روش‌های استخراج طلا؛ از معدن روباز و زیرزمینی تا لاوک‌شویی سنتی و بیولیچینگ مدرن

خلاصه مقاله

طلا فلزی باارزش و استراتژیک است و کشورهای دارای معدن طلا، علی‌رغم پایین‌تر شدن عیار ذخایر شناخته‌شده و افزایش عمق استخراج، همواره با تکیه بر فناوری‌های پیشرفته‌تر، استخراج و استحصال سنگ‌های طلادار را ادامه داده‌اند؛ چنان‌که عیار سنگ معدن قابل‌استخراج در گذشته در آفریقا بیش از ۲۰ گرم در تن بود، در حالی‌که امروزه در برخی معادن روباز استرالیا و آمریکا عیاری حدود ۰.۵ گرم در تن نیز اقتصادی تلقی می‌شود.
استخراج طلا در کل به دو روش کلی روباز و زیرزمینی انجام می‌شود که هرکدام زیرروش‌های فنی خاص خود را دارند؛ از سوی دیگر، برای طلای آبرفتی (پلاسر) روش‌های جداگانه‌ای مانند لاوک‌شویی سنتی، جعبه‌ی شن‌شویی، دستگاه گلداسپیر و لاروب به کار می‌رود، و برای کانی‌های طلای مقاوم که با سیانوراسیون معمولی بازیابی پایینی دارند، روش نسبتاً نوین بیولیچینگ (لیچینگ زیستی) استفاده می‌شود. در ادامه، تمام این روش‌ها به‌صورت کامل و طبقه‌بندی‌شده توضیح داده شده‌اند.

چرا روش استخراج طلا این‌قدر اهمیت دارد؟

طلا به‌عنوان یکی از فلزات گران‌قیمت و ارزشمند، علاوه بