Bagaimanakah Penyelesaian Kalium Sianida Pekat Panas (5–10%) pada 50–80 darjah Mengubah Ketebalan Dinding Sarung Kuarza yang Diperlukan untuk Perlombongan Emas dan Pemanas Penyaduran Elektronik?

Pengkompleksan Alkali Penyelesaian Sianida Panas Serangan Silika Bercantum

KCN ialah bahan pengikat utama dalam perlombongan emas (proses sianidasi) dan komponen elektrolit utama dalam penyaduran emas, perak dan tembaga. Kepekatan biasa ialah 5-10% mengikut berat dalam larutan akueus, dengan suhu operasi 50-80oC (dinaikkan untuk meningkatkan kadar larut lesap atau meningkatkan kualiti penyaduran). Hidrolisis sianida menghasilkan CN− + H2O ⇌ HCN + OH− . Ini menjadikan larutan agak beralkali (pH 11-12). Dalam larutan sianida, pemanas rendaman kuarza kadangkala digunakan kerana silika bercantum mempunyai rintangan yang tinggi terhadap kebanyakan larutan beralkali. Tetapi sianida pekat yang dipanaskan mempunyai mekanisme menghakisnya sendiri. Hidrolisis menghasilkan ion hidroksida (OH-) yang menyerang rangkaian silika dan menghasilkan silikat larut. Ion sianida (CN − ) juga merupakan agen pengkompleks yang kuat, mampu membentuk kompleks silikon-sianida larut (walaupun kurang stabil daripada serangan hidroksida). Kadar kakisan adalah setanding dengan natrium hidroksida cair pada pH yang sama tetapi dengan komponen pengkompleksan ditambah. Dalam kerja ini kesan kepekatan KCN (5-10%), suhu (50-80 darjah ) dan pH larutan ke atas kadar kakisan seragam silika bercantum dikira. Ketebalan dinding sarung kuarza yang diperlukan untuk perlombongan emas dan pemanas penyaduran elektrik dalam selang perkhidmatan praktikal (2,000 hingga 8,000 jam) diperolehi.

Kinetik kakisan silika bercantum dalam kalium sianida panas

Hakisan kuarza dalam larutan KCN adalah disebabkan oleh ion hidroksida yang dihasilkan oleh hidrolisis sianida. pH adalah sekitar 11.5-12.0 pada 25 darjah 5% KCN (lebih kurang. 0.8 M) pH naik sedikit pada 70 darjah kerana lebih banyak hidrolisis (pKa HCN ialah 9.2 pada 25 darjah , lebih rendah pada suhu yang lebih tinggi). Kepekatan OH- ialah 0.001-0.01 M. Ini kira-kira 0.1% NaOH. Ion sianida itu sendiri juga mungkin terlibat secara langsung dalam serangan: CN− boleh menyelaras dengan atom silikon di permukaan, melemahkan pautan Si-O-Si dan membolehkan hidrolisis. Hasil akhir ialah kadar kakisan 20-40% lebih tinggi daripada NaOH pada pH yang sama.

Ujian rendaman dalam 8% KCN pada 70 darjah kuarza bercantum ketulenan tinggi menunjukkan kadar kakisan yang konsisten 0.0005-0.001 mm/jam. Pada 80 darjah kadar meningkat sehingga 0.001-0.002 mm/jam. Pada 50 darjah kadarnya ialah 0.0002–0.0004 mm/jam. Sebagai perbandingan, kuarza menghakis pada 0.0003-0.0006 mm/jam dalam 0.01 M NaOH (pH 12) pada 70 darjah . Sarung kuarza 2.0 mm pada 70 darjah akan kehilangan 0.0008 mm/jam × 2,500 jam=2.0 mm, atau jangka hayat kira-kira 2,500 jam (3.5 bulan). 3.0 dinding mm 3,750 jam 4.0 mm dinding 5.000 jam Untuk perlombongan berterusan 3 mm bagi emas-4. Apabila disadur elektrik pada suhu yang lebih rendah (50-60 darjah ) hayatnya jauh lebih lama.

Isu Pitting dan Keselamatan Setempat

Larutan sianida agak beracun, dan kegagalan pemanas adalah bahaya keselamatan. Pemanas logam menghakis dengan cepat dan boleh menyebabkan kekotoran logam yang menghalang pemulihan emas. Oleh itu pemanas kuarza digunakan. Tetapi jika kuarza pecah, elemen pemanas (biasanya NiCr atau keluli tahan karat) mungkin bertindak balas dengan sianida, mungkin menghasilkan asap beracun. Dinding kuarza yang lebih tebal menawarkan penampan keselamatan yang lebih besar terhadap keretakan akibat tekanan haba atau daya mekanikal. Untuk perkhidmatan sianida, ketebalan dinding minimum 2.5 mm dicadangkan tanpa mengira anggaran kakisan.

Penghabluran sianida adalah bahaya di zon meniskus. Kalium sianida adalah deliquescent dan boleh menghasilkan lapisan alkali pekat yang menggalakkan serangan. Perisai wap atau sarung atas yang dipanaskan menghalang penghabluran.

Penalti Terma Dinding Tebal dalam Penyelesaian Sianida

Pada 70 darjah kekonduksian terma larutan kalium sianida pada 8% adalah kira-kira 0.60–0.65 W/(m·K)-sama dengan air. Untuk R_cond dinding 2.5 mm=0.00181, untuk R_cond dinding 4.0 mm=0.00290. Untuk h=800 W/(m2K) U berkurangan daripada ~380 kepada 280 W/(m2K), pengurangan sebanyak 26%. Penalti ini boleh diterima kerana terdapat faedah keselamatan untuk mempunyai dinding yang lebih tebal.

Matriks Pemilihan Berdasarkan Senario

Senario Aplikasi Disyorkan Ketebalan Dinding 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/j Margin keselamatan terhadap keretakan disediakan oleh dinding yang lebih tebal. U ≈ 300-350 W/(m2·K)
Electroplating (5 % KCN, 55 C, continuous) 2.5 – 3.0 mm Rate ~0.0003 mm/hour → 3.0 mm yields >10,000 jam. Margin keselamatan adalah satu kemestian.
Sianida makmal (kepekatan rendah, 50 darjah ) 2.0 – 2.5 mm Boleh diterima, tetapi mesti dipantau dengan teliti.
Perubahan reka bentuk yang melengkapi: Kakisan dikurangkan dengan mengekalkan suhu rendah (di bawah 70 darjah ). Penambahan kapur (CaO) menstabilkan sianida dan meminimumkan hidrolisis. Pemeriksaan kerap untuk ketebalan adalah satu kemestian. Penghalang wap PTFE melindungi daripada serangan meniskus.