กรรมวิธีการถลุงโลหะทองคำ


Roaasting of Concentration

Basic Chemistry of the roasting process

4FeS2 + 11O2 ---------> 2Fe2O3 + 8SO2 or 3FeS2 +8O2 Fe3O4 +6SO2

2FeAsS + 5O2 -------------> Fe2O3 +As2O3 + 2SO2

12FeAsS + 29O2 ------------> 4Fe3O4 + 3As4O6 + 12SO2

FeS2 ----------> FeS + S

3FeS + 5O2 --------------> Fe3O4 + 3SO2

4Fe3O4 + O2 ---------------> 6Fe2O3

Roaster gas treatment แบ่งออกเป็น 2 ชนิด

1. Treatment of off-gas from pyrite roasting

2. Treatment of off- gas from arsenopyrite roasting

--*Retorting of gold Amalgam ยังแบ่งออกเป็น2 ส่วน

1.The retort furnace

2.Mercury hazard และมีขั้นตอนย่อย Precautions when handling mercury

--*Calcining of Zinc - Gold Precipitate ยังแบ่งออกเป็นหัวข้อย่อยอีก 4 หัวข้อ

1.Clean - up of zinc - gold precipitate

2.Acid treatment of zinc- gold precipitate

2.1 acid treatment procedure

2.2 Acid treatment hazards

3.Dewatering of gold slime

3.1Plate - and -frame filter press

3.2 Rotary drum precoat filter

3.3 Horizotal belt filter

3.4 Handling of liquor from gold slime dewatering

4. Calcining of gold slime

กระบวนการ Electrowinning

ขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตโลหะทองคำคือการ นำโลหะทองคำในสารละลายมาหลอมเป็นทองคำแท่งซึ่งกระบวนการต่างจะแสดงต่อไปดังนี้

ในกระบวนการ Electrowinning จะมีสารละลาย (pregnant solution)ที่ได้จากกระบวนการ ชะทอง(elution)และจะทำให้สารละลายนี้กลายเป็นตะกอนทอง(gold siudge) โดยใช้ขั้นตอนการแยกทองด้วยไฟฟ้า และหลังจากนั้นก็จะได้ทองคำแท่งโดยการถลุง (smelting)ดังแผนภาพข้างล่าง

หลักการแยกทองด้วยไฟ ฟ้าเป็นกระบวนการที่เรียกว่า Electrolysis ซึ่งขึ้นอยู่กับแผ่นโลหะ 2 แผ่น ที่อยู่ในสารละลายทองที่มาจากกระบวนการชะทองแผ่น 2 แผ่น เรียกว่า ขั้วบวก(anode) และ ขั้วลบ (cathode)

เมื่อเครื่องปรับกระแสไฟฟ้าซึ่งเรียกว่า เรคติฟายเออร์ (Rectifier)ต่อเข้ากับแผ่นโลหะทั้ง 2 แผ่นสารละลายทองหรือสารอิเล็ก โตรไลค์ ( Pregnant or Electrolyte solution )จะเป็นเสมือน ตัวนำไฟฟ้า (conductor)ระหว่างขั้วบวกและขั้วลบจะทำให้เกิดวงจรอย่างสมบูรณ์และทำให้อิเล็กตรอน เคลื่อนที่ดังภาพข้างล่าง

ดังที่เห็นด้านบน ทองในสารละลายอิเล็กดตรไลค์จะเกาะอยู่บนขั้วลบ( Cathode )เมื่อ มีกระแสไฟฟ้าใหลผ่าน ปฎิกิริยาอีกอย่างที่เกิดขึ้นเนื่องจากกระแสไฟฟ้าคือ น้ำจะแตกตัวและก่อให้เกิดออกซิเจนและไอออนของไฮดดรเจน

เซลล์ขั้วไฟฟ้า ( The electrowinning Cell )

แผนภาพด้านล่างแสดงถึง ขั้วบวก 1 เซลล์ และ ขั้วลบ 1 เซลล์ ที่จุ่มอยู่ในสาร ละลาย อิเล็คโตรไลค์ โดยทั่วไปจะมีขั้วบวกและขั้วลบอยู่รวมกันเป็นกลุมในภาชนะเดียวกัน ซึ่งกลุมของขั้วเซลล์เหล่านี้เรียกว่า เซลล์ขั้วไฟฟ้า

ขั้วบวกและ ขั้วลบแต่ละขั้วจะอยู่ใกล้กัน โดยจัดเรียงให้อยู่สลับกัน ( เช่น บวก - ลบ - บวก - ลบ ฯลฯ)ภาพด้านล่างแสดงถึงการจัดระเบียบของเซลล์ขั้วไฟฟ้า

ประสิทธิภาพของเซลล์ขั้วไฟฟ้า

ปัจจัยต่อไปนี้มีผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์ขั้วไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้า

จำนวนโวลท์ และกระแสไฟฟ้าที่จะใช้กับเซลล์ ขึ้นอยู่กับการออกแบบเซลล์และสภาพของสารละลายอิเล็กโตรไลค์สภาพที่กล่าวมา นี้รวมถึง การนำไฟฟ้า ค่าพีเอช อุณหภูมิ และความแข้มข้นของไอออนทุกชนิด

กระแสไฟฟ้าในเซลล์และประสิทธิภาพของกระแสไฟฟ้า

อัตราทองที่จะเข้าไปเกาะที่ขั้วลบ จะเพิ่มขึ้นถ้ามีกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นจนถึงที่กำหนดทำให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดในกระบวนการแยกทอง ด้วยไฟฟ้า แต่ถ้าเพิ่มกระแสไฟฟ้าให้เกินระดับที่กำหนดจะมีผลข้างเคียงต่อปฎิกิริยาที่เกิดขึ้น เช่น น้ำที่ใช้ในกระบวนการอาจลดลงเนื่องจากกลายเป็นไอออน

พื้นผิวสัมผัสของขั้วลบ ( Cathode Surfare Area )

ประสิทธิภาพของการแยกทองด้วยไฟฟ้าจะสูงสุดโดยการทำ ให้พื้นผิวที่เป็นขั้วลบมากที่สุดและลดพื้นที่ที่ไร้ประโยชน์โดยการจัดเรียงขั้วลบ แบบสามมิติ เช่น แผ่นสแตนเลสเป็นแบบขด เมื่อทองมาเกาะกับแผ่นสเตนเลส ที่ขั้วลบบริเวณพื้นผิวจะเพิ่ม และประสิทธิภาพในการทำงานก็จะเพิ่มขึ้นด้วย

ถ้าวัตถุเล็กๆ( เช่น ตะกอนโคลน) ในสารละลายอิเล็กโตรไลค์ จะทำให้มันติด กับแผ่นขั้วลบ ที่เป็นแสตนเลส และจะทำให้การใหลของสารละลายอิเล็กโตรไลค์ติดขัดหรืออุดตัน และทำให้อัตราการแยกทองด้วยไฟฟ้าถูกจำกัด

ความเข้มข้นของทอง ( Gold Concentration )

ความเข้มข้นของทองในสารละลายอิเล็กโตรไลค์ จะส่งผลกระทบต่ออัตราการ เกาะของทองที่ขั้วลบ ระดับกระแสไฟฟ้าที่จำกัดอาจเพิ่มเป็น 2 เท่า ถ้าความเข้มข้นของทองเพิ่มขึ้น 100 %

การนำไฟฟ้าของสาร ละลาย( solution Condductivity )

การนำไฟฟ้าจะบ่งบอกปริมาณไฟฟ้าที่สูญเสียไปในเซลล์ถ้ามีสารละลายมีการนำไฟฟ้ามากก็จะกิดการสูญเสีย ปริมาณไฟฟ้าที่สูญเสียไปในเซลล์ถ้ามีสารละลายมีการนำไฟฟ้ามากก็จะเกิดการสูญเสียปริมาณไฟฟ้าในเซลล์ สารละลายอิเล็กโตรไลค์ที่ได้จากกระบวนการ ชะทองซึ่งมส่วนผสมของโซดาไฟ โดยทั่วไป จะต้องมีความเข้มข้นเพียงพอที่จะทำให้เกิดการนำไฟฟ้าของสารละลายที่เพียงพอ

ค่าพีเอชของสารละลาย( Solution pH )

ในการเติมสสารเคมีต่างๆจะมีผลกระทบต่อการนำไฟฟ้าของสารละลาย ค่าพีเอชมีความสำคัญต่อความคงตัวของขั้วอิเล็กโทรด ขั้วบวกซึ่งทำมาจากสแตนเลส ( stainless steel anode )จะสึกกร่อนอย่างรวดเร็วถ้าค่าพีเอชต่ำกว่าประมาณ 12.5 ปฎิกิริยาอาจจะก่อให้เกิดโครเมียมและเหล็ก ในสารละลาย อิเล็กโตรไลค์ เนื่องจากการละลายของสแตนเลส ซึ่งลดประสิทธิภาพของเซลล์ ถ้าความเข้มข้นของโดรเมียมต่ำ ถึง 5 ppm สามารถบ่งบอกได้ว่าประสิทธิภาพของเซลล์ ลดลง ทำให้การแยกด้วยไฟฟ้าลดลง ความแข้มข้นของโครเมียม สูงกว่า 100 ppm กระบวนการแยกทองด้วยไฟฟ้าจะหยุดการทำงานดดยสมบูรณ์

การเตรียมตะกอนทองจากกระบวนการแยกทองด้วยไฟฟ้าเพื่อใช้ในการถลุง( Electrowinning Slude Preparation for Smelting)

ขั้วลบจะถูกแขวนเหนือเซลล์และทองก็จะถูกล้างออกจากขั้วลบ ที่อยู่บนแผ่นสแตนเลส ตะกอนที่ได้จะนำไปกรองด้วยเครื่องกรองสูญญากาศ แผ่นเค้กที่ได้จะนำไปใส่ถาดเพื่อเข้าสู่เตาอบที่อุณหภูมิ 400 องศาเซลเซียส จุดประสงค์ของการอบคือ การกำจัดความชื้น กำจัดพวกสารอินทรีย์ และออกซิไดซ์โลหะ เช่น เหล็ก และทองแดง เตาอบแห้งต้องมีการใหลผ่านของออกซิเจนอย่างสม่ำเสมอ เพื่อทำให้ตะกอนทองแห้งและออกซิไดซ์โลหะอย่าง สมบูรณ์ ถ้าอบไม่แห้ง ตะกอนทองจะต้องการปริมาณฟลักซ์(Flux)มากขึ้น เตาอบที่ให้ความร้อนมากขึ้น ใช้เวลาในการถลุงนานกว่า และอาจเกิดการระเบิด ขึ้นได้ถ้าตะกอนทองไม่แห้งสนิท

ทองคำแท่ง ( Bullion)

ทองคำแท่ง ยังไม่มีความบริสุทธิ์เนื่องจากยังมีโลหะ จำพวกเงินหรือทองแดงผสมอยู่ สารประกอบอนินทรีย์บางชนิด ( Slag ) จากการถลุงแร่ อาจหลงเหลืออยู่ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการถลุง

ทองคำแท่งถูกชั่งและถูกทำเป็นตัวอย่างเพื่อทดสอบหาปริมาณทองที่ได้จากการถลุงแต่ละครั้ง ก่อนจะถูกส่งไปทำให้บริสุทธิ์ โดยวิธี Electro - refining เพื่อให้เป็นทอง คำแท่งที่มีความบริสุทธิ์ 99.6 % หรือมากกว่านั้น

เตาถลุง ( Smelting furnace)

หน้าที่ของเตาถลุงคือ การให้ความร้อนกับ ประจุตามอุณหภูมิและเวลาที่ได้กำหนดไว้ เพื่อที่จะได้ทองคำบริสุทธิ์ตามที่ต้องการ

โดยทั่วไปเตาถลุงรูปทรงทรงกระบอก จะใช้ในห้องงทอง เตาถลุงใช้แก็ส LPG เป็นเชื้อเพลิงในการเผาให้ความร้อนที่ฐานและมีฝาปิดแบบสกรูกลไกของตัวยกมีหลายประเภท เช่น แบบไฮดรอลิก หรือแบบเครื่องกล รูปด้านล่างเป็นรูปแบบเตาที่ใช้กันทั่วไป

ความเข้มข้นของไซยาไนด์

การเพิ่มขึ้นของระดับไซยาไนด์ ในสายละลายอิเล็กโตรไลค์ จะทำให้ต้องการแรงดันไฟฟ้าในจำนวนที่สูงขึ้น โดยทั่วไปถ้าเพิ่มไซยาไนด์ขึ้น 10 ส่วน จะต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าอีก 0.2 ดวลต์ เพื่อรักษาระดับกระแสไฟฟ้าให้คงที่

การผสมของสารละลายอิเล็กโตรไลค์

ระดับการผสมของสารละลาย อิเล็กโตรไลค์ในเซลล์จะมีผลต่ออัตราของทองที่เกาะบนขั้วลบ ถ้าบางส่วนของสารละลายอิเล็กโตรไลค์ไม่ผ่านเซลล์ขั้วบวกและเซลล์ขั้วลบ ทำให้กระบวนการแยก ทองด้สยไฟฟ้าไม่สามารถแยกทองส่วนนี้ออกจากกสารละลายอิเล็กโตรไลค์ได้

อัตราการใหลของสารละลายอิเล็กโตรไลค์ที่ต่ำ สามารถก่อให้เกิดการ สึกกร่อนของขั้วบวก เนื่องจากมันทำลายความเป็นด่างที่พื้นผิวของขั้วบวก

อุณหภูมิของสารละลายอิเล็กโตรไลค์ ( Electrolyte Temperature)

ข้อดีของอุณหภูมิที่สูงคือ

1. อัตราของทองที่เกาะบนขั้วลบจะสูงขึ้น

2. การนำไฟฟ้าของสารละลายจะสูงขึ้น

3. การเกิดออกซิเจนในสารละลายลดลง(เนื่องจากออกซิเจนมีส่วนในการใช้กระแสไฟฟ้า)

,p align= left>ในการถลุงโลหะให้บริสุทธิ์สามารถใช้ระบบ Cascade system หรือ ระบบหมุน ก็ได้

ลักษณะของฟลักซ์ ( flux charateristics )

ฟลักซ์เป็นสารประกอบที่ถูกเติมลงในวัตถุที่แห้ง เพื่อทำให้เกิดประจุในเตา ฟลักซ์ จะช่วนในการรวมตัวกนของทอง ฟลักซ์ ยังช่วยในการออกซิเดชั่นและการแยกสารไม่บบริสุทธิ์ออกจากทองในระหว่างการถลุง ฟลักซ์ สามารถแยกสารมี่ไม่บริสุทธิ์ได้เนื่องจากมีออกไซด์ และในบางกรณีออกซิไดซ์ดลหะต่างๆมีความจำเป็นมาก การรวมกันของโลหะและฟรักซ์ เรียกว่า ประจุหลอมเหลวในเตาเผา ( furnace charge)

ประจุหลอมเหลวในเตาเผา เมื่อถูกหลอมครั้งแรกแล้วจะได้เฟสของโลหะกับ Slag ในสภาพปกติ เฟสที่มองไม่เห็นอาจเกิดขึ้น แต่ถ้ฟลักซ์อยู่ในสภาพที่เหมาะสมจะทำให้ หลีกเลี่ยงการเกิด เฟสที่มองไม่เห็นได้

ทองแดง เป็นโลหะที่ชอบทำตัวเป็นเหมือนโลหะมีค่า จะต่อต้านการเกิดปฎิกิริยาออกซิเดชั่นซึ่งทองแดง เหล่านี้ยังคงอยู่ในเฟสของโลหะ ( เช่นในทองคำแท่ง) สภาวะนี้จะต้องใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้น แต่ถ้ามีคาร์บอนในการถลุง อุณหภูมิต้องเพิ่มสูงขึ้นอีก

ชนิดของ ฟลักซ์ ที่ใช้ในการถลุงทองคือ Boro - silicate fluxes ข้อดีเมื่อเปรียบเทียบกับฟลักซ์ชนิดอื่นๆมีดังต่อไปนี้

1. จุดหลอมละลายต่ำมาก

2. มีความสามารถในการเก็บโลหะออกไซด์สูง

3. สามารถคงสภาพในรูปของเหลวได้

4. ไม่ทำปฎิกิริยากับบเบ้าหลอมโลหะ

การผสมของโลหะหลอมละลาย( Mixing The Charge)

ตะกอนแห้งและฟลักซ์ จะถูกผสมเข้าด้วนกันและถูกเติมลงไปในเบ้าหลอมโลหะ (crucible) อัตราส่วนของฟลักซ์ ต่อตะกอนจะต่างกัน ไปขึ้นอยู่กับชนิดของสินแร่และประสิทธิภาพของข้นตอนการทำให้แห้ง

มีความสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องแน่ใจว่าฟลักซ์ และตะกอนแห้งถูกผสมเข้า ด้วยกันดังภาพด้านล่าง

การถลุง(Smelting)

ภายในเตาเผาจะมีอุณหภูมิสูง ฟลักซ์ จะก่อให้เกิดขี้โลหะที่หลอมละลาย (molten slag)ลอยอยู่บนผิวของชั้นทองที่หลอมละลาย(molten gold )

เมื่อขั้นตอนการถลุงเสร็จสิ้นสมบูรณ์ ( เช่นการหลอมละลายเต็มไปด้วยประจุและตะกรันที่หลอมมีลักษณะขุ่น) ตะกรันและทอง คำที่ละลายอยู่จะถูกเทลงในแม่พิมพ์

โดยธรรมชาติ ตะกรันจะลอยอยู่ด้านบน ตะกรันจะถูกเทลงไปก่อนและให้ความร้อนกับแม่พิมพ์ ทองคำหลอมละ ลายที่หนักกว่า จะถูกเติมเข้าไปแทนที่ตะ กรัน

เมื่อทองคำเย็นตัวและแข็งตัวทองคำแท่งจะถูกทำให้เย็นตัวอย่างเร็วโดยนำไปจุ่มในน้ำ วิธีนี้จะทำให้ Slag แยกตัวออก

HOME