4/0 در خلاف جهت جريان سيال كانه دار حركت مي كند.

تئوري Vat Leaching

روش سيانوراسيون طلا مهمترين روش طلاي آزاد ريز دانه مي‌باشد. انحلال طلا توسط سيانور قبل از قرن نوزدهم ميلادي شناخته شده بود اما تا پايان سال ۱۸۹۰ ميلادي بطور اقتصادي مورد استفاده قرار نگرفته بود سيانور در حضور اكسيژن، طلا را حل نموده و بصورت كمپلكس سيانور طلا در مي‌آيد. معمولاً طلا بصورت اكسيدي قابل ليچ شدن مي‌باشد اگر طلا در زون احياء باشد، يعني اينكه كربن‌دار باشد، در اين حالت مقاومت ثابتي نسبت به عمل سيانوراسيون دارد كه مسئله Refactory Gold پيش خواهد آمد.

عوامل مؤثر در حلاليت طلا عبارتند از :

۱) غلظت سيانور

۲) PH محيط

۳) حرارت محيط

۴) اكسيژن موجود در محيط

۵) نور و سطح

۶) اندازه ذرات كانه خردايش شده

۷) اندازه ذرات طلاي آزاد

۸) نفوذپذيري كانسنگ

******************************************

مطالعات قبل از عمليات ليچينگ :

۱) مطالعات كاني‌شناسي

۲) كاني ميزبان فلز

۳) اندازه ذرات فلزات قيمتي و درجه آزادي آن

۴) نوع باطله همراه كانه

۵) وجود پاراژنزهاي همراه كانسنگ

۶) نحوه توزيع طلا در كانسنگ

۷) وجود كانيهاي سيانوركش

این مطالعاتت بايد به دقت انجام گيرد زيرا هر يك از عوامل فوق براي هر كانسنگ با خواص ويژه متفاوت خواهد بود.

*************************************************

مراحل مختلف و روشهاي متداول فرآوري و استحصال طلا :

۱**) روشهاي جداسازي طلاي آزاد و تغليظ طلا از كاني‌ها شامل:

الف) روشهاي ثقلي

۱) لاوك شوئي
۲) جيك
۳) ميزهاي لرزان
۴) ميزهاي گردان
۵) جدا كننده مغناطيس
۶) جدا كننده‌هاي گريز از مركز
۷) مخروطهاي ري ايچرت (Reichert)

ب) روش فلوتاسيون

۲**) روشهاي حل كردن فلز طلا از كاني‌ها و كنسانتره‌ها

۱) روش غالگذاري (غالكاري(
۲) روش ملقمه
۳) روش كلريناسيون
۴) روش سيانوراسيون
۵) روش تيوره
۶) روش‌هاي ديگر

۳**) روشهاي رسوب‌گيري طلا از محلول طلادار (روشهاي بازيابي طلا)

۱) روش پودر روي
۲) روش C.I.P
3) روشC.I.L
4) روشهاي ديگر

۴**) ذوب و تخليص طلا

لازم به توضيح است كه عمليات استحصال فلز طلا از سنگهاي معدني طلادار، متناسب با چگونگي وجود طلا در كاني متفاوت مي‌باشد.

******************************************************

تقسیم بندی كاني‌هاي طلا از نظر استحصال

الف ) كاني‌هاي طلاي طبيعي (ناتيو)

ب ) طلاي همراه با سولفيدها: كه در اين كاني‌ها طلا بصورت ذرات آزاد يا پراكنده در سولفيدها وجود دارند.

ج) تلوريدهاي طلا، كه معمولا در كنار طلاي ناتيو يا طلاي همراه سولفيدها ديده مي‌شوند، Calaverite, Krennerite كاني‌هايي هستند كه شامل ۴۰ درصد طلا و Sylvanetite حدود ۲۵ درصد طلا دارد .

د ) طلا در ساير مينرال ها مانند آرسنيك و آنتيموان و يا با پورفيرهاي مس و يا با مينرال هاي سرب و روي و يا با مواد كربن‌دار وجود دارد.

*******************************

دلایل سختی روشهاي اندازه‌گيري طلا

امروزه از طلا به عنوان ردياب مس در پي‌جوئي كانسارهاي مس و موليبدن پورفيري استفاده مي‌كنند.
با وجود محاسن رديابي- اكتشافي كه طلا دارد ولي روشهاي اندازه‌گيري آن به دلايل زير از مشكل‌ترين روشها مي‌باشند:

۱ ) عيار عادي كم (ppb 1 تا ۵ )

۲ ) پراكندگي نامنظم در كانيها، سنگ، خاك و رسوبات

۳ ) تمركز شديد بعد از آزاد شدن از كاني و سنگها به علت وزن مخصوص زياد

۴) وجود ناخالصي‌هايي مانند نقره، مس و ۲۲ عنصر ديگر كه به صورت جانشيني و يا در سطوح بلورين كانيهاي طلا‌دار قرار مي‌گيرند.

براي سنگها و كانيهايي كه قطر بلوري آنها در حد يك ميلي متر باشد ۵/۲ كيلوگرم نمونه وزن مطلوبي است. براي رگه‌ها و كانيهاي هيپوژن، وزن نمونه‌ها بايد بيشتر از ۵ كيلوگرم باشد. وزن نمونه‌هاي خاك و رسوبات بين ۳۰۰ تا ۷۰۰ گرم متغير است نمونه‌برداري از خاكها بيشتر بايد از افق باشد. اگر فرض كنيم كه طلا به صورت يك ذره يك ميلي‌گرمي در كل نمونه‌اي از سنگ و كاني پخش باشد پراكندگي آن بعد از پودر شدن نمونه يك كيلوگرمي بسيار نامنظم است.

حل مشكلات اندازه گیری طلا (ريدل ۱۹۸۳ ) :

۱) افزايش وزن نمونه‌هاي سنگي و پودر شده
۲ ) كاهش قطر ذرات طلا در نمونه‌هاي پودر شده
۳ ) تمركز ذرات درشت و تجزيه شيميايي جداگانه آنها

براي رفع مشكلات اول معمولا وزن نمونه‌هاي پودر شده جهت تجزيه شيميايي بايد بين ۲ تا ۵ گرم و در اكثر موارد ۱۰ گرم باشد. براي روشهاي وزن سنجي، وزن نمونه‌هاي پودر شده بين ۱۵ تا ۱۵۰ گرم متغير است. مشكل دوم را مي‌توان با آسياب نمودن نمونه بصورت پودر بسيار ريز حل كرد. براي اين كار نمونه آسياب شده را از الك منهاي ۱۵۰ عبور مي‌دهد. البته اين روش بسيار وقت‌گير است. جدول شماره ۱ رابطه بين قطر و تعداد ذرات طلا در يك گرم نمونه را نشان مي‌دهد.

قطر ذرات ( میلیمتر ) درصد ذرات طلا تعداد ذرات طلا در یک گرم نمونه
۵۰% ۱۰ ۸۵۰۰۰
۴۰% ۱۰ ۱۶۶۰۰۰
۳۰% ۱۰ ۳۹۳۰۰۰
۲۰% ۱۰ ۱۳۲۷۰۰۰
۱۰% ۱۰ ۱۰۶۱۶۰۰۰

۰۰۵/۰ ۲۰ ۱۶۹۵۸۲۰۰۰
۰۰۲/۰ ۲۰ ۲۶۵۳۹۲۸۰۰۰
۰۰۱/۰ ۱۰ ۱۰۶۱۵۷۱۱۰۰۰

جدول شماره ۱: رابطه بين قطر و تعداد ذرات طلا در يك گرم نمونه

در مورد مشكل سوم بايد ذرات درشت طلا را بوسيله الك كردن جدا نمود. چنانچه ۹۵ درصد نمونه پودر شده از الك منهاي ۱۵۰ عبور كند، ذرات درشت طلا تا حدود ۵ درصد روي الك باقي مي‌ماند. بنابراين با تجزيه شيميايي ذرات درشت طلا نسبت به وزن بقيه نمونه مي‌توان عيار مناسبي را براي طلا در نمونه‌ها منظور داشت.

روش هایی برای حل كردن نمونه‌هاي پودر شده و آزاد نمودن طلا به صورت محلول

۱) انحلال اسيدي

۲ ) ذوب و انحلال

در روش اول نمونه را در تيزاب سلطاني (۳ قسمت اسيد كلريدريك و ۱ قسمت اسيد نيتريك) حل مي‌كنند. در اين تيزاب سلطاني فقط طلاي آزاد و سولفيدهاي طلادار (آرسنوپيريت، پيريت و كالكوپيريت) را حل مي‌كنند ولي بر روي سيليكاتها اثر ندارد. امروزه ذوب و انحلال اسيدي كه بيشتر براي روش وزن سنجي كاربرد دارد.

نمونه را در دماي ۱۰۲۵ درجه سانتيگراد به مدت ۳۸۵ دقيقه حرارت مي‌دهند تا نمونه كاملا ذوب شود و سپس توسط اسيدنيتريك و يا تيزاب سلطاني حل مي‌كنند. جدول شماره ۲ خلاصه‌اي از روشهاي انحلال نمونه‌هاي طلا را نشان مي‌دهد.

روش انحلال وزن نمونه پودرشده ( گرم ) لوله آزمایش و وسایل دیگر حلال اسید و زمان به هم زدن آب و حلال های آلی
سرد ۱۰ ۲۰۰*۲۵۰ میلیمتر ۲۰میلی لیتر اسید برومیک
( ۱۵ دقیقه ) ۲۰ تا ۳۰ میلی لیتر آب و ۱۰ میلی لیتر MIBK
گرم ۲ ۰ ۲۵ میلی لیتر اسید برومیک
( ۱۵ ثانیه ) ۰
گرم ۱۰ ۲۰۰*۲۵ و استوانه مدرج ۴۰ میلی لیتر تیزاب سلطانی ۵۰ میلی لیتر ۰
۴۰ میلی لیتر تیزاب سلطانی و ۵۰ میلی لیتر اسید کلریدریک برای مواد باقیمانده ۲۰ تا ۳۰ میلی لیتر MIBK و ۱۰ میلی لیتر MIBK
گرم ۱۰ استوانه مدرج ۱۰۰ میلی لیترتیزاب سلطانی و ۱۰۰ میلی لیتراسید کلریدریک برای مواد باقی مانده ۲۰ تا ۳۰ میلی لیتر و ۱۰ میلی لیتر MIBK

جدول شماره ۲: روشهاي انحلال براي كاني‌ها و سنگهاي پودر شده

روش های ساختن محلول‌هاي شاهد

اندازه‌گيري طلا در نمونه‌ها بايد بر اساس محول‌هاي شاهد بسيار دقيق صورت گيرد. سه روش مهم براي ساختن محلول‌هاي شاهد پيشنهاد مي‌شود:

۱ ) ساختن محلول ppm1000 طلا (۱۰۰۰ ميلي گرم در ليتر ) :

يك گرم طلاي خالص را در اسيد بروميك (HBr-Br2) و با تيزاب سلطاني حل مي‌كنند و حرارت مي‌دهند تا برم خارج شود. بعد از سرد شدن بايد محصول مذكور را با اسيد بروميك يا اسيد كلريديك دومولار تا ۱۰۰۰ ميلي ليتر رقيق نمود. چنين محلولي ppm1000 طلا دارد.

۲ ) تهيه محلول طلا ( ۱ ميلي گرم در ليتر ) :
براي ساختن اين محلول ۱/۰ ميلي ليتر از محلول ppm1000 را بوسيله ۱۰۰ ميلي ليتر اسيد بروميك و يا اسيد كلريديك دومولار رقيق مي‌نماييم. يك ميلي ليتر از اين محلول ۱ ميلي گرم در ليتر طلا دارد.

۳ ) تهيه محلول شاهد از تركيبات و املاح طلا:
در اين روش معمولا از كلرور مضاعف طلا و سديم استفاده مي‌شود،‌ به طوري كه ۵۰۴/۰ گرم سديم كلرور اوريت را در ۲۵ ميلي ليتر اسيد كلريدريك يك نرمال حل نموده و حجم محلول را با آب مقطر به ۵۰ ميلي ليتر مي‌رسانيم تا محول ۵ ميلي گرم طلا ساخته شود (۱ ميلي ليتر). براي ساختن محلول‌هاي دقيق‌تر مي‌توان محلول ۵ ميلي گرم را توسط اسيد كلريدريك نيم نرمال رقيق كرد.

رعايت نكات زير در اين امر ضروي است:
الف) اسيدها بايد براي محلولهاي شاهد و نمونه‌ها يكسان باشند. اسيد نيتريك (۱۱۵+۱) و اسيد كلريدريك (۱۵+۱) و يا اسيد بروميك
ب) محلول‌ها را بايد هر دو هفته يكبار تهيه نمود و در ظرف پلي اتيلن ريخته شوند.

ج) بايد توجه داشت كه حداكثر غلظت عناصر تداخل پذير بيشتر از ۵۰ گرم در تن (۵۰ ميلي گرم در ليتر) نباشد (پلاتين، پالاديوم، نقره، مس و غيره) براي جدا نمودن طلا پس از انحلال اسيدي از حلالهاي آلي مانند تولوئين، دي بوتيل سولفيد (DBS)، ميتل ايزوبوتيل كتن (MIBK) و استات بوتيل استفاده مي‌نمايند. يكي از محاسن اين روشها و حلال هاي مذكور اين است كه از تداخل عناصر همراه با طلا جلوگيري شود.

مهمترين روشهاي اندازه‌گيري طلا

۱ ) روش وزن‌سنجي يا روش ذوب احيايي توسط بوته‌هاي رسي نسوز: اين روش قديمي‌ترين روش اندازه‌گيري طلا و فلزات قيمتي ديگر در مواد معدني مختلف است كه به صورت زير انجام مي‌گيرد:

الف ) ۱۵ تا ۱۵۰ گرم از نمونه معدني پودر شده را با ۵/۱۴۶ گرم كمك ذوب كه از تركيبات زير تشكيل شده مخلوط مي‌كنند:
-اكسيد سرب ۸۰ گرم
-كربنات سديم ۴۰ گرم
-پودر سليس ۱۲ گرم
-بوراكس سديم ۱۲ گرم
-فلوئوريد سديم (نقش بوراكس سديم را دارد(
-پودر زغال يا مواد احيا كننده ۵/۲ گرم

ب) مخلوط شماره الف (نمونه و كمك ذوب) را درون كوره يا بوته رسي (رس نسوز) مي‌ريزند و به مدت ۳۵ دقيقه در دماي ۱۰۲۵ درجه سانتي‌گراد حرارت مي‌دهند.
ج) ريختن مواد حاصل از ذوب (مرحله ب) به درون يك قالب فولادي مشبك دايره‌اي و مسطح
د) تشكيل دكمه‌هاي سربي حاوي نقره و فلزات ديگر (۲۰ تا ۲۵ گرم) بعد از سرد شدن محصول ذوب (سرباره(
هـ) شكستن سرباره و آزاد نمودن دكمه‌هاي سربي

و) چكش كاري، آزاد نمودن و مسطح كردن دكمه‌هاي سرب

ز) ريختن دكمه‌هاي سربي در يك ظرف مسطح با تركيب شيميايي اكسيد منيزيم

ح) حرارت دادن ظرف اكسيد منيزيم به مدت نيم ساعت در دماي ۹۵۰ درجه سانتيگراد به طوريكه سرب بخار شود و يا جذب اكسيد منيزيم گردد.

ط) جداسازي و تميز نمودن دكمه‌هاي حاوي نقره و طلا (چون در اين مرحله سرب، جذب اكسيد منيزيم شده و از دكمه‌ها جدا مي‌گردد)