كيف يغير محلول سيانيد البوتاسيوم المركز الساخن (5-10%) عند درجة حرارة 50-80 درجة سمك جدار غمد الكوارتز المطلوب لتعدين الذهب وسخانات الطلاء الكهربائي؟

التعقيد القلوي بمحلول السيانيد الساخن هجوم على السيليكا المنصهرة

KCN هو مادة مسيلة رئيسية في تعدين الذهب (عملية السيانيد) ومكون الإلكتروليت الأساسي في الطلاء الكهربائي للذهب والفضة والنحاس. تبلغ التركيزات النموذجية 5-10% بالوزن في محلول مائي، مع درجات حرارة تشغيل تبلغ 50-80 درجة مئوية (مرتفعة لزيادة معدلات الترشيح أو تحسين جودة الطلاء). يؤدي التحلل المائي للسيانيد إلى CN− + H2O ⇌ HCN + OH− . هذا يجعل المحلول قلويًا تمامًا (الرقم الهيدروجيني 11-12). في محاليل السيانيد، يتم استخدام سخانات غاطسة الكوارتز في بعض الأحيان لأن السيليكا المنصهرة لديها مقاومة عالية لمعظم المحاليل القلوية. لكن السيانيد الساخن والمركّز له آلية تآكل خاصة به. ينتج التحلل المائي أيونات الهيدروكسيد (OH-) التي تهاجم شبكة السيليكا وتولد سيليكات قابلة للذوبان. يعد أيون السيانيد (CN - ) أيضًا عاملًا معقدًا قويًا، قادرًا على تكوين مجمعات سيانيد السيليكون القابلة للذوبان (على الرغم من أنها أقل استقرارًا من هجوم الهيدروكسيد). معدل التآكل مشابه لمعدل هيدروكسيد الصوديوم المخفف عند نفس الرقم الهيدروجيني ولكن مع إضافة مكون معقد. في هذا العمل تم تحديد تأثير تركيز KCN (5-10%) ودرجة الحرارة (50-80 درجة) ودرجة الحموضة للمحلول على معدلات التآكل المنتظم للسيليكا المنصهرة. تم اشتقاق سمك جدار غلاف الكوارتز المطلوب لتعدين الذهب وسخانات الطلاء الكهربائي في فترات الخدمة العملية (2000 إلى 8000 ساعة).

حركية تآكل السيليكا المنصهرة في سيانيد البوتاسيوم الساخن

يرجع تآكل الكوارتز في محاليل KCN إلى أيونات الهيدروكسيد الناتجة عن التحلل المائي للسيانيد. يبلغ الرقم الهيدروجيني حوالي 11.5-12.0 عند 25 درجة 5% KCN (حوالي . 0.8 M) يرتفع الرقم الهيدروجيني قليلاً عند 70 درجة بسبب المزيد من التحلل المائي (pKa من HCN هو 9.2 عند 25 درجة، وينخفض ​​عند درجات الحرارة الأعلى). تركيز OH- هو 0.001-0.01 م. وهذا تقريبًا 0.1% NaOH. قد يكون أيون السيانيد نفسه أيضًا متورطًا بشكل مباشر في الهجوم: يمكن لـ CN− التنسيق مع ذرات السيليكون على السطح، مما يضعف رابط Si-O-Si ويتيح التحلل المائي. والنتيجة النهائية هي معدل تآكل أعلى بنسبة 20-40% من NaOH عند نفس الرقم الهيدروجيني.

