كاربرد بيوتكنولوژي در پيدايش طلاي مقاوم
تعريف طلاي مقاوم
با توجه به افزايش بي سابقه قيمت طلا در دهه ۱۹۸۰، پيداكردن راه حل هاي جديد متالورژيكي براي استحصال طلاي مقاوم به عنوان منبعي براي استحصال كاني هاي با ارزش لازم و ضروري بود. كانسارهاي طلاي مقاوم شامل طلاي موجود در كانسارهاي سولفيدي بالاخص پيريت و ارسنوپيريت است كه اين نوع طلا حتي با خردايش بسيار زياد، در سيانور حل نمي شود و يا به عبارت ديگر براي استحصال طلا توسط سيانور بايد عيار آن در حد متوسط و در حدود ۳ الي ۷ گرم بر تن باشد، ولي امروزه به دليل پايين بودن عيار طلاهاي موجود و بازيابي كم آنها (كمتر از ۲۰ درصد) و يا مصرف زياد سيانور قابل استحصال نيستند، به اين طلاها، طلاي مقاوم گفته مي شود و براي اينكه طلا در سيانور حل شود بايد به صورت آزاد باشد كه با استفاده از روش هاي مختلفي از جمله تشويه، رآكتورها و روش ميكروبي، طلا به صورت آزاد درمي آيد و بعد قابل استخراج توسط سيانوراسيون مي باشد كه به دليل كاربرد خوب روش بيوليچينگ و هزينه كمتر آن نسبت به روش هاي ديگر قابل استفاده است. دو روش اول روش هايي هستند كه در بيشتر پروژه هاي صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرند و امروزه روش ميكروبي در مقياس صنعتي در آفريقاي جنوبي، استراليا، (سه مكان)، برزيل و غنا مورد استفاده قرار مي گيرد. بزرگترين معدني كه از روش بيواكسيداسيون استفاده مي كند، پروژه سان سو در غنا است كه ظرفيتي در حدود ۷۰۰ تن در روز دارد.
طلاي توليد شده در حوالي سال هاي ۱۹۹۰ در حدود ۲۴۰۰-۲۲۰۰ تن در سال به صورت ثابت بوده است و قيمت طلا نيز تغييرات چنداني نداشته است. در حدود سال هاي ۱۹۹۴ طرز استخراج جديدي از طلا مطرح شد كه بر روي قيمت طلا تاثيراتي گذاشت و براي برابري هزينه هاي عملياتي با قيمت طلا بايد تمهيداتي صورت پذيرد كه با استفاده از روش هاي ميكروبي و آسان بودن اين روش راه حل بسيار مناسبي براي آنها محسوب مي شود. افزايش شديد قيمت طلا در يكي دو سال اخير باعث توجه مجدد به معادن طلاي مقاوم شده است.
اصول كلي بيوليچينگ طلاي مقاوم
براي استحصال كاني هاي طلاي مقاوم كه با روش سيانوراسيون بازيابي كمي دارند، از روش بيوليچينگ استفاده مي شود. به هرحال شباهت هاي بسيار زيادي بين بيوليچينگ مس و مواد معدني سولفيدي طلاي مقاوم وجود دارد و البته اختلافاتي نيز وجود دارد.
به طور مثال طلا نيز مانند مس بايد تا ابعادي كه از نتايج آزمايشگاهي به دست آمده است، خرد شود. اگر ماده معدني به شدت اسيد مصرف كند، به منظور آماده سازي كانه از اسيدسولفوريك غليظ در حين آگلومراسيون استفاده مي شود و اگر ماده معدني اسيد مصرف نكند از محلول برگشتي از عملياتي قبلي استفاده مي شود. بعد از آگلومراسيون، ماده معدني بر روي پدهاي ديناميكي با بسترگر اولي درشت انباشته مي شوند. خطوط هوادهي در بسترگر اولي درشت قرار داده مي شوند. هوادهي هنگامي كه پد كاملا پر شد، انجام مي شود. پدهاي فلزات قيمتي با مخلوطي از باكتري هاي اكسيدكننده آهن كه سولفات فريك توليد مي كنند، آبياري مي شوند. زمان قرار گرفتن ماده معدني تحت تاثير باكتري به خصوصيات كاني شناسي، ميزان اكسيداسيون مورد نياز براي تبديل سولفيد به سولفور و فاكتورهاي ديگر مثل دماي توده هاي انباشته بستگي دارد. به منظور از بين بردن اسيد از پدها و كم كردن ميزان آهك و سيانور مصرفي ماده معدني اكسيد شده، توسط آب تميز شسته مي شوند. بعد از شستشو، ماده معدني اكسيد شده، از پدها حمل و با آهك مخلوط مي شوند و بر روي پدهاي موقت به منظور سيانوراسيون انباشته مي شوند و عمليات سيانوراسيون طلاي اكسيد شده مانند روش هاي مرسوم انجام مي شود.
روش هاي اكسايش سنگ معدني توسط باكتري
عمليات اكسايش سنگ معدني توسط باكتري به دو روش انجام مي شود:
روش رآكتورهاي شيميايي: ماده معدني سولفيدي طلاي مقاوم شامل طلاي محصور شده در كاني هاي سولفيدي است كه معمولا اين نوع طلا با پيريت و آرسنوپيريت همراه است. اين نوع طلا براي بازيابي توسط روش سيانوراسيون بعد از مرحله آسيا شدن به صورت آزاد وجود ندارد و بايد از سنگ ميزبان جدا شود تا قابل دسترسي توسط سيانور باشد.
شش رآكتور شيميايي صنعتي در آفريقاي جنوبي، برزيل، استراليا و غنا براي آماده سازي فلوتاسيون طلاي سولفيدي مقاوم به منظور آزاد شدن طلا براي سيانوراسيون مورد استفاده قرار گرفته است. آزمايش ها، نشان مي دهند كه ميزان هزينه هاي سرمايه اي با افزايش مقياس كار، كاهش مي يابد و روش رآكتورهاي شيميايي براي كارخانه هايي با توليد كمتر از ۲ هزار تن در روز بهترين تكنولوژي موجود مي باشد.
روش توده اي: آزادسازي طلا از ماده معدني مقاوم با عيار كم توسط روش اسيدشويي توده اي توسط معادن زيادي از جمله نيومونت در نوادا مورد بررسي قرار گرفته شده است. روش استفاده شده توسط نيومونت دقيقا مثل روش توضيح داده شده در بخش ۲-۴-۲ مي باشد. اين روش براي كاني هاي سولفيدي با عيار كم و حتي در حدود ۲/۰-۴/۰ درصد و با ميزان عيار حدود g/t ۳/۲-۱ با بازيابي اقتصادي ۵۰-۶۰ درصد نيز مورد استفاده قرار مي گيرد و ميزان هزينه مصرفي در اين روش در بخش ۲-۴-۴ آورده شده است و هيچ روش ديگري از لحاظ سوددهي و اقتصادي مشابه اين روش نمي باشد.
نمونه اي از كاربرد بيوليچينگ طلاي مقاوم
اگرچه انجام عمليات بر روي ماده معدني در مقياس صنعتي، اقتصادي ارزيابي شده است ولي تمامي عمليات بيواكسيداسيون بر روي كنسانتره فلوتاسيون انجام مي شود. کنسانتره فلوتاسيون كاني هاي سولفيدي مقاوم در رآكتورها اكسيده مي شوند تا به حد درجه آزادي مورد نظر برسند. مزيت بيواكسيداسيون در مقايسه با ديگر روش ها اين است كه براي تعداد زيادي از مواد معدني مخصوصا آن دسته اي كه طلا با آرسنوپيريت وجود دارد اكسيداسيون كامل براي دستيابي به بازيابي بالاي طلا لازم نمي باشد و اين به خاطر ارجحيت ارسنوپيريت نسبت به پيريت است. مواد بر جاي مانده اكسيد شده از مواد شسته شده براي بازيابي طلا توسط روش سيانوراسيون فرستاده مي شوند. محلول حاصل به منظور خنثي شدن آهن و آرسنيك موجود در آن و رسيدن اين دو عنصر به حد استانداردهاي زيست محيطي، توسط آهك شسته مي شوند.
