Aðferðir til að hreinsa eðalmálma eins og gull og silfur
Hreinsun eðalmálma eins og gulls (Au) og silfurs (Ag) er mikilvægt ferli til að auka hreinleika málma úr málmgrýti, þykkni eða endurunnum efnum (t.d. notuðum skartgripum, rafeindabúnaðarúrgangi og iðnaðarúrgangi). Vegna mikils efnahagslegs gildis þeirra og útbreiddrar notkunar í skartgripum, rafeindatækni, læknisfræði og fjárfestingum er oft krafist mjög hás hreinleikastaðla fyrir gull og silfur, til dæmis 99,9% (3N) eða jafnvel 99,99% (4N). Til að ná þessum stigum eru ýmsar hreinsunaraðferðir notaðar, valdar út frá gerð hráefnis, óhreinindainnihaldi, framleiðslustærð, kostnaði og öryggis- og umhverfissjónarmiðum.
1. Almenn stig hreinsunar: Frá þykkni til hreins málms
Almennt séð felur gull- og silfurhreinsun í sér nokkur stig. Fyrsta skrefið er undirbúningur efnisins: mulning, kvörnun, aðskilnaður (t.d. með þyngdarafli eða flot) og þurrkun. Efnið er síðan unnið með útdrætti (útskolun eða bræðslu) til að fjarlægja eðalmálminn úr berginu eða málmblöndunni. Að því loknu er hreinsun framkvæmd til að fjarlægja öll óhreinindi sem eftir eru þar til æskilegri gæðaflokki er náð.
Gull- og silfurhreinsun getur farið fram með hita-/bræðslutækni, vatns-/efnisvinnslu (byggð á efnalausnum) eða rafgreiningu (rafgreiningu). Í reynd sameinar iðnaðurinn oft nokkrar aðferðir til að auka skilvirkni og fá hágæða vörur.
2. Hreinsun með pýrómetlun (bræðsla og aðskilnaður)
a) Bræðsla og aðskilnaður gjalls (bræðsla)
Í ákveðnum málmgrýti eða þykkni eru eðalmálmar þéttir með því að bræða þá með flúxefni. Markmiðið er að mynda fljótandi málm eða málm sem ber gullið/silfrið, en óhreinindi flytjast yfir í gjallið. Þetta stig þjónar sem „upphafsþétting“ en framleiðir almennt ekki mjög hreinan málm.
b) Hjúpmyndun til að aðskilja silfur/gull frá blýi
Klassísk aðferð sem enn er mikið notuð er kúplun, sem felst í því að hita blýblöndu (Pb) með eðalmálmi við oxandi aðstæður. Blýið oxast í PbO2 (litarg) og frásogast inn í porous efnið (kúplun), en verðmætara gull og silfur sitja eftir. Þessi aðferð er áhrifarík fyrir ákveðin sýni og er einnig notuð við mælingar, en notkun hennar á nútíma iðnaðarskala er takmörkuð vegna losunarvandamála og þörf fyrir ferlisstýringu.
c) Aðskilnaður: Aðskilnaður gulls og silfurs
Ef gull og silfur eru til staðar sem málmblöndur (til dæmis í rafeindatækjum eða skartgripum) þarf aðskilnaðarferli til að aðskilja þau tvö. Hefðbundið felst aðskilnaður í því að leysa silfrið upp með tiltekinni sýru, þannig að gullið verður óleysanlegt. Þaðan er hægt að endurfella silfrið og vinna gullið frekar til að ná hreinleika.
Pýrómetallurgy er öflug til að meðhöndla mikið magn og flókin efni, en orkunotkun og losunarstjórnun eru mikilvæg áhyggjuefni.
3. Hreinsun með vatnsmálmvinnslu (valfrjáls upplausn og úrkoma)
Vatnsmálmvinnsla notar efnahvörf í lausn til að leysa upp gull/silfur og aðskilja það síðan frá óhreinindum. Kostir þess eru meðal annars mikil sértækni og notkun þess á fjölbreyttum hráefnum, þar á meðal endurunnum efnum.
a) Sýaníðering fyrir gull (sýaníðering)
Ein þekktasta aðferðin til gullvinnslu er sýaníðmyndun, þar sem gull er leyst upp í sýaníðlausn í viðurvist súrefnis og myndar leysanlegt flókið. Þegar gullið er komið í lausn er endurheimt með:
– Adsorption með virku kolefni (CIP/CIL): gull er bundið kolefni, síðan losað (elúering) og fellt út.
– Sinkútfelling (Merrill–Crowe): gull er fellt út úr lausn með hjálp sinks, sem hentar fyrir tærar lausnir með ákveðnu gullinnihaldi.
Eftir endurheimt gulls þarf almennt að hreinsa það frekar (til dæmis með því að bræða það í dore-stangir og síðan hreinsa það rafefnafræðilega).
Mikilvæg athugasemd: Notkun sýaníðs er mjög stjórnuð vegna eituráhrifa þess, þannig að nútímamannvirki nota lokuð kerfi, afeitrun úrgangs og strangt umhverfiseftirlit.
b) Silfurupplausn: Nítrat og þíósúlfat
Silfur myndar leysanleg sölt/fléttur tiltölulega auðveldlega. Í sumum ferlum er hægt að leysa silfur upp sem silfurnítrat í ákveðnum miðlum og síðan endurheimta það með útfellingu (t.d. sem AgCl) eða afoxun í málminn. Aðrir valkostir eru meðal annars flókin kerfi eins og þíósúlfat við stýrðar aðstæður. Val á hvarfefni er háð gerð efnisins og óhreinindum sem eru til staðar.
c) Sértæk úrkoma og hreinsun lausna
Eftir að málmurinn leysist upp inniheldur lausnin venjulega óhreinindi (kopar, járn, sink, nikkel). Meðal aðferða sem notaðar eru eru:
– pH-stilling til að fella út óhreinindi með hýdroxíði.
– Viðbót útfellingarefna til að mynda ákveðin óleysanleg efnasambönd.
– Jónaskipti til að fanga málmfléttur sértækt.
– Útdráttur með leysiefnum í ákveðnum iðnaðarkerfum.
Árangur vatnsmálmvinnslu liggur í stjórnun á efnafræði lausnarinnar: sýrustigi, oxunar-afoxunarmöguleika, hitastigi og hvarfefnisstyrk.
4. Rafhreinsun: Háar kröfur um hreinleika
Til að ná mjög miklum hreinleika notar iðnaðurinn mikið rafgreiningarhreinsun. Meginreglan er sú að óhreinir málmar eru notaðir sem anóður, sem leysast upp við rafgreiningu. Hreinir málmar setjast síðan að á katóðunni, en ákveðin óhreinindi verða eftir eða frásogast í seyðið.
a) Wohlwill-ferlið fyrir gull
Wohlwill er rafgreiningarferli fyrir gull sem getur framleitt mjög hreint gull (allt að 99,99%). Gull (gróft gull) er notað sem anóða og hreint gull fellur út á bakskautinu. Óhreinindi eins og silfur mynda oft óleysanlegt botnfall og safnast fyrir sem anóðuslím, sem síðan er unnið til að endurheimta aðra verðmæta málma (þar á meðal silfur og platínumálma).
Kosturinn við þetta ferli er mjög mikil gæði vörunnar, en það krefst góðrar stjórnunar á rafvökva og innviða.
b) Möbius-ferlið fyrir silfur
Fyrir silfur er vel þekkt rafhreinsunaraðferð Möbius-ferlið. Anóðusilfrið leysist upp og fellur út sem hreinir silfurkristallar á bakskautinu. Óhreinindi eins og gull eru óleysanleg og safnast fyrir sem anóðusleðja, sem gerir þeim kleift að vinna þau sérstaklega. Þetta ferli er skilvirkt og er mikið notað í silfurhreinsunarstöðvum.
Rafhreinsun er framúrskarandi í framleiðslu á „fínum málmum“ eða „fínum málmum“ en krefst aflgjafa, lausnarstýringar og meðhöndlunar á anóðusleðju sem inniheldur verðmæta málma sem og hættuleg óhreinindi.
5. Hreinsun úr endurunnu efni (þéttbýlisnámavinnsla)
Með aukinni notkun rafrænna úrgangs er hreinsun gulls og silfurs úr „þéttbýlisnámum“ sífellt mikilvægari. Rafrásarplötur (PCB), tengi og ákveðnir íhlutir innihalda lítið en verðmætt magn af gulli/silfri. Ferlið felur almennt í sér:
1. Vélræn forvinnsla: flokkun, mulning, segul-/hvirfilstraumsaðskilnaður.
2. Sértæk útskolun: fyrst er grunnmálmurinn leystur upp (t.d. kopar) og síðan er gullið/silfrið dregið út.
3. Frekari hreinsun: sértæk úrfelling eða rafhreinsun.
Helstu áskoranirnar við endurvinnslu eru flækjustig efnanna (plast, plastefni, brómuð logavarnarefni) og möguleiki á myndun hættulegs úrgangs. Þess vegna leggja nútíma endurvinnsluferli áherslu á lokuð kerfi, síun og stranga meðhöndlun úrgangs.
6. Gæðaeftirlit: Innihaldsprófanir og vottun
Hrein gull- og silfurvörur eru venjulega staðfestar með greiningaraðferðum eins og:
– Eldprófun (til að ákvarða nákvæmlega gull-/silfurinnihald).
– XRF (röntgenflúrljómun) fyrir hraðvirka greiningu á samsetningu.
– ICP-OES/ICP-MS fyrir mikla nákvæmni við snefilmagn óhreininda.
Að auki krefst gullstöng fyrir fjárfestingarmarkaðinn oft vottunar, verksmiðjustimpla (myntsláttu-/hreinsistöðvar), raðnúmera og ákveðinna hreinleikastaðla.
7. Öryggis- og umhverfisþættir
Vinnsla eðalmálma veldur því að iðnaðurinn verður fyrir ætandi og eitruðum efnum, sem og hugsanlegri losun. Góðar starfsvenjur eru meðal annars:
– Loftræstikerfi og gashreinsibúnaður.
– Meðhöndlun skólps og afeitrun hvarfefna.
– Notkun persónuhlífa og neyðarráðstafana.
– Umhverfisendurskoðun og fylgni við reglugerðir.
Nútímaaðferðir hvetja einnig til umhverfisvænni hvarfefna, orkusparnaðar og efnaendurheimtar úr ferlinu.
Niðurstaða
Aðferðir til að hreinsa gull og silfur fela í sér blöndu af pýremölvun, vatnsmálmun og rafmálmun, þar sem rafeindahreinsun er lykillinn að því að ná sem mestum hreinleika. Val á aðferð fer eftir upprunaefninu - hvort sem um er að ræða málmgrýti, þykkni eða endurunnið úrgang - sem og markmiðum um hreinleika og hagkvæmni. Í nútíma iðnöld krefst hreinsun ekki aðeins hágæða eðalmálma heldur einnig öryggis, reglugerða og umhverfisábyrgðar. Með tækniframförum halda hreinsunarferli áfram að færast í átt að sértækari, orkusparandi og sjálfbærari kerfum án þess að það komi niður á gæðum gullsins og silfursins sem framleitt er.