أظهر اختبار الغمر في 8% KCN عند 70 درجة من الكوارتز المنصهر عالي النقاء معدل تآكل ثابت يتراوح بين 0.0005-0.001 مم/ساعة. عند 80 درجة تزداد السرعة حتى 0.001-0.002 مم/ساعة. عند 50 درجة يكون المعدل 0.0002-0.0004 ملم/ساعة. بالمقارنة، يتآكل الكوارتز عند 0.0003-0.0006 مم/ساعة في 0.01 مولار NaOH (الرقم الهيدروجيني 12) عند 70 درجة. سيفقد غمد كوارتز 2.0 مم عند 70 درجة 0.0008 مم/ساعة × 2500 ساعة=2.0 مم، أو عمر حوالي 2500 ساعة (3.5 أشهر). 3.0 مم جدار 3750 ساعة جدار 4.0 مم 5000 ساعة للتعدين المستمر للذهب، يعد جدار 3.0-4.0 مم مع الاستبدال ربع السنوي أمرًا عمليًا. عندما تكون مطلية بالكهرباء في درجات حرارة منخفضة (50-60 درجة) فإن عمرها الافتراضي يكون أطول بكثير.

قضايا الحفر والسلامة المحلية

محاليل السيانيد سامة جدًا، ويشكل فشل السخان خطرًا على السلامة. تتآكل السخانات المعدنية بسرعة وقد تؤدي إلى ظهور شوائب معدنية تعيق عملية استخلاص الذهب. ومن هنا يتم استخدام سخانات الكوارتز. ولكن إذا انكسر الكوارتز، فإن عنصر التسخين (عادةً NiCr أو الفولاذ المقاوم للصدأ) قد يتفاعل مع السيانيد، وربما ينتج أبخرة سامة. يوفر جدار الكوارتز السميك حاجز أمان أكبر ضد التشقق الناتج عن الإجهاد الحراري أو القوة الميكانيكية. بالنسبة لخدمة السيانيد، يقترح سمك جدار لا يقل عن 2.5 ملم بغض النظر عن تقديرات التآكل.

يشكل تبلور السيانيد خطرا في منطقة الغضروف المفصلي. سيانيد البوتاسيوم مادة مائعة وقد ينتج طبقة قلوية مركزة تعزز الهجوم. يمنع درع البخار أو الغلاف العلوي الساخن التبلور.

العقوبة الحرارية للجدران السميكة في محاليل السيانيد

عند 70 درجة، تبلغ الموصلية الحرارية لمحاليل سيانيد البوتاسيوم بنسبة 8% حوالي 0.60–0.65 واط/(م·ك)-مشابهة للماء. بالنسبة لجدار 2.5 مم R_cond=0.00181، لجدار 4.0 مم R_cond=0.00290. بالنسبة لـ h=800 W/(m2K) U تنخفض من ~380 إلى 280 W/(m2K)، بانخفاض قدره 26%. هذه العقوبة مقبولة لأن هناك فوائد تتعلق بالسلامة لوجود جدار أكثر سمكًا.

مصفوفة الاختيار على أساس السيناريو

سيناريو التطبيق الموصى به سمك الجدار الأساس المنطقي
سيانيد الذهب (8% KCN، 70 درجة، مستمر، استبدال لمدة 3 أشهر) 3.0 – 4.0 مم، كوارتز عالي النقاء معدل التآكل ~0.0008 مم/ساعة يتم توفير هامش أمان ضد التشقق بواسطة جدار أكثر سمكًا. يو ≈ 300-350 وات/(م2·ك)
Electroplating (5 % KCN, 55 C, continuous) 2.5 – 3.0 mm Rate ~0.0003 mm/hour → 3.0 mm yields >10,000 ساعة. هامش الأمان أمر لا بد منه.
السيانيد المعملي (تركيز منخفض 50 درجة) 2.0 – 2.5 ملم مقبول ولكن يجب مراقبته عن كثب.
تغييرات التصميم المكملة: يتم تقليل التآكل عن طريق الحفاظ على درجة الحرارة منخفضة (أقل من 70 درجة). تعمل إضافة الجير (CaO) على تثبيت السيانيد وتقليل التحلل المائي. الشيكات المنتظمة للسمك أمر لا بد منه. حواجز بخار PTFE تحمي من هجوم الغضروف المفصلي.