۱۰ حقیقت شگفتانگیز درباره فرآوری طلا که تاکنون نمیدانستید
مقدمه: دنیای اسرارآمیز طلا
طلا از دیرباز نماد ثروت، قدرت و زیبایی بوده است. این فلز زرد رنگ که از اعماق زمین استخراج میشود، سفری شگفتانگیز را از دل سنگهای معدنی تا رسیدن به ویترین طلافروشیها طی میکند. فرآوری طلا یکی از پیچیدهترین و جذابترین فرآیندهای متالورژیکی است که ترکیبی از دانش شیمی، فیزیک و مهندسی را به کار میگیرد. در این مقاله، سفری خواهیم داشت به دنیای شگفتانگیز فرآوری طلا و با ۱۰ حقیقت جالب درباره آن آشنا میشویم که شاید تاکنون نمیدانستید.
۱. برای استخراج یک شمش کوچک، کوهی از سنگ را جابجا میکنیم!
شاید باور نکنید، اما واقعیت تلخ و شیرین صنعت طلا این است که عیار سنگهای معدنی طلا بسیار پایین است. در بسیاری از معادن، عیار سنگ معدن کمتر از ۵ گرم در تن است . یعنی برای بهدست آوردن تنها ۵ گرم طلا، باید یک تن سنگ معدن را استخراج، خرد، آسیاب و فرآوری کرد. این یعنی یک کارخانه فرآوری طلا با ظرفیت متوسط، روزانه هزاران تن سنگ را جابجا میکند تا خروجی قابل توجهی داشته باشد.
برای درک بهتر این موضوع، یک شمش طلای استاندارد یک کیلوگرمی را در نظر بگیرید. برای تولید چنین شمشی، حدود ۲۰۰ تن سنگ معدن باید فرآوری شود. این حجم از سنگ، تقریباً برابر با وزن ۴۰ فیل بزرگ است! بنابراین وقتی یک قطعه طلای کوچک را در دست میگیرید، در واقع حاصل جابجایی و فرآوری حجم عظیمی از سنگ را در دست دارید.
۲. سفر سنگ معدن، از کوه تا پودر نانویی!
سنگهای عظیم استخراج شده از معدن، سفری شگفتانگیز را تجربه میکنند تا به ذرات ریز طلا تبدیل شوند. این سفر با انفجار در معدن شروع میشود و سپس سنگهای درشت به کارخانه فرآوری منتقل میشوند. اولین ایستگاه، سنگشکنهای فکی غولپیکری هستند که سنگها را به قطعات کوچکتر تبدیل میکنند .
سپس نوبت به آسیابهای گلولهای میرسد. این آسیابها استوانههای عظیمی هستند که با گلولههای فولادی پر شده و با چرخش خود، سنگها را آنقدر نرم میکنند تا به پودری با ابعاد کمتر از ۱۰۰ میکرون تبدیل شوند. برای مقایسه، یک تار موی انسان حدود ۷۰ میکرون ضخامت دارد! یعنی پودر سنگ معدن باید به نازکی تار مو یا حتی نازکتر درآید تا ذرات ریز طلا از دل سنگ آزاد شوند.
این فرآیند که “کامینیوشن” (Comminution) نام دارد، یکی از پرهزینهترین مراحل فرآوری طلاست و گاهی تا ۵۰ درصد انرژی مصرفی کل کارخانه را به خود اختصاص میدهد.
۳. طلا آنقدر نرم است که با انگشت میشود آن را خم کرد!
طلای خالص (۲۴ عیار) فلزی فوقالعاده نرم و چکشخوار است. به حدی که با فشار انگشت هم میتوان آن را خم کرد! سختی طلای خالص در مقیاس موس (Mohs) تنها ۲.۵ تا ۳ است . این یعنی تقریباً به نرمی یک ناخن انگشت!
به همین دلیل است که در جواهرسازی هرگز از طلای خالص استفاده نمیکنند، زیرا جواهر ساخته شده از آن خیلی زود شکل خود را از دست میدهد و خراش برمیدارد. در عوض، طلا را با فلزاتی مثل نقره و مس ترکیب میکنند تا استحکام پیدا کند. این ترکیبها با عیارهای مختلف (مثلاً ۱۸ عیار یا ۱۴ عیار) به بازار عرضه میشوند.
در فرآوری طلا هم این نرمی یک چالش محسوب میشود. وقتی طلای خالص به دست میآید، باید بسیار مراقب بود تا در مراحل بعدی دچار آسیب یا پرتی نشود. به همین دلیل، در کارخانههای مدرن، طلای استخراج شده را سریعاً به شمش تبدیل میکنند تا خطر کاهش پیدا کند.
۴. خاصیت انعطافپذیری باورنکردنی: سیمی به دور دنیا!
یکی از شگفتانگیزترین ویژگیهای طلا، چکشخواری و قابلیت شکلپذیری فوقالعاده آن است. یک اونس طلا (حدود ۳۱ گرم) را میتوان آنقدر نازک کرد که به سیمی به طول ۸۰ کیلومتر تبدیل شود! برای تصور بهتر، این سیم میتواند ۸۰ برابر ارتفاع بلندترین برج جهان را دور بزند.
همچنین میتوان همین مقدار طلا را چکش زد تا به ورق نازکی به مساحت ۱۰۰ متر مربع تبدیل گردد. به عبارت دیگر، با یک اونس طلا میتوان یک اتاق ۱۰ در ۱۰ متر را به طور کامل با ورق طلا پوشاند! این ویژگی در فرآوری طلا بسیار حائز اهمیت است. وقتی طلا به صورت یون در محلول سیانور حل میشود، سپس روی الکترودها رسوب میکند و میتوان آن را به صورت لایههای نازک بازیابی کرد. این خاصیت در ساخت قطعات الکترونیکی و همچنین در تولید شمشهای طلا نقش مهمی دارد.
۵. زبالههای الکترونیکی شما، از سنگ معدن غنیتر هستند!
شاید تعجب کنید اگر بدانید که زبالههای الکترونیکی شما، به ویژه بردهای مدار چاپی تلفنهای همراه و کامپیوترهای قدیمی، از بسیاری از سنگهای معدنی طلا غنیتر هستند! در حالی که عیار سنگ معدن طلا در بسیاری از معادن بین ۳ تا ۱۰ گرم در تن است , عیار طلا در بردهای الکترونیکی گاهی به ۲۰۰ تا ۳۰۰ گرم در تن هم میرسد.
دلیل این موضوع این است که طلا به دلیل رسانایی عالی و مقاومت در برابر خوردگی، به طور گسترده در اتصالات الکترونیکی، پردازندهها و حافظهها استفاده میشود. در هر تلفن همراه، مقدار بسیار کمی طلا (حدود ۰.۰۳۴ گرم) به کار رفته است. اما وقتی میلیونها تلفن همراه به زباله تبدیل میشوند، بازیافت طلای آنها به یک صنعت سودآور و دوستدار محیط زیست تبدیل میشود.
امروزه حدود ۳۰۰ تن طلا در سال از طریق بازیافت مواد مختلف از جمله ضایعات الکترونیکی تأمین میشود. فرآیند بازیافت طلا از زبالههای الکترونیکی شامل خردایش، جداسازی فیزیکی، و سپس استفاده از روشهای شیمیایی مشابه فرآوری سنگ معدن است.
۶. در اقیانوسها ۲۰ میلیون تن طلا وجود دارد!
تحقیقات علمی نشان داده که در آبهای اقیانوسهای جهان، حدود ۲۰ میلیون تن طلا به صورت حل شده وجود دارد! اگر این مقدار طلا را استخراج کنیم، برای هر انسان روی کره زمین بیش از ۲.۵ کیلوگرم طلا سهم خواهد بود. اما مشکل اینجاست که غلظت طلا در آب دریا به قدری پایین است (چند قسمت در تریلیون) که با فناوری فعلی، استخراج آن مقرون به صرفه نیست.
برای درک این غلظت ناچیز، کافی است بدانیم که برای استخراج یک گرم طلا از آب دریا، باید حدود ۱۰۰ میلیون لیتر آب دریا را فرآوری کرد! این حجم آب، معادل آب مصرفی روزانه ۲ میلیون نفر است. بنابراین تا زمانی که فناوری جدیدی کشف نشود که بتواند با صرف انرژی بسیار کم، طلا را از آب جدا کند، این گنجینه عظیم دستنیافتنی باقی خواهد ماند.
۷. فرآوری طلا با سیانور؛ فرآیندی که ۱۳۰ سال پیش کشف شد!
