Serangan Pengkompleksan Beralkali Penyelesaian Sianida Panas pada Silika Bercantum
Potassium cyanide (KCN) ialah bahan pengikat penting dalam perlombongan emas (proses sianidasi) dan komponen elektrolit utama dalam penyaduran emas, perak dan tembaga. Kepekatan biasa berjulat dari 5–10% mengikut berat dalam larutan akueus, dengan suhu operasi 50–80 darjah (dinaikkan untuk mempercepatkan kadar larut lesap atau meningkatkan kualiti penyaduran). Larutannya sangat beralkali (pH 11–12) disebabkan oleh hidrolisis sianida: CN⁻ + H₂O ⇌ HCN + OH⁻. Pemanas rendaman kuarza kadangkala digunakan dalam larutan sianida kerana silika bercantum menawarkan rintangan yang sangat baik terhadap kebanyakan larutan beralkali. Walau bagaimanapun, sianida pekat panas membentangkan mekanisme kakisan yang unik. Ion hidroksida (OH⁻) daripada hidrolisis menyerang rangkaian silika, membentuk silikat larut. Selain itu, ion sianida (CN⁻) ialah agen pengkompleks yang kuat yang boleh membentuk kompleks{14}}sianida silikon larut (walaupun ini kurang stabil daripada serangan hidroksida). Kadar kakisan adalah setanding dengan natrium hidroksida cair pada pH yang sama tetapi dengan komponen kompleksasi tambahan. Analisis ini mengukur bagaimana kepekatan KCN (5–10%), suhu (50–80 darjah ), dan pH larutan mempengaruhi kadar kakisan seragam silika bercantum. Ketebalan dinding sarung kuarza yang diperlukan untuk mencapai selang perkhidmatan praktikal (2,000–8,000 jam) dalam perlombongan emas dan pemanas penyaduran diperolehi.
Kinetik Kakisan Silika Bercantum dalam Sianida Kalium Panas
Kakisan kuarza dalam larutan KCN didorong oleh ion hidroksida daripada hidrolisis sianida. Pada 5% KCN (kira-kira 0.8 M), pH pada 25 darjah adalah lebih kurang 11.5–12.0. Pada 70 darjah, pH meningkat sedikit disebabkan peningkatan hidrolisis (pKa HCN ialah 9.2 pada 25 darjah, menurun pada suhu yang lebih tinggi). Kepekatan OH⁻ ialah 0.001–0.01 M, serupa dengan 0.1% NaOH. Ion sianida juga boleh mengambil bahagian secara langsung dalam serangan: CN⁻ boleh menyelaraskan kepada atom silikon di permukaan, melemahkan ikatan Si-O-Si dan memudahkan hidrolisis. Kesan bersih ialah kadar kakisan kira-kira 20–40% lebih tinggi daripada NaOH pada pH yang sama.
Ujian rendaman kuarza bercantum-ketulenan tinggi dalam 8% KCN pada 70 darjah menunjukkan kadar kakisan seragam 0.0005–0.001 mm/jam. Pada 80 darjah, kadar meningkat kepada 0.001–0.002 mm/jam. Pada 50 darjah, kadarnya ialah 0.0002–0.0004 mm/jam. Sebagai perbandingan, 0.01 M NaOH (pH 12) pada 70 darjah menghakis kuarza pada 0.0003–0.0006 mm/jam. Pada 70 darjah , sarung kuarza 2.0 mm akan kehilangan 0.0008 mm/jam × 2,500 jam=2.0 mm, memberikan hayat lebih kurang 2,500 jam (3.5 bulan). Dinding 3.0 mm menyediakan 3,750 jam; dinding 4.0 mm menyediakan 5,000 jam. Untuk operasi perlombongan emas yang berjalan secara berterusan, dinding 3.0–4.0 mm dengan penggantian suku tahunan adalah praktikal. Untuk penyaduran elektrik pada suhu yang lebih rendah (50–60 darjah ), hayat lebih lama dengan ketara.
Pertimbangan Pitting dan Keselamatan Setempat
Larutan sianida adalah sangat toksik, dan sebarang kegagalan pemanas menimbulkan risiko keselamatan. Pemanas kuarza lebih disukai berbanding pemanas logam kerana ia tidak menghakis dengan cepat dan tidak memperkenalkan bahan cemar logam yang boleh menjejaskan pemulihan emas. Walau bagaimanapun, jika kuarza retak, elemen pemanas (biasanya NiCr atau keluli tahan karat) boleh bertindak balas dengan sianida, yang berpotensi menghasilkan gas toksik. Dinding kuarza yang lebih tebal memberikan margin keselamatan yang lebih besar daripada retak akibat tekanan haba atau kesan mekanikal. Untuk perkhidmatan sianida, ketebalan dinding minimum 2.5 mm disyorkan tanpa mengira pengiraan kakisan.
Zon meniskus terdedah kepada penghabluran sianida. Kalium sianida adalah deliquescent dan boleh membentuk filem alkali pekat yang mempercepatkan serangan. Perisai wap atau sarung atas yang dipanaskan menghalang penghabluran.
Penalti Terma Dinding Tebal dalam Penyelesaian Sianida
Larutan kalium sianida pada 8% dan 70 darjah mempunyai kekonduksian terma kira-kira 0.60–0.65 W/(m·K)-serupa dengan air. Untuk dinding 2.5 mm, R_cond=0.00181; untuk dinding 4.0 mm, R_cond=0.00290. Dengan h=800 W/(m²·K), U jatuh daripada kira-kira 380 kepada 280 W/(m²·K), pengurangan sebanyak 26%. Penalti ini boleh diterima memandangkan faedah keselamatan dinding yang lebih tebal.
Senario-Matriks Pemilihan Berasaskan
| Senario Aplikasi | Ketebalan Dinding yang Disyorkan | Rasional Teras |
|---|---|---|
| Sianidasi emas (8% KCN, 70 darjah, berterusan, penggantian 3 bulan) | 3.0 – 4.0 mm, kuarza ketulenan-tinggi | Kadar kakisan ~0.0008 mm/jam. Dinding yang lebih tebal memberikan margin keselamatan terhadap keretakan. U ≈ 300–350 W/(m²·K). |
| Penyaduran elektrik (5% KCN, 55 darjah, berterusan) | 2.5 – 3.0 mm | Rate ~0.0003 mm/hour → 3.0 mm provides >10,000 jam. Margin keselamatan penting. |
| Sianida makmal (kepekatan rendah, 50 darjah) | 2.0 – 2.5 mm | Boleh diterima dengan pemantauan yang teliti. |
Pengubahsuaian Reka Bentuk Pelengkap:Mengekalkan suhu rendah (di bawah 70 darjah) mengurangkan kakisan. Menambah kapur (CaO) menstabilkan sianida dan mengurangkan hidrolisis. Pemantauan ketebalan tetap adalah penting. Perisai wap PTFE menghalang serangan meniskus.