اختلافات زيادي بين هزينه هاي عملياتي و هزينه هاي سرمايه گذاري كلي وجود دارد. محاسبه واحد هزينه سرمايه گذاري، نسبت به هزينه سرمايه گذاري كلي به ظرفيت براي سه عمليات اولي براساس تكنولوژي بيومين است. در پروژه يوآن مين از تكنولوژي بك تك استفاده شده است كه هزينه سرمايه گذاري بسيار پاييني نياز دارد اما به دليل موقعيت حساس معدن اجازه هيچ گونه مطالعه اي براي بررسي فاكتورهاي ديگر موثر بر هزينه وجود ندارد. هزينه هاي عملياتي نيز بين ۳ معدن با يكديگر متفاوت هستند و به دليل كمبود اطلاعات لازم براي نتيجه گيري هيچ گونه نتيجه قطعي حاصل نمي شود. به هرحال اين مطلب را مي توان بيان كرد كه هزينه هاي سرمايه گذاري و عملياتي مثل بازدهي اقتصادي به ظرفيت عملياتي، عيارطلا، عيار سولفور و ميزان سولفيدي كه بايد اكسيد شود، بستگي دارد.
معادن براي اكسيداسيون پيريت و آرسنوپيريت كه طلا در آنها به صورت قفل شده است، از رآكتورهاي شيميايي بزرگ و خودهواده استفاده كرده اند. در كارخانه يوآمين استراليا كه از تكنولوژي بك تك استفاده شده است، از باكتري ترموفيليك نزديك به خانواده سولفوباسيلوس ترموسولفيدواكسيدان استفاده شده است. اكسيداسيون در دماي بين ۵۵-۴۵ درجه سيليسيوس انجام مي شود. شش معدن ديگر از روش بيوكس كه تركيبي از و فرواكسيدانس است و دماي فعاليت آنها oc۴۵-۴۰ است، استفاده كرده اند.
تنها معدن طلا، معدن نيومونت است كه از روش كپه اي براي اكسيداسيون طلا در مقياس بزرگ استفاده كرده است. در روش اكسيداسيون توسط باكتري، سنگ ها بايد تا ابعاد ۷/۱۲ ميليمتر خرد شوند. كپه ماده معدني به مدت ۱۰۰ تا ۲۷۰ روز هوادهي و آماده مي شوند. ماده معدني اكسيد شده از پدها جمع آوري، خنثي و سپس شسته مي شوند. بسته به نوع كاني موجود و ابعاد ماده معدني بازيابي طلا بين ۸۰-۶۰ درصد متغير است. براي مواد معدني با عيار پايين كه معمولا هزينه هاي آنها اقتصادي نمي باشد و يا معادن خيلي كوچكي كه نمي توان سرمايه گذاري زيادي براي آنها انجام داد، آماده سازي ماده معدني اكسيد شده، انجام مي شود.
آينده بيوتكنولوژي طلا
يكي از روش هاي جديد در استحصال طلا كه آينده بسيار درخشاني خواهد داشت، روش ژئوكت مي باشد. اين روش توسط كمپاني ژئوبيوتكس ابداع شد كه از پروسس اكسيداسيون مواد معدني توسط باكتري استفاده مي كند كه اين روش هزينه هاي سرمايه گذاري و عملياتي كم با بازيابي بسيار بالا براي اسيدشويي توده اي در رآكتورهاي پيوسته دارد. هر دو روش بيواكسيداسيون توده اي و مخزني مورد قبول صنعت هستند و در مقياس صنعتي در كل جهان استفاده مي شوند.
در عمليات ژئوكت طلا از باكتري اكسيدكننده گوگرد و آهن كه شامل تيوباسيلوس فرواكسيدانس، تيوباسيلوس تيواكسيدان و ليپتوسپيليريوم فرواكسيدانس است، به منظور اكسيداسيون و ليچينگ كاني هاي سولفيدي در هيپ ها استفاده مي كند. در دو سال گذشته، شركت مذكور روش ژئوكت را براي ليچينگ كاني هاي مس ابداع كرده است و مطالعات بسيار زيادي در مورد ليچينگ كالكوپيريت در درجه حرارت بالا با استفاده از ميكروگانيسم هاي ترموفيليك (باكتري هاي درجه حرارت بالا) انجام داده است.
بعد از اينكه كنسانتره توسط روش فلوتاسيون پيوسته به دست آمد، پالپ كنسانتره بر روي سنگ ميزبان يا پايه پوشانده (coating) مي شود كه ممكن است از سنگ باطله و يا سنگ معدني كم عيار به عنوان مبنا استفاده شود. سنگ ميزبان حتما بايد در محدوده ابعادي ۲۰-۶ ميليمتر باشد و كنسانتره، پوششي به ضخامت يك ميليمتر بر روي سنگ ميزبان ايجاد مي كند. نسبت ميزان سنگ ميزبان نسبت به كنسانتره به طور ايده آل در حدود ۵:۱ تا ۱۰:۱ مي باشد. از روي نوار نقاله اي كه پالپ كنسانتره را براي هيپ مي آورد، كنسانتره به صورت اسپري بر روي سنگ ميزبان پاشيده مي شود.
به دليل خاصيت آبراني كنسانتره، لايه بسيار نازكي بر روي سطح سنگ ميزبان به صورت پوشش تشكيل مي شود. پوشش به وجود آمده با محلول به كار رفته در هيپ و يا باران هاي شديد شسته نمي شود. به خاطر سايز نسبتا يكنواخت سنگ ميزبان فضاهاي نسبتا كوچكي در هيپ به وجود مي آيد كه اين سوراخ ها مقاومت كمي در برابر جريان هوا و محلول به وجود مي آورند. بادبزن هاي فشار پايين توسط لوله هايي كه در زير هيپ قرار داده شده اند، هواي لازم براي فعاليت باكتري را فراهم مي كنند. سرعت جريان هوا، به منظور كنترل درجه حرارت هيپ در پايين ترين دماي لازم براي فعاليت باكتري تنظيم مي شوند. هوا، همچنين ميزان اكسيژن لازم براي عمليات اكسيداسيون را فراهم مي سازد.
فضاي بين ذرات با پوشش نازكي از كنسانتره تركيب مي شوند و شرايط ايده آل براي بيواكسيداسيون را ايجاد مي كنند. دانه هاي سولفيدي مواد معدني تحت جريان مستقيم از محلول و جريان معكوس از هوا قرار مي گيرند. نتايج حاصله به ميزان اكسيژن منتقل شده و ميزان سرعت اكسيداسيون بستگي دارد. به طور ايده آل، اكسيداسيون در مدت ۳۰ تا ۶۰ روز تكميل مي شود. اين روش در مقابل اسيدشويي توده اي كه حتي با آگلومراسيون، اكسيداسيون ۲۰۰ تا ۳۰۰ روز به طور مي انجامد، زمان كوتاهي است.
به طور ايده آل، كنسانتره سولفيدي بر روي مواد معدني سولفيدي كم عيار كه به عنوان باطله دمپ مي شوند پوشش داده مي شود. عمليات باكتري بر روي كنسانتره همچنين باعث اكسيداسيون مواد سولفيدي سنگ ميزبان نيز مي شود و اين گونه فلز بيشتري براي بازيابي در دسترس است. اين مسئله باعث اقتصادي شدن بيشتر اين روش مي شود. بقيه مواد معدني آسيا و شناور مي شوند و اين كنسانتره اي است كه شكاف هاي سنگ ميزبان را مي پوشانند. اگر از سنگ باطله استفاده شود، اين سنگ به وسيله شستشو و سرند كردن از كنسانتره جدا مي شود و دو مرتبه براي عمليات با كنسانتره جديد به مسير برگردانده مي شود.
در عمليات ماده معدني طلاي مقاوم، فلز با ارزش در رسوب جامد باقي مي ماند كه براي جدا كردن آن از پد به عمليات مجددي نياز است. در عمليات مس و ديگر فلزات سولفيدي پايه، فلز در حلال حل مي شود در حالي كه مواد رسوب كرده در پدها باقي مي مانند و اين فلز محلول به وسيله شستشو بازيابي مي شود. براي مواد معدني طلاي مقاوم از نمونه پدهاي منفصل يا on-off استفاده مي شود كه مواد اكسيد شده از پد حمل مي شوند و پد دو مرتبه مورد استفاده قرار مي گيرد. به هرحال براي مس و ديگر فلزات پايه از پدهايي استفاده مي شود كه هر ميزان عمليات گسترده باشد ابعاد پد را گسترش مي دهند و از پدهاي قبلي استفاده نمي شود. به خاطر انعطاف پذيري موجود در روش مذكور به مصرف كننده اجازه داده مي شود كه از فلوشيت هاي پيوسته به منظور بهينه كردن شرايط ماده معدني استفاده شود.
انتخاب فلوشيت بهينه براي روش ژئوكت به فاكتورهاي زير بستگي دارد: عيار ماده معدني، كاني شناسي و خصوصيات شيميايي ماده معدني، خصوصيات كنسانتره، درجه شكست ماده معدني، سختي بيواكسيداسيون، در دسترس بودن مواد يا ماده معدني كم عيار براي سنگ پايه، وجود آب و كيفيت آن و خصوصيات محل مثل وجود امكانات ويژه براي عمليات