شاید تصور کنید که فرآوری طلا با سیانور یک فناوری جدید است، اما این روش بیش از ۱۳۰ سال قدمت دارد. در سال ۱۸۸۷، جان استوارت مکآرتور و برادران رابرت و ویلیام فارست در گلاسگو، اسکاتلند، فرآیند سیانوراسیون را برای استخراج طلا از سنگ معدن توسعه دادند . این کشف انقلابی در صنعت طلا ایجاد کرد، زیرا تا پیش از آن، روشهای قدیمی مانند آمالگاماسیون با جیوه، بازدهی بسیار پایینی برای سنگهای سولفیدی داشتند.
فرآیند سیانوراسیون بر پایه واکنش معروف السنر (Elsner) استوار است:
۴Au + ۸NaCN + O₂ + ۲H₂O → ۴Na[Au(CN)₂] + ۴NaOH
در این واکنش، طلا در حضور اکسیژن و سیانور سدیم حل میشود و یک کمپلکس محلول به نام سیانور طلا تشکیل میدهد. سپس این محلول از سنگ معدن جدا شده و طلا از آن بازیابی میشود. نکته جالب این است که تا سال ۱۸۹۶، یعنی ۹ سال پس از کشف این فرآیند، دانشمندان متوجه شدند که اکسیژن برای این واکنش ضروری است . پیش از آن، تصور میکردند که سیانور به تنهایی کافی است!
امروزه فرآیند سیانوراسیون همچنان اصلیترین روش استخراج طلا در جهان است و سالانه میلیاردها تن سیانور سدیم برای این منظور تولید میشود.
۸. طلای مقاوم (Refractory Gold)؛ چالشی که مهندسان را به فکر واداشت
همه سنگهای معدن طلا را نمیتوان با روش سیانوراسیون معمولی فرآوری کرد. حدود یکسوم تولید طلای جهان از سنگهایی به دست میآید که به آنها “طلای مقاوم” یا Refractory Gold گفته میشود. در این نوع سنگها، ذرات ریز طلا در داخل کانیهای سولفیدی مانند پیریت (طلای احمقها) یا آرسنوپیریت محبوس شدهاند و محلول سیانور نمیتواند به آنها دسترسی پیدا کند .
علاوه بر این، بعضی سنگها حاوی کربن آلی هستند که مانند کربن فعال عمل کرده و طلای حل شده را قبل از اینکه بتوانیم بازیابی کنیم، از محلول جذب میکنند. به این پدیده “Preg-robbing” میگویند .
برای فرآوری این نوع سنگها، مهندسان روشهای پیشفرآوری خاصی ابداع کردهاند:
-
برشتهکاری (Roasting): حرارت دادن سنگ در دمای بالا برای اکسید کردن سولفورها و حذف کربن آلی
-
اکسیداسیون تحت فشار (Pressure Oxidation): استفاده از اتوکلاوهای بزرگ در دما و فشار بالا برای اکسید کردن سولفورها
-
اکسیداسیون زیستی (Bio-oxidation): استفاده از باکتریهای خاص که کانیهای سولفیدی را اکسید میکنند
این روشها هزینه فرآوری را به شدت افزایش میدهند، اما تنها راه دسترسی به طلای محبوس شده در این سنگها هستند.
۹. جیوه؛ دوست قدیمی و دشمن خطرناک طلا
پیش از کشف فرآیند سیانوراسیون، اصلیترین روش استخراج طلا، استفاده از جیوه بود. این روش که “آمالگاماسیون” نام دارد، بر اساس توانایی جیوه در حل کردن طلا و تشکیل آمالگاماسیون (نوعی آلیاژ مایع) استوار است. سنگ معدن خرد شده را با جیوه مخلوط میکردند، جیوه ذرات طلا را در خود حل میکرد، سپس آمالگاماسیون را از سنگ جدا کرده و با تقطیر جیوه را تبخیر و طلا را بازیابی میکردند.
اگرچه این روش ساده و مؤثر بود، اما یک مشکل بزرگ داشت: بخار جیوه به شدت سمی است و مسمومیت با جیوه میتواند منجر به آسیبهای عصبی شدید، نارسایی کلیوی و حتی مرگ شود. در دوران طلاسازی در کالیفرنیا در قرن نوزدهم، بیش از ۴.۵ میلیون کیلوگرم جیوه وارد محیط زیست شد که هنوز هم اثرات آن در رودخانههای کالیفرنیا مشاهده میشود.
