آمالگاماسیون طلا

آمالگاماسیون طلا (Gold Amalgamation) یکی از قدیمی ترین روش های استخراج طلا از سنگ معدن است که بر پایه خاصیت جذب طلا توسط فلز جیوه عمل می کند. در این روش، جیوه با ذرات طلا ترکیب شده و آلیاژی نرم به نام «آمالگام» تشکیل می دهد. سپس با حرارت دادن آمالگام، جیوه تبخیر شده و طلای خالص باقی می ماند.

این روش به دلیل سادگی اجرا، هزینه پایین و عدم نیاز به تجهیزات پیچیده، سال ها در معادن کوچک و سنتی مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، خطرات زیست محیطی و بهداشتی ناشی از جیوه باعث شده امروزه استفاده از آن در بسیاری از کشورها محدود یا ممنوع شود. آمالگاماسیون بیشتر برای استخراج طلای آزاد کاربرد دارد؛ یعنی طلایی که به صورت ذرات جدا از کانی های دیگر در سنگ معدن وجود دارد. هرچه اندازه ذرات طلا درشت تر باشد، راندمان این روش بالاتر خواهد بود.

فهرست مطالب

آمالگاماسیون چیست؟

آمالگاماسیون فرایندی متالورژیکی است که در آن یک فلز، معمولاً طلا یا نقره، با جیوه ترکیب شده و آلیاژی نرم به نام «آمالگام» تشکیل می دهد. این روش بیشتر در استخراج طلا از سنگ معدن کاربرد داشته و بر پایه تمایل بالای جیوه به جذب ذرات طلا عمل می کند؛ به طوری که پس از تماس جیوه با کنسانتره، آمالگام حاصل جمع آوری شده و با حرارت دهی، جیوه تبخیر و فلز گران بها باقی می ماند. آمالگاماسیون به دلیل سادگی و هزینه پایین رایج بوده، اما به علت راندمان محدود و خطرات شدید زیست محیطی و بهداشتی ناشی از جیوه، امروزه در بسیاری از کشورها محدود یا با روش های ایمن تر جایگزین شده است.

تاریخچه آمالگاماسیون در استخراج طلا

آمالگاماسیون طلا یکی از قدیمی ترین روش های استحصال طلا می باشد که سابقه آن به چند قرن پیش بازمی گردد. این روش زمانی شناخته شد که معدن کاران دریافتند جیوه توانایی جذب و ترکیب با ذرات ریز طلا را دارد. استفاده گسترده از آمالگاماسیون به قرن شانزدهم میلادی و دوران استعمار اسپانیا در آمریکای لاتین مربوط می شود؛ جایی که «فرآیند پاتیو» در معادن مکزیک و پرو برای استخراج طلا و نقره به کار گرفته شد. این فناوری نقش مهمی در افزایش تولید فلزات گران بها در جهان ایفا کرد و به سرعت در سایر مناطق معدنی گسترش یافت.

در قرن های هجدهم و نوزدهم، هم زمان با انقلاب صنعتی و رویدادهایی مانند تب طلای کالیفرنیا و استرالیا، آمالگاماسیون با توسعه تجهیزات خردایش و صفحات مسی جیوه اندود پیشرفت بیشتری کرد و به یکی از روش های اصلی فرآوری طلا تبدیل شد. با این حال، از اوایل قرن بیستم و با ظهور روش های کارآمدتری مانند سیانیداسیون، کاربرد صنعتی آن کاهش یافت. امروزه نیز به دلیل خطرات زیست محیطی و بهداشتی جیوه و وضع قوانین بین المللی محدودکننده، استفاده از آمالگاماسیون عمدتاً به معادن کوچک و سنتی محدود شده و صنعت معدن به سمت روش های ایمن تر حرکت کرده است.

اصول شیمیایی آمالگاماسیون طلا

اصول شیمیایی آمالگاماسیون طلا بر پایه تمایل بالای فلز جیوه (Hg) به ترکیب با طلا (Au) و تشکیل آلیاژی به نام «آمالگام» استوار است. زمانی که جیوه با ذرات آزاد طلا تماس پیدا می کند، پیوند فلزی بین اتم های طلا و جیوه برقرار شده و طلا در فاز جیوه حل یا پخش می شود. این فرایند بیشتر ماهیت فیزیکی–شیمیایی دارد تا یک واکنش شیمیایی کامل؛ به این معنا که ترکیب حاصل یک محلول جامد یا آلیاژ نرم است، نه یک ترکیب شیمیایی پایدار با فرمول ثابت. تشکیل آمالگام نیازمند تماس مستقیم، سطح تمیز طلا و نبود لایه های اکسیدی یا سولفیدی روی ذرات است، زیرا این لایه ها مانع جذب طلا توسط جیوه می شوند.

پس از تشکیل آمالگام، مرحله جداسازی از باطله انجام می شود، زیرا آمالگام چگالی بالایی دارد و به راحتی ته نشین می شود. در ادامه، آمالگام تحت حرارت قرار می گیرد؛ با توجه به نقطه جوش نسبتاً پایین جیوه (حدود ۳۵۷ درجه سانتی گراد)، جیوه تبخیر شده و طلای متخلخل یا اسفنجی باقی می ماند. بخار جیوه در صورت استفاده از دستگاه رتورت قابل میعان و بازیافت است.

بنابراین، اساس شیمیایی آمالگاماسیون شامل سه مرحله کلیدی است: جذب طلا توسط جیوه، تشکیل آلیاژ آمالگام و تبخیر حرارتی جیوه برای بازیابی طلای خالص. ذخیره‌سازی محلول‌ها و مواد شیمیایی مورد استفاده در فرآوری طلا نیازمند مخازنی مقاوم در برابر خوردگی است. مخزن پلی اتیلن با دوام بالا و مقاومت شیمیایی مناسب، گزینه‌ای ایده‌آل برای نگهداری محلول‌ها در فرآیندهای استخراج طلا محسوب می‌شود.

مراحل انجام آمالگاماسیون طلا

مراحل انجام آمالگاماسیون طلا به صورت یک فرآیند فیزیکی–شیمیایی شامل چند گام اصلی است که با هدف تماس مؤثر جیوه با ذرات آزاد طلا و سپس بازیابی فلز انجام می شود. در ادامه، این مراحل به ترتیب توضیح داده شده است.

خردایش و آسیاب سنگ معدن: ابتدا سنگ معدن استخراج شده وارد واحد خردایش می شود. در این بخش، سنگ ها توسط سنگ شکن فکی و مخروطی خرد شده و سپس در آسیاب هایی مانند بال میل یا رادمیل به ذرات ریزتر تبدیل می شوند. هدف این مرحله، آزادسازی ذرات طلا از بافت سنگ و افزایش سطح تماس آن ها با جیوه است. هرچه دانه بندی مناسب تر باشد، راندمان آمالگاماسیون بالاتر خواهد بود.
تغلیظ اولیه: در برخی مدارها، پیش از افزودن جیوه از روش های ثقلی مانند میز لرزان یا اسپیرال استفاده می شود تا کنسانتره ای غنی از طلا به دست آید. این کار باعث کاهش مصرف جیوه و افزایش کارایی فرآیند می شود. در برخی مراحل پیش‌تصفیه و آماده‌سازی سنگ معدن، استفاده از اسید برای حل برخی کانی‌ها رایج است. نگهداری ایمن اسیدها در مخزن اسید مقاوم به خوردگی اهمیت بالایی دارد تا ایمنی کارگران و محیط زیست حفظ شود.
اختلاط با جیوه: در این مرحله جیوه به کنسانتره یا پالپ حاصل از آسیاب افزوده می شود. این کار می تواند به دو روش انجام گیرد. روش اول افزودن مستقیم جیوه داخل آسیاب و روش دوم عبور پالپ از روی صفحات مسی جیوه اندود می باشد. جیوه در تماس با ذرات آزاد طلا، آن ها را جذب کرده و آمالگام تشکیل می شود.
تشکیل و جمع آوری آمالگام: آمالگام حاصل به دلیل چگالی بالا در کف تجهیزات یا روی صفحات جمع می شود. اپراتور آن را به صورت دستی یا مکانیکی جدا می کند. در این مرحله باطله ها که فاقد طلا هستند کنار گذاشته می شوند.
فشردن و آب گیری آمالگام: برای حذف جیوه آزاد اضافی، آمالگام داخل پارچه یا چرم فشرده می شود. جیوه مایع خارج شده قابل استفاده مجدد است و آمالگام غلیظ تر برای مرحله بعد آماده می شود. کنترل دقیق مواد شیمیایی و جداسازی جامدات از محلول‌ها، بخش مهمی از فرآوری طلا است. استفاده از پکیج تزریق مواد شیمیایی همراه با فیلترپرس، امکان مدیریت بهینه مواد شیمیایی و افزایش راندمان بازیابی طلا را فراهم می‌کند.
حرارت دهی و تبخیر جیوه: آمالگام در دستگاهی به نام رتورت یا در کوره حرارت داده می شود. با افزایش دما، جیوه تبخیر شده و در صورت استفاده از رتورت، بخار آن تقطیر و بازیافت می گردد. استفاده از رتورت از نظر زیست محیطی و ایمنی بسیار مهم است.
بازیابی و ذوب طلای نهایی: پس از تبخیر کامل جیوه، طلای باقی مانده به صورت اسفنجی یا متخلخل است. این طلا در کوره ذوب، همراه با فلاکس ذوب شده و به شمش یا دانه های طلای خالص تبدیل می شود.

تجهیزات مورد استفاده در آمالگاماسیون

تجهیزات مورد استفاده در آمالگاماسیون طلا مجموعه ای از ماشین آلات خردایش، واحدهای تماس جیوه با کنسانتره و ابزارهای بازیابی طلا و جیوه را شامل می شود که هرکدام در یکی از مراحل فرآیند نقش دارند. در ادامه مهم ترین این تجهیزات معرفی می شوند:

تجهیزات خردایش و آسیاب: برای آزادسازی ذرات طلا از سنگ معدن، ابتدا از سنگ شکن ها (فکی، مخروطی یا چکشی) استفاده می شود و سپس مواد وارد آسیاب هایی مانند بال میل (Ball Mill) یا رادمیل می گردند. این تجهیزات با کاهش اندازه ذرات، سطح تماس طلا با جیوه را افزایش داده و راندمان آمالگاماسیون را بهبود می دهند.
صفحات مسی جیوه اندود: این صفحات از جنس مس ساخته شده و سطح آن ها با لایه ای از جیوه پوشانده می شود. پالپ یا دوغاب حاصل از آسیاب از روی این صفحات عبور می کند و ذرات آزاد طلا به جیوه سطح صفحه می چسبند و آمالگام تشکیل می شود. این روش یکی از متداول ترین شیوه های سنتی آمالگاماسیون است.
تابه یا پان آمالگام: پان ها مخازنی دوار یا همزن دار هستند که در آن ها کنسانتره طلا با جیوه مخلوط می شود تا تماس کامل برقرار گردد. این تجهیز در معادن کوچک برای افزایش میزان جذب طلا کاربرد دارد.
میزهای ثقلی و تجهیزات تغلیظ اولیه: در بسیاری از مدارها، پیش از آمالگاماسیون از تجهیزاتی مانند میز لرزان، اسپیرال یا جیگ استفاده می شود تا کنسانتره ای پرعیار تولید شود. این کار مصرف جیوه را کاهش می دهد.
دستگاه رتورت: رتورت یکی از مهم ترین تجهیزات ایمنی در آمالگاماسیون است. آمالگام در این محفظه بسته حرارت داده می شود؛ جیوه تبخیر شده و سپس در بخش خنک کننده تقطیر و بازیافت می گردد. این کار از انتشار بخار سمی جیوه در محیط جلوگیری می کند.
کوره ذوب طلا: پس از تبخیر جیوه، طلای باقی مانده در کوره های بوته ای یا القایی ذوب می شود تا شمش یا دانه طلای خالص تولید گردد.

مزایای روش آمالگاماسیون در استحصال طلا

روش آمالگاماسیون در استحصال طلا به دلیل سادگی و هزینه پایین، سال ها به عنوان یکی از متداول ترین شیوه های استخراج طلا—به ویژه در معادن کوچک و سنتی—مورد استفاده قرار گرفته است.

هزینه سرمایه گذاری پایین: یکی از بزرگ ترین مزایای آمالگاماسیون، نیاز نداشتن به تجهیزات پیچیده و گران قیمت است. ابزارها و دستگاه های مورد استفاده مانند آسیاب های کوچک، صفحات مسی و رتورت ها نسبت به فناوری های پیشرفته فرآوری طلا بسیار ارزان تر هستند و همین موضوع آن را برای معدن کاران خرد مقرون به صرفه می کند.
سادگی فرآیند و سهولت اجرا: فرآیند آمالگاماسیون پیچیدگی عملیاتی بالایی ندارد و حتی با دانش فنی محدود نیز قابل اجراست. عدم نیاز به کنترل دقیق پارامترهای شیمیایی مانند pH، غلظت معرف ها یا دما، اجرای آن را آسان تر می سازد.
مناسب برای معادن کوچک و سنتی: در معادنی که ذخیره طلا کم است یا سرمایه گذاری صنعتی توجیه اقتصادی ندارد، آمالگاماسیون یک گزینه کاربردی محسوب می شود. این روش امکان استحصال طلا در مقیاس های کوچک و محلی را فراهم می کند.
بازیابی سریع طلا: در این روش، تشکیل آمالگام و جداسازی طلا در مدت زمان کوتاهی انجام می شود و نیاز به زمان های طولانی لیچینگ یا فرآوری شیمیایی ندارد. بنابراین معدن کار می تواند سریع تر به محصول نهایی دست یابد.
کارایی مناسب برای طلای آزاد و درشت دانه: آمالگاماسیون برای بازیابی طلای آزاد با اندازه نسبتاً درشت عملکرد قابل قبولی دارد و می تواند بخش قابل توجهی از این نوع طلا را بدون نیاز به مواد شیمیایی پیچیده استخراج کند.
قابلیت انجام در محل معدن: به دلیل قابل حمل بودن تجهیزات و سادگی عملیات، امکان انجام آمالگاماسیون در نزدیکی محل استخراج وجود دارد و نیاز به انتقال گسترده ماده معدنی کاهش می یابد.

معایب و محدودیت های آمالگاماسیون

راندمان پایین برای ذرات ریز طلا: آمالگاماسیون قادر به جذب طلاهای بسیار ریز یا پودر شده نیست و بخشی از طلا در باطله باقی می ماند.
اتلاف بخشی از طلا: حتی در شرایط بهینه، مقداری طلا با جیوه ترکیب نمی شود یا در باطله ها از دست می رود.
مصرف بالای جیوه: برای جذب کامل طلا به میزان قابل توجهی جیوه نیاز است که علاوه بر هزینه، باعث مشکلات زیست محیطی می شود.
خطرات جدی زیست محیطی: جیوه آزاد شده در خاک و آب وارد زنجیره غذایی می شود و باعث آلودگی منابع آبی و خاکی می گردد.
خطرات بهداشتی برای کارگران: استنشاق بخار جیوه می تواند به سیستم عصبی، کلیه و ریه آسیب جدی وارد کند.
نیاز به جمع آوری و بازیافت جیوه: بدون تجهیزات مناسب مانند رتورت، جیوه تبخیر شده قابل بازیافت نیست و به محیط زیست آسیب می رساند.
عدم کارایی برای کانسنگ های سولفیدی یا پیچیده: آمالگاماسیون بیشتر برای طلای آزاد مناسب است و در کانسنگ های سولفیدی یا ترکیبی راندمان پایینی دارد.
محدودیت قانونی و مقرراتی: در بسیاری از کشورها استفاده از جیوه محدود یا ممنوع شده است.

خطرات زیست محیطی آمالگاماسیون طلا

آمالگاماسیون طلا، علی رغم سادگی و هزینه پایین، یکی از آلوده کننده ترین روش های استخراج طلا محسوب می شود و پیامدهای زیست محیطی شدیدی دارد. مهمترین عامل این مشکلات، جیوه (Hg) است که در طول فرآیند برای تشکیل آمالگام استفاده می شود. جیوه در صورت نشت به محیط، خاک و منابع آبی را آلوده می کند و به سادگی وارد زنجیره غذایی می شود.

در آب، جیوه به شکل متیل جیوه تبدیل شده و در بدن آبزیان و انسان ها تجمع می یابد، که منجر به اختلالات عصبی و مشکلات سلامت طولانی مدت می شود. در فرآیند بازیابی طلا، کنترل کیفیت آب و محیط می‌تواند تاثیر زیادی بر راندمان استخراج داشته باشد. استفاده از ازن ژنراتور برای تصفیه آب و حذف میکروارگانیسم‌ها و مواد آلی، شرایط بهتری برای فرآیندهای معدنی فراهم می‌کند.

علاوه بر آلودگی آب، خاک مناطق معدنی نیز با جیوه و باطله های آمالگام آلوده می شود و قابلیت رشد گیاهان کاهش می یابد. همچنین، بخار جیوه تولید شده هنگام حرارت دهی آمالگام، آلودگی هوا ایجاد می کند و سلامت کارگران و ساکنان اطراف معدن را تهدید می نماید. اثرات زیست محیطی آمالگاماسیون محدود به محل معدن نمی شود و می تواند از طریق رودخانه ها و جریان های آبی به مناطق دوردست منتقل شود، به ویژه در معادن کوچک و غیرصنعتی که تجهیزات بازیافت جیوه وجود ندارد.

فرآیند امالگام طلا به دلیل استفاده از جیوه، در صورت مدیریت نادرست می‌تواند منجر به آلودگی شدید آب و خاک شود. برای کاهش این خطرات، جمع‌آوری و کنترل کامل پساب‌ها و لجن‌های آلوده اهمیت زیادی دارد. استفاده از سپتیک تانک مهندسی شده، مانع ورود ترکیبات سمی به محیط اطراف و منابع آب زیرزمینی می‌شود.

از طرف دیگر، عایق‌کاری محل انجام فرآیند و حوضچه‌های جمع‌آوری پساب با ورق ژئوممبران مقاوم شیمیایی، نقش مؤثری در جلوگیری از نشت جیوه به خاک دارد. این لایه‌های نفوذناپذیر، ریسک آلودگی بلندمدت محیط زیست را به حداقل می‌رسانند.

در کنار این اقدامات، اجرای فرآیند در سیستم‌های بسته، استفاده از کندانسور برای بازیابی بخار جیوه و مدیریت اصولی پسماندهای آلوده، حداقل الزامات زیست‌محیطی در امالگام طلا محسوب می‌شوند.

راندمان بازیابی طلا در روش آمالگاماسیون

راندمان بازیابی طلا در روش آمالگاماسیون معمولاً بین 40 تا 70 درصد است و بسته به عوامل مختلف می تواند کاهش یا افزایش یابد. این روش بیشترین کارایی را برای ذرات طلا با اندازه درشت و طلای آزاد دارد، در حالی که برای ذرات بسیار ریز یا کانی های سولفیدی راندمان پایینی دارد.

عوامل مؤثر بر راندمان آمالگاماسیون عبارت اند از:

اندازه ذرات طلا: هرچه ذرات بزرگ تر و آزادتر باشند، جذب توسط جیوه آسان تر است.
میزان تماس جیوه با طلا: اختلاط کامل و سطح تماس کافی برای تشکیل آمالگام ضروری است.
مدت زمان اختلاط: زمان کافی برای ایجاد آمالگام باعث افزایش بازیابی طلا می شود.
نوع و کیفیت سنگ معدن: وجود اکسیدها یا سولفیدها روی ذرات طلا می تواند مانع تشکیل آمالگام شود.

اگرچه آمالگاماسیون روش ساده و کم هزینه ای است، راندمان آن نسبت به روش های صنعتی مانند سیانوراسیون یا فلوتاسیون پایین تر است و این محدودیت اصلی استفاده گسترده از آن در معادن بزرگ محسوب می شود.

مقایسه آمالگاماسیون با سایر روش های استخراج طلا

مقایسه آمالگاماسیون با سایر روش های استخراج طلا نشان می دهد که هر روش مزایا و محدودیت های خاص خود را دارد و انتخاب مناسب به نوع کانسنگ، اندازه ذرات طلا و شرایط اقتصادی و محیط زیستی بستگی دارد. آمالگاماسیون روشی ساده و کم هزینه است که بیشتر برای معادن کوچک و طلای آزاد با اندازه نسبتاً درشت استفاده می شود. مهمترین محدودیت آن، راندمان پایین برای ذرات ریز و خطرات شدید زیست محیطی و بهداشتی ناشی از جیوه است.

در مقابل، سیانوراسیون صنعتی راندمان بسیار بالاتری دارد (تا 98%) و می تواند طلای ریز و سولفیدی را به خوبی بازیابی کند، اما نیاز به تجهیزات پیچیده، کنترل شیمیایی دقیق و مدیریت پسماند دارد. فلوتاسیون نیز برای جداسازی طلا از کانسنگ های سولفیدی مناسب است، راندمان متوسط تا بالا دارد و از نظر زیست محیطی نسبت به سیانوراسیون بهتر است، ولی نیازمند تجهیزات تخصصی و دانش فنی است. روش جدایش ثقلی ایمن و دوستدار محیط زیست است و برای معادن کوچک و طلاهای درشت مناسب است، اما در بازیابی ذرات ریز عملکرد خوبی ندارد.

در مجموع، آمالگاماسیون به دلیل سادگی و هزینه پایین هنوز در معادن کوچک کاربرد دارد، اما در معادن صنعتی جای خود را به روش هایی مانند سیانوراسیون و فلوتاسیون داده است. روش های ثقلی و فلوتاسیون گزینه های مناسب برای محیط های حساس و کانسنگ های پیچیده هستند، زیرا علاوه بر راندمان قابل قبول، کمترین اثرات زیست محیطی را دارند.

وضعیت قانونی استفاده از جیوه در استخراج طلا

استفاده از جیوه در استخراج طلا به دلیل خطرات شدید زیست محیطی و بهداشتی، در بسیاری از کشورها محدود یا ممنوع شده است و تحت قوانین ملی و بین المللی قرار دارد.

قوانین بین المللی

کنوانسیون میناماتا درباره جیوه یکی از مهم ترین توافقنامه های جهانی است که هدف آن کاهش تولید، استفاده و انتشار جیوه در سراسر جهان است. طبق این کنوانسیون:

کشورهای عضو موظفند استفاده از جیوه در استخراج طلا را به حداقل برسانند.
انتشار جیوه به محیط زیست باید کنترل و در صورت امکان بازیافت شود.
روش های جایگزین ایمن و کم خطر برای استخراج طلا باید ترویج شوند.

قوانین ملی

در بسیاری از کشورها، به ویژه در اروپا و آمریکای شمالی:

استفاده صنعتی از جیوه تقریباً ممنوع است.
معادن کوچک و سنتی نیز ملزم به استفاده از تجهیزات بازیافت جیوه هستند.
جریمه ها و محدودیت های شدید برای تخلفات زیست محیطی اعمال می شود.