Technieken en methoden voor de verwerking van goud uit erts
Goudwinning uit erts is een reeks technische processen om goud te scheiden en te zuiveren van gesteente dat waardevolle mineralen bevat. Omdat goud in de natuur over het algemeen niet in een gemakkelijk toegankelijke "zuivere" vorm voorkomt, zijn precieze methoden vereist – van ertsbewerking, fysieke scheiding, uitloging tot de uiteindelijke raffinage. Dit artikel bespreekt gangbare technieken en methoden voor goudwinning uit erts, samen met hun werkingsprincipes, voor- en nadelen, en belangrijke veiligheids- en milieuaspecten.
1. Kenmerken van gouderts en het belang van initiële tests
Voordat een verwerkingsmethode wordt gekozen, is het van cruciaal belang de eigenschappen van het erts te begrijpen. Gouderts kan bijvoorbeeld bestaan uit:
– Oxide-ertsen (over het algemeen gemakkelijker te verwerken).
– Sulfide-ertsen (vaak “vuurvast” omdat het goud is ingesloten in sulfide-mineralen zoals pyriet/arsenopyriet).
– Koolstofhoudend erts of goudroof (natuurlijke koolstof absorbeert het goudcomplex, waardoor de winning wordt verminderd).
– Placer/alluviaal (vrije goudkorrels in rivierzand/grind).
In de industriële praktijk worden metallurgische testen zoals goudgehalteanalyse (vuurproef), mineralogische testen (microscopie/XRD) en laboratoriumproeven met uitloging uitgevoerd om het rendement te schatten en de meest effectieve verwerkingsroute te bepalen.
2. Ertsbewerking: Breken en vermalen
De eerste fase van de verwerking bestaat uit het verkleinen van het erts, zodat de goudmineralen worden ontdaan van de onzuiverheden in het gesteente.
1) Verpletteren
Het erts uit de mijn is over het algemeen groot van formaat en wordt vervolgens met een kaakbreker of kegelbreker vermalen tot een grootte van enkele centimeters.
2) Malen/vermalen
Daarna wordt het erts vermalen met een kogelmolen of SAG-molen tot een fijnere deeltjesgrootte (bijvoorbeeld 80% kleiner dan 75-150 micron), afhankelijk van de gewenste zuivering.
Het doel is niet alleen om het materiaal te verfijnen, maar ook om de optimale deeltjesgrootte te bereiken. Te grof materiaal maakt het moeilijk om het goud te verwijderen, terwijl te fijn materiaal het reagentiaverbruik verhoogt en de scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen bemoeilijkt.
3. Gravitationele concentratie: het benutten van verschillen in soortelijk gewicht
Als het erts relatief grove, vrije gouddeeltjes bevat, is de zwaartekrachtmethode zeer effectief omdat goud een hoge soortelijke massa heeft.
Gangbare apparatuur:
– Sluisbak (vaak gebruikt op kleine schaal/plaser).
– Spiraalconcentrator.
– Schudtafel.
– Knelson-concentrator of Falcon-concentrator (centrifugaalconcentrator).
De voordelen van de zwaartekrachtmethode zijn de relatieve eenvoud, de lage operationele kosten en het feit dat er geen chemicaliën nodig zijn. Nadelen zijn onder andere dat de methode niet geschikt is voor zeer fijn goud of goud dat gebonden is in sulfidehoudende mineralen.
4. Flotatie: Concentratie van goudhoudende mineralen
Bij sulfide-ertsen komt goud vaak voor in combinatie met pyriet, chalcopyriet of arsenopyriet. In deze gevallen kan flotatie worden gebruikt om hoogwaardige sulfideconcentraten te produceren, waardoor de hoeveelheid materiaal die verder verwerkt moet worden, wordt verminderd.
Drijfprincipe:
Minerale deeltjes worden hydrofoob gemaakt met behulp van collectoren (bijv. xanthate).
Er wordt lucht ingeblazen zodat de waterafstotende mineralen aan de bubbels blijven kleven en als schuim (concentraat) gaan drijven.
– Andere mineralen blijven als residuen in de pulp achter.
Flotatieproducten (concentraten) worden doorgaans verder verwerkt via uitlogings- of oxidatieprocessen (vooral voor vuurvaste ertsen).
5. Uitloging: Goud chemisch oplossen
Uitloging vormt de kern van veel moderne goudmijnen. Het vrijgekomen goud wordt opgelost in een oplosbaar complex en vervolgens teruggewonnen.
a) Cyanidatie
De meest gebruikte industriële methode is cyanide-uitloging, omdat deze effectief en selectief is voor veel ertsen. Goud vormt oplosbare complexen in cyanideoplossingen onder alkalische pH-omstandigheden en in aanwezigheid van zuurstof.
Twee veelvoorkomende configuraties:
– CIL (Carbon-in-Leach): actieve kool wordt rechtstreeks in de uitloogtank geplaatst om opgelost goud te absorberen.
– CIP (Carbon-in-Pulp): eerst vindt uitloging plaats, daarna carbonisatie.
Voordelen: hoog rendement bij geschikte ertsen en bewezen op grote schaal.
Uitdaging: vereist strikte controle van procesparameters en veilig afvalbeheer.
b) Heap Leaching
Voor laagwaardig en permeabel erts wordt hooplooging toegepast:
Het erts wordt vermalen, soms samengeklonterd, en vervolgens op een afgesloten plaat gestapeld.
– De uitloogoplossing wordt van bovenaf gegoten (bevloeid).
De vloeistof die vrijkomt bij de zwangerschap wordt hieronder opgevangen en verwerkt om het goud terug te winnen.
Deze methode heeft lagere investeringskosten dan CIL/CIP-installaties, maar is doorgaans trager en het rendement kan lager zijn.
c) Cyanidevrije alternatieven (afhankelijk van de haalbaarheid)
Sommige alternatieven die onderzocht/geïmplementeerd zijn, hebben beperkte mogelijkheden:
– Thiosulfaatlooging (potentieel erts dat preg-robbing veroorzaakt).
– Uitloging van halogeniden (chloride/bromide onder bepaalde omstandigheden).
De toepassing ervan vereist echter over het algemeen een complexere procesbeheersing en is voor veel mijnen minder gebruikelijk dan cyanidering.
6. Verwerking van vuurvast erts: oxidatie vóór uitloging
Vuurvaste ertsen zijn ertsen waarin het goud is "opgesloten" in sulfidemineralen of geblokkeerd door een specifieke matrix, waardoor cyanide zonder voorbehandeling niet effectief is. Voorbehandelingsmethoden omvatten:
1) Roosteren
Sulfiden oxideren bij hoge temperaturen, waardoor het goud meer blootgesteld wordt. Emissiebeheersing (bijv. SO₂/As) is noodzakelijk.
2) Drukoxidatie (POX)
Oxidatie in een autoclaaf onder druk met zuurstof. Het rendement kan hoog zijn, maar de investeringskosten zijn hoog.
3) Bio-oxidatie (BIOX)
Het gebruik van bacteriën om sulfiden onder gecontroleerde omstandigheden te oxideren. Het is "koeler" dan roosteren, maar vereist verwerkingstijd en beheer van de bioreactor.
Na de vooroxidatie wordt het erts/concentraat uitgeloogd (meestal met cyanide) om het goud op te lossen.
7. Goudwinning uit oplossing: actieve kool, hars en neerslag
Zodra het goud is opgelost, is de volgende stap het verwijderen ervan uit de oplossing.
– Adsorptie met actieve kool (CIP/CIL): de kool adsorbeert het goudcomplex. De kool wordt vervolgens geëlueerd (gestript) met behulp van een speciale oplossing om het goud vrij te maken.
– Resin-in-Pulp (RIP): ionenwisselingshars vervangt onder bepaalde omstandigheden koolstof, soms beter bestand tegen vervuiling.
– Zinkprecipitatie (Merrill-Crowe): de rijke oplossing wordt geklaard en ontdaan van zuurstof, waarna het goud wordt neergeslagen met behulp van zinkpoeder. Deze methode is geschikt voor relatief schone oplossingen.
Het eindresultaat is meestal een slib/concentraat dat vervolgens wordt omgesmolten tot doré (een goud-zilverlegering) alvorens verder te worden geraffineerd.
8. Smelten en raffineren
Het teruggewonnen product (bijv. elutieprecipitaat of Merrill-Crowe) wordt gedroogd en vervolgens gesmolten met behulp van een smeltmiddel om doré-staven te produceren. De doré wordt vervolgens in een raffinaderij gezuiverd door:
– Elektrolyseprocessen (bijv. Wohlwill voor zeer zuiver goud).
– Miller-proces (waarbij chloor wordt gebruikt om bepaalde onzuiverheden te scheiden).
Raffinage levert hoogwaardig goud op (bijv. 99,99%) volgens de handelsnormen.
9. Afvalwaterbeheer, proceswater en milieuaspecten
Bij de goudwinning ontstaan altijd residuen (reststoffen) en proceswater, die op een veilige manier moeten worden beheerd. Gangbare methoden zijn onder andere:
– Verdikking en opslag van mijnafval in een opslagfaciliteit voor mijnafval (TSF) met geotechnisch ontwerp.
– Recycle proceswater om het waterverbruik te verminderen.
– Ontgifting van reagensresten (bijv. reductie van cyanideresten door bepaalde oxidatieprocessen indien nodig).
– Monitoring van de waterkwaliteit, de stabiliteit van de afvaldam en de plannen voor de sluiting van de mijn.
Ook aspecten van arbeidsveiligheid en -gezondheid (K3) zijn belangrijk: het gebruik van reagentia, stofbeheersing, preventie van blootstelling aan gevaarlijke materialen en noodprocedures moeten deel uitmaken van het operationele systeem.
10. Kesimpulan
De technieken en methoden voor de winning van goud uit erts zijn sterk afhankelijk van het ertstype, de korrelgrootte en de mineralogische kenmerken. Gangbare verwerkingsroutes omvatten breken en malen, zwaartekrachtscheiding en/of flotatie, uitloging (vaak cyanidatie in CIL/CIP of hooplooging), goudwinning uit de oplossing en vervolgens smelten en raffineren. Voor refractaire ertsen zijn vooroxidatiestappen zoals roosteren, POX of bio-oxidatie nodig om het goud effectief te winnen. Bovenal wordt het succes van moderne goudverwerking ook bepaald door de implementatie van strikte procescontroles, verantwoord beheer van afvalstoffen en water, en een inzet voor arbeidsveiligheid en milieubescherming.
Indien gewenst kan ik dit artikel aanpassen aan een industriële context (met processtroomschema's en algemene parameters) of aan een kleine/middelgrote schaal (met meer focus op zwaartekrachtconcentratie en basiswerkwijzen) om aan uw behoeften te voldoen.