امروزه استفاده صنعتی از جیوه در کشورهای توسعهیافته متوقف شده است، اما متأسفانه در معادن کوچک و غیرقانونی در برخی کشورهای در حال توسعه همچنان از این روش استفاده میشود. سازمان بهداشت جهانی تخمین میزند که حدود ۱۰ تا ۱۵ میلیون معدنچی خردهپا در سراسر جهان، از جمله زنان و کودکان، در معرض خطر مسمومیت با جیوه قرار دارند.
اگر سنگ معدن حاوی جیوه باشد، قبل از ذوب کردن باید جیوه را با دستگاههای خاصی به نام “رتورت” (Retort) از کنسانتره طلا جدا کرد. در این دستگاه، مواد حرارت داده میشوند، جیوه تبخیر و در یک محفظه سرد شده، مایع شده و جمعآوری میشود. این کار از انتشار بخار سمی جیوه در محیط کارخانه جلوگیری میکند.
۱۰. ذوب و پالایش؛ جایی که طلا متولد میشود!
آخرین مرحله فرآوری طلا، ذوب و پالایش است. در این مرحله، کنسانتره طلا که ممکن است حاوی فلزات دیگری مانند نقره، مس، روی و سرب باشد، در کورههای مخصوص ذوب میشود. اما قبل از ذوب، اگر کنسانتره حاوی جیوه باشد، باید آن را با دستگاه رتورت جدا کرد.
فرآیند ذوب در دمای بین ۱۱۵۰ تا ۱۴۵۰ درجه سانتیگراد انجام میشود . به مواد ذوب شونده، موادی به نام “فلاکس” (Flux) اضافه میکنند که وظیفه دارند ناخالصیها را جذب کرده و از طلا جدا کنند. ترکیب فلاکس شامل بوراکس، سیلیس، نیترات سدیم، کربنات سدیم و فلورسپار است که هر کدام نقش خاصی در جداسازی ناخالصیها دارند.
پس از ذوب، دو لایه مجزا تشکیل میشود:
-
لایه پایینی: آلیاژ طلا و نقره که سنگینتر است و در کف کوره جمع میشود
-
لایه بالایی: سرباره (Slag) که شامل ناخالصیهاست و سبکتر است
پس از جداسازی سرباره، آلیاژ طلا و نقره را در قالبهای مخصوص ریخته و شمشهای طلا (Dore Bars) تولید میکنند.
برای تولید طلای خالص ۹۹.۹۹% (طلای ۲۴ عیار)، دو روش اصلی وجود دارد:
-
فرآیند میلر (Miller Process): در این روش، گاز کلر از داخل طلای مذاب عبور داده میشود. کلر با ناخالصیها واکنش داده و آنها را به صورت کلرید جدا میکند، اما با طلا واکنش نمیدهد. این روش سریع و ارزان است و طلای ۹۹.۹۵% تولید میکند.
-
فرآیند وولویل (Wohlwill Process): این یک روش الکترولیتی است که در آن طلای ناخالص به عنوان آند و طلای خالص به عنوان کاتد در الکترولیت اسید کلرواوریک قرار میگیرد. با عبور جریان الکتریسیته، طلای خالص روی کاتد رسوب میکند. این روش پیچیدهتر و گرانتر است، اما طلایی با خلوص ۹۹.۹۹۹% تولید میکند.
نتیجهگیری
فرآوری طلا ترکیبی شگفتانگیز از علم، فناوری و هنر است. از اعماق معادن تاریک تا کورههای داغ پالایشگاهها، سفری طولانی و پرماجرا در انتظار این فلز گرانبهاست. آشنایی با این فرآیندها نه تنها برای فعالان صنعت معدن، بلکه برای همه کسانی که با طلا سروکار دارند، جذاب و آموزنده است.
بومیسازی تجهیزات و دانش فنی فرآوری طلا در ایران، گامی مهم در جهت کاهش وابستگی به خارج، ایجاد اشتغال و افزایش ارزش افزوده در صنعت معدن کشور است. شرکتهای دانشبنیان ایرانی همچون طاشکو با تکیه بر توان داخلی، توانستهاند بسیاری از تجهیزات کلیدی خطوط فرآوری طلا را طراحی و ساخته و گام بلندی در این مسیر بردارند.
برخی از منابع و مآخذ: