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Lösungen für die chemische Industrie im Bereich der Goldgewinnung

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Chemische Lösung zur Goldrückgewinnung

Die Goldgewinnung ist eines der anspruchsvollsten chemischen Verfahren in der Bergbauindustrie, bei dem in jeder Phase der Gewinnung die geeigneten Materialien und Kontrolltechnologien ausgewählt werden müssen. Jeder Schritt des Prozesses – von der Aufbereitung des Erzes über die Extraktion des Cyanids bis hin zur Extraktion des Kohlenstoffs, des Eluats, der elektrolytischen Gewinnung und der abschließenden Raffination hängt von der hohen Leistungsfähigkeit der chemischen Materialien ab, um die Goldausbeute zu maximieren, die Betriebskosten zu minimieren und die immer strengeren Umweltstandards einzuhalten. Kompetente Partner aus der Chemiebranche bieten nicht nur einzelne Materialien an, sondern konsistente, anwendungsgerechte Lösungen für den gesamten Goldaufbereitungsprozess.

Fließschema des Goldgewinnungsprozesses und chemische Stoffe

Stufe 1: Zerkleinern und Mahlen

Vor Beginn einer chemischen Aufbereitung muss das Erz zerkleinert und zu Pulver gemahlen werden, um die Goldkörnchen vom Trägermaterial zu lösen und die Korngröße zu verringern, damit ein ausreichender Kontakt des Erzes mit dem Laugungsmittel gewährleistet ist. Diese Phase ist rein mechanischer Natur, doch die nachgelagerten chemischen Prozesse sind äußerst effizient, um die richtige Mahlgröße zu erreichen – bei herkömmlichen Auslaugungskreisläufen in der Regel 75–150 Mikrometer. Ein Übermahlen erhöht die Energiekosten und erzeugt überschüssiges Feingut, was die Trennung der flüssigen Phasen im weiteren Verlauf erschwert, während ein Untermahlen dazu führt, dass das Gold im intakten Gestein eingeschlossen bleibt, was die Gesamtausbeute verringert. Daher sind die korrekte Auslegung und Steuerung des Mahlkreises entscheidend, um den Einsatz der Chemikalien und die Goldgewinnung in den nachfolgenden Phasen zu optimieren.

Stufe 2: Cyanidauslaugung

Herkömmliche Auslaugung (Pre-CIP)

Im üblichen Cyanidierungsverfahren wird die gemahlene Erzpulpe in einer Reihe von Rührbehältern mit einer Alkalilösung (pH 10,5 – 11,5) behandelt, um das Gold in einen löslichen Gold-Cyanid-Komplex (Au(CN)₂n) zu überführen. Zur Aufrechterhaltung der oxidativen Auflösungsreaktion wird Sauerstoff oder Luft zugeführt. Die Dauer der Auslaugung liegt in der Regel zwischen 24 und 48 Stunden, abhängig von der Mineralogie des Erzes, dem Goldgehalt und der Cyanidverbrauchsrate. Eine effiziente pH-Kontrolle ist entscheidend – ein zu geringer Alkaligehalt führt zur Bildung des giftigen Gases HCN (HCN), während ein Überschuss an Kalk die Kosten für das Mittel erhöht und dazu führen kann, dass die Metalloberfläche inaktiv wird. Cyanidkonzentration, gelöster Sauerstoff (DO) und Temperatur sind die wichtigsten Einflussgrößen zur Optimierung der Goldauflösungsdynamik und der Gesamtauslaugungseffizienz.

Erforderliche chemische Stoffe:

Vorbehandlung durch Druckoxidation (POX)

Bei schwer aufschließbaren Golderzen, bei denen das Gold in Sulfidmineralien wie Pyrit oder Arsenopyrit eingeschlossen ist, wird bei der herkömmlichen Cyanidation eine unakzeptabel niedrige Ausbeute erzielt. Vor der Auslaugung wird eine Vorbehandlung (POX) durchgeführt, um die Sulfidmatrix bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck (180–225 °C, 20–35 bar) zu oxidieren, wodurch das eingeschlossene Gold freigesetzt und für die anschließende Cyanidauslaugung zugänglich gemacht wird. Die säureoxidierende Paste muss vollständig aufgelöst werden, damit die Cyanidauslaugung erfolgen kann. POX ist zwar kapitalintensiv, liefert jedoch wesentlich größere Goldmengen als andere wirtschaftlich rentable refraktäre Lagerstätten und wird weltweit immer häufiger eingesetzt, wenn hochwertigere lose Lagerstätten erschöpft sind.

Erforderliche chemische Stoffe:

Vorbearbeitung durch biologische Oxidation (BIOX)

Die Biooxidation ist ein alternatives Verfahren zur Vorbehandlung von schwefelhaltigen, schwer aufschließbaren Golderzen unter Einsatz natürlicher Säurebakterien (vor allem Acidithiobacillus Ferrooxidans und Azidithiobacillus Thiooxidans) zur Oxidation von Sulfidmineralien bei mittlerer Temperatur (35–45 °C). BIOX weist geringere Investitions- und Energiekosten auf als POX, was es zu einer attraktiven Option für mittelgroße Feuerfestbergwerke macht. Der biooxidierte Schlamm wird gereinigt, neutralisiert und der normalen Cyanidation zugeführt. Eine sorgfältige Kontrolle von pH-Wert und Temperatur sowie die Zugabe von Nährstoffzusätzen sind erforderlich, um sicherzustellen, dass die Bakterien aktiv bleiben und die Oxidationsrate über den gesamten biologischen Oxidationszyklus hinweg konstant bleibt.

Erforderliche chemische Stoffe:

Stufe 3: Kohlenstoffadsorption

CCIP (Carbon-in-Pulp)

Im CIP-Kreislauf wird die Aktivkohle nach Abschluss der Cyanidextraktion in eine Reihe von Rührbehältern geleitet. Die Aktivkohle strömt in entgegengesetzten Richtungen durch den Laugenschlamm und absorbiert nach und nach Gold-Cyanid-Komplexe aus der Lösung, während sich die Verweilzeit in der Behälterkaskade verlängert. Die beladene Aktivkohle wird bei jedem Schritt aus dem Schlamm herausgefiltert, wobei sich die schwerere Aktivkohle in Richtung der Elution bewegt und die neue oder regenerierte Aktivkohle am Ende des Prozesses verbleibt. CIP ist ein Industriestandard für die Aufbereitung von frei mahlbaren, Pregel-freien Mineralien. Das Verfahren gilt als einfach zu betreiben, skalierbar und liefert bei einer breiten Palette von Mineralien und Goldgehalten gleichbleibende Ergebnisse.

Erforderliche chemische Stoffe:

Vorbehandlung durch Druckoxidation (POX)

CIL ist eine Kombination aus Extraktion und Absorption von Kohlenstoff in einem einzigen Behälter, wobei Aktivkohle während des gesamten Verlaufs der Cyanidproduktion vorhanden ist. Diese Anordnung ist speziell für vorgelierende Erze vorgesehen, bei denen die natürlich im Erz enthaltenen kohlenstoffhaltigen Mineralien mit der Prozesskohle um die Absorption von gelöstem Gold konkurrieren. Durch die gleichzeitige Zugabe von Aktivkohle und Cyanid kann die Prozesskohle mit den vorvergelnden Mineralien konkurrieren und das Gold einfangen, bevor es unwiederbringlich verloren geht. CIL erfordert im Vergleich zu CIP in der Regel einen größeren Kohlenstoffvorrat, wodurch der Kohlenstoff aggressiveren mechanischen Belastungen ausgesetzt ist; daher ist die Verschleißfestigkeit bei der Auswahl von Kohlenstoff für CIL-Anwendungen besonders wichtig.

Erforderliche chemische Stoffe:

CIC (Carbon-in-Column)

CIC ist ein bevorzugtes Verfahren zur Goldgewinnung im Haufenlaugungsprozess, bei dem eine goldhaltige Ablagerung aus dem Erz entfernt und in eine feste, verpackte PAC-Säule gepumpt wird. Die Klärung der Lösung ermöglicht einen deutlich höheren Durchsatz bei minimalem Kohlenstoffverschleiß, wodurch sich CIC bei großen Mengen und Lagen mit niedrigem Gehalt als sehr effektiv erweist. Die Säulen werden nacheinander betrieben – Vorstufe, Zwischenstufe und Nachbehandlung –, um sicherzustellen, dass das Gold vollständig aufgefangen wird, bevor die Abfalllösung auf den Haufen zurückgeführt wird. CIC erfordert eine gute Durchflussleistung der Aktivkohle, die gegen Biofouling beständig ist, das durch langfristigen Kontakt mit organischen Stoffen verursacht wird.

Erforderliche chemische Stoffe:

Schritt 4: Elution (Stripping)

Von der Adsorptionsschleife wird die Aktivkohle zum Elutionsturm befördert, wo die Goldcyanidverbindung mithilfe einer erhitzten Laugen-Cyanid-Lösung von der Kohleoberfläche entfernt und in die Konzentrationslösung zurückgeführt wird. Zwei der gängigsten Elutionsverfahren sind AARL (ARL) mit aufeinanderfolgenden Wasserspül- und Ätzcyanidierungsbändern bei etwa 110 Grad Celsius sowie ZADRA (bei dem die Ätzcyanidlösung kontinuierlich bei 90–95 °C durch die Säule fließt). Beide Verfahren erzeugen ein goldreiches Eluat, das zur Goldgewinnung der Elektrolyse zugeführt wird. Eine gründliche Elution ist entscheidend – unvollständig ausgelaugter Aktivkohle, der in den Adsorptionskreislauf zurückgeführt wird, enthält Restgold, das die effektive Kapazität des Kreislaufs verringert und die Ausbeute direkt beeinträchtigt.

Erforderliche chemische Stoffe:

Stufe 5: Elektrolytische Gewinnung

Das bei der Elution anfallende goldreiche Eluat wird in Elektrogewinnungszellen aufbereitet, in denen durch Gleichstrom das Gold – zusammen mit mitabgeschiedenem Silber und anderen Metallen – aus der Lösung auf Stahlwolle-Kathoden abgeschieden wird. Der verbrauchte Elektrolyt (abgereichertes Eluat) wird zur Wiederverwendung in den Elutionskreislauf zurückgeführt. Der Schlamm der positiven Elektrode mit den Goldablagerungen wird regelmäßig gesammelt, gereinigt und zur Schmelzanlage transportiert. Der Wirkungsgrad der Elektrogewinnung hängt von der Goldkonzentration im Eluat, der Leitfähigkeit der Lösung und der Betriebstemperatur ab. Die Aufrechterhaltung einer sauberen, kalkfreien Zellumgebung und die Kontrolle der chemischen Zusammensetzung des Elektrolyten sind entscheidend für die Erzielung eines hohen Stromwirkungsgrads und die Maximierung der Reinheit des galvanisch abgeschiedenen Goldschlamms.

Erforderliche chemische Stoffe:

Schritt 6: Schmelzen und Veredeln

Der goldhaltige Kathodenschlamm aus der Galvanik wird getrocknet, mit Flussmitteln vermischt und in einem Induktions- oder Gasofen bei etwa 1.100 – 1.200 °C geschmolzen, um Doré-Barren – Rohbarren aus einer Gold-Silber-Legierung – für den Transport zu einer Raffinerie herzustellen. Die Auswahl der Flussmittel ist entscheidend: Die Flussmittelmischung muss Verunreinigungen durch unedle Metalle wie Eisen, Kupfer und Blei effizient in die Schlacke auslagern und gleichzeitig eine flüssige, leicht abtrennbare Schlacke gewährleisten. Der Reinheitsgrad des Doré-Goldes liegt in dieser Phase in der Regel zwischen 60 und 95% Gold, abhängig von der Mineralogie des Erzes und der Effizienz der vorgelagerten Prozesse. Die abschließende Raffination auf 99,99% (4N) Gold erfolgt in einer speziellen Edelmetallraffinerie mittels Chlorierung (Miller-Verfahren) oder Elektrolyse (Wohlwill-Verfahren).

Erforderliche chemische Stoffe:

Stufe 7: Aufbereitung der Abgänge und Zyanidabbau

Der CIP/CIL-Kreislauf enthält Rückstände von Cyanid, Cyanidverbindungen und Spuren von Schwermetallen, die vor ihrer Freisetzung oder Lagerung unter Einhaltung der Umweltvorschriften behandelt werden müssen. Der Internationale Cyanid-Management-Kodex (ICMC) legt allgemein anerkannte Kriterien für die Freisetzung von Cyanid fest. Das INCO-SO₂/Luft-Verfahren ist die am häufigsten angewandte Methode zur Zersetzung von Cyanid, bei der freies und schwach saures Cyanid (WAD) zu einer weniger giftigen Form von Cyan und schließlich zu Stickstoff und Karbonat oxidiert wird. In der Reinigungsphase kann zudem Aktivkohle eingesetzt werden, um die verbleibenden organischen Schadstoffe und Spurenmetalle aus dem Behandlungsabwasser vor der endgültigen Einleitung zu entfernen.

Erforderliche chemische Stoffe: