טכניקה לזיקוק מתכות יקרות כגון זהב וכסף

טכניקות לזיקוק מתכות יקרות כמו זהב וכסף

זיקוק מתכות יקרות כגון זהב (Au) וכסף (Ag) הוא תהליך חשוב להגברת טוהר המתכות מעפרות, תרכיזים או חומרים ממוחזרים (למשל, תכשיטים משומשים, פסולת אלקטרונית ופסולת תעשייתית). בשל ערכם הכלכלי הגבוה והשימוש הנרחב בתכשיטים, אלקטרוניקה, רפואה והשקעות, נדרשים לעתים קרובות סטנדרטים גבוהים מאוד של טוהר זהב וכסף, לדוגמה, 99,9% (3N) או אפילו 99,99% (4N). כדי להשיג רמות אלו, נעשה שימוש בטכניקות זיקוק שונות, הנבחרות על סמך סוג חומר הגלם, תכולת הטוהר, קנה המידה של הייצור, עלויות ושיקולי בטיחות וסביבה.

1. שלבים כלליים של זיקוק: מתרכיז למתכת טהורה

באופן כללי, זיקוק זהב וכסף כולל מספר שלבים. הראשון הוא הכנת החומר: ריסוק, טחינה, הפרדה פיזית (למשל, כוח משיכה או ציפה) וייבוש. לאחר מכן החומר מעובד באמצעות מיצוי (שטיפה או התכה) כדי להסיר את המתכת היקרה מהסלע או מהסגסוגת. לאחר מכן, מתבצע זיקוק כדי להסיר את כל הזיהומים שנותרו עד להשגת הדרגה הרצויה.

זיקוק זהב וכסף יכול להתבצע באמצעות פירומטלורגיה (חימום/התכה), הידרומטלורגיה (מבוססת על תמיסה כימית) או אלקטרומטלורגיה (אלקטרוליזה). בפועל, התעשייה משלבת לעתים קרובות מספר שיטות ליעילות ולמוצרים באיכות גבוהה.

2. זיקוק באמצעות פירומטאלורגיה (התכה ופרידה)

א) התכה והפרדת סיגים (התכה)
בעפרות או תרכיזים מסוימים, מתכות יקרות מרוכזות על ידי התכתן בעזרת שטף. המטרה היא ליצור מתכת נוזלית או חומר מט הנושא את הזהב/כסף, בעוד שזיהומים מועברים לסיגים. שלב זה משמש כ"ריכוז ראשוני", אך בדרך כלל אינו מייצר מתכת טהורה במיוחד.

ב) קופלציה להפרדת כסף/זהב מעופרת
טכניקה קלאסית שעדיין בשימוש נרחב היא קופלציה, הכוללת חימום של סגסוגת עופרת (Pb) עם מתכת יקרה בתנאי חמצון. העופרת מתחמצנת ל-PbO2 (לית'רג') ונספגת בחומר הנקבובי (קופל), בעוד שהזהב והכסף היקרים יותר נותרים מאחור. שיטה זו יעילה עבור דגימות מסוימות ומשמשת גם בבדיקות ניסוי, אך השימוש בה בקנה מידה תעשייתי מודרני מוגבל עקב בעיות פליטות והצורך בבקרת תהליכים.

ג) הפרדה: הפרדת זהב וכסף
אם זהב וכסף קיימים כסגסוגת (לדוגמה, בסגסוגות אלקטרוניקה או תכשיטים), נדרש תהליך הפרדה כדי להפריד ביניהם. באופן מסורתי, הפרדה כרוכה בהמסה סלקטיבית של הכסף עם חומצה ספציפית, מה שמותיר את הזהב בלתי מסיס. משם, ניתן לשקם מחדש את הכסף, ולעבד את הזהב עוד יותר כדי להשיג טוהר.

פירומטאלורגיה חזקה לטיפול בכמויות גדולות ובחומרים מורכבים, אך צריכת אנרגיה וניהול פליטות הן דאגות עיקריות.

3. זיקוק באמצעות הידרומטלורגיה (המסה סלקטיבית ושקיעה)

הידרומטלורגיה משתמשת בתגובות כימיות בתמיסה כדי להמיס זהב/כסף ולאחר מכן להפריד אותו מזיהומים. יתרונותיה כוללים סלקטיביות גבוהה ויישומה במגוון רחב של חומרי גלם, כולל חומרים ממוחזרים.

א) ציאנידציה לזהב (ציאנידציה)
אחת השיטות הידועות ביותר להפקת זהב היא ציאנידציה, שבה הזהב מומס בתמיסת ציאניד בנוכחות חמצן, ויוצר קומפלקס מסיס. לאחר שהזהב נמצא בתמיסה, ההפקה מתבצעת באמצעות:
– ספיחה של פחם פעיל (CIP/CIL): זהב נקשר לפחמן, לאחר מכן משתחרר (אלוציה) ויוצר שקיעת משקעים.
– שקיעת אבץ (מריל-קרואו): זהב מופק מתמיסה בעזרת אבץ, מתאים לתמיסות שקופות עם תכולת זהב מסוימת.

לאחר ההפקה, בדרך כלל עדיין יש צורך לעדן את הזהב (לדוגמה, על ידי התכתו למטילי זהב ולאחר מכן זיקוק אלקטרוכימי שלו).

הערה חשובה: השימוש בציאניד מוסדר בקפדנות עקב רעילותו, ולכן מתקנים מודרניים משתמשים במערכות סגורות, ניקוי רעלים מפסולת וניטור סביבתי קפדני.

ב) המסת כסף: ניטרט ותיוסולפט
כסף יוצר מלחים/קומפלקסים מסיסים בקלות יחסית. בתהליכים מסוימים, ניתן להמיס כסף ככסף חנקתי במדיה ספציפית, ולאחר מכן להפיק אותו באמצעות משקעים (למשל, כ-AgCl) או חיזור למתכת. חלופות אחרות כוללות מערכות מורכבות כגון תיוסולפט בתנאים מבוקרים. בחירת הריאגנט מושפעת מסוג החומר והזיהומים הקיימים.

ג) משקעים סלקטיביים וטיהור תמיסה
לאחר שהמתכת מתמוססת, התמיסה מכילה בדרך כלל זיהומים (נחושת, ברזל, אבץ, ניקל). הטכניקות בהן נעשה שימוש כוללות:
– כוונון pH כדי להשקיע הידרוקסידים של טומאה.
– הוספת חומרי משקעים ליצירת תרכובות בלתי מסיסות מסוימות.
– חילוף יונים ללכידה סלקטיבית של קומפלקסים של מתכת.
– מיצוי ממסים בתוכניות תעשייתיות מסוימות.

הצלחת ההידרומטלורגיה טמונה בשליטה בכימיה של התמיסה: pH, פוטנציאל חמצון-חיזור, טמפרטורה וריכוז ריאגנטים.

4. זיקוק אלקטרוכימי: סטנדרטים גבוהים לטוהר

כדי להשיג טוהר גבוה מאוד, התעשייה משתמשת באופן נרחב בזיקוק אלקטרוליטי. העיקרון: מתכות טמאות משמשות כאנודות, אשר מתמוססות במהלך האלקטרוליזה. מתכות טהורות שוקעות לאחר מכן על הקתודה, בעוד שזיהומים מסוימים נשארים או נספגים בבוצה.

א) תהליך וולוויל לזהב
וולוויל הוא תהליך זיקוק אלקטרואלקטרי של זהב המסוגל לייצר זהב בטוהר גבוה מאוד (עד 99,99%). זהב דורה (זהב גולמי) משמש כאנודה, וזהב טהור שוקע על הקתודה. זיהומים כמו כסף יוצרים לעתים קרובות משקע בלתי מסיס ומצטברים כריר אנודה, אשר מעובד לאחר מכן כדי להפיק מתכות יקרות ערך אחרות (כולל כסף ומתכות מקבוצת הפלטינה).

היתרון של תהליך זה הוא איכות מוצר גבוהה מאוד, אך הוא דורש בקרת אלקטרוליטים ותשתית טובים.

ב) תהליך מוביוס לכסף
עבור כסף, שיטת זיקוק אלקטרו-אלקטרוני ידועה היא תהליך מוביוס. כסף האנודה מתמוסס ושוקע כגבישי כסף טהורים על הקתודה. זיהומים כמו זהב אינם מסיסים ומצטברים כבוצה של האנודה, מה שמאפשר עיבוד בנפרד. תהליך זה יעיל ונמצא בשימוש נפוץ במפעלי זיקוק כסף.

זיקוק אלקטרו מצטיין בייצור "מתכות בדרגת מטילי ברזל" או "מתכות עדינות", אך דורש אספקת חשמל, בקרת תמיסה וטיפול בבוצה אנודה המכילה מתכות יקרות ערך וכן זיהומים מסוכנים.

5. זיקוק מחומרים ממוחזרים (כרייה עירונית)

עם עליית פסולת אלקטרונית, טיהור זהב וכסף מ"מכרות עירוניים" הופך לחשוב יותר ויותר. מעגלים מודפסים (PCB), מחברים ורכיבים מסוימים מכילים כמויות קטנות אך יקרות ערך של זהב/כסף. התהליך כולל בדרך כלל:
1. טיפול מקדים מכני: מיון, ריסוק, הפרדה מגנטית/זרמי מערבולת.
2. שטיפה סלקטיבית: המסת מתכת הבסיס תחילה (למשל נחושת), ולאחר מכן מיצוי הזהב/כסף.
3. זיקוק נוסף: משקעים סלקטיביים או זיקוק אלקטרוכימי.

האתגרים העיקריים של מיחזור הם מורכבות החומרים (פלסטיק, שרפים, מעכבי בעירה ברום) והפוטנציאל ליצירת פסולת מסוכנת. לכן, תהליכי מיחזור מודרניים מדגישים מערכות סגורות, סינון וטיפול קפדני בפסולת.

6. בקרת איכות: בדיקות תוכן והסמכה

מוצרי זהב וכסף טהורים מאומתים בדרך כלל על ידי שיטות אנליטיות כגון:
– בדיקת אש (לקביעה מדויקת של תכולת זהב/כסף).
– XRF (פלואורסצנציה של קרני רנטגן) לניתוח הרכב מהיר.
– ICP-OES/ICP-MS לדיוק גבוה ברמות זיהום עקבות.

בנוסף, מטילי כסף לשוק ההשקעות דורשים לעתים קרובות אישורים, חותמות מפעל (מטבעה/בית זיקוק), מספרים סידוריים ותקני טוהר מסוימים.

7. היבטים בטיחותיים וסביבתיים

זיקוק מתכות יקרות חושף את התעשייה לכימיקלים קורוזיביים ורעילים, כמו גם לפליטות אפשריות. שיטות עבודה מומלצות כוללות:
– מערכת אוורור ומנקה גז.
טיפול בשפכים וניקוי רעלים מראגנטים.
– שימוש בציוד מגן אישי ונהלי חירום.
– ביקורות סביבתיות ועמידה בתקנות.

גישות מודרניות מעודדות גם ריאגנטים ידידותיים יותר לסביבה, יעילות אנרגטית והשבת כימיקלים מהתהליך.

מסקנה

טכניקות זיקוק זהב וכסף כוללות שילוב של פירומטלורגיה, הידרומטאלורגיה ואלקטרומטלורגיה, כאשר זיקוק אלקטרוכימי הוא המפתח להשגת הטוהר הגבוה ביותר. בחירת השיטה תלויה בחומר המקור - בין אם עפרה, תרכיז או פסולת ממוחזרת - כמו גם ביעדי הטוהר ויעילות העלות. בעידן התעשייתי המודרני, זיקוק דורש לא רק מתכות יקרות באיכות גבוהה, אלא גם בטיחות, עמידה בתקנות ואחריות סביבתית. עם ההתקדמות הטכנולוגית, תהליכי זיקוק ממשיכים לנוע לעבר מערכות סלקטיביות יותר, יעילות אנרגטית ובנות קיימא מבלי לפגוע באיכות הזהב והכסף המיוצרים.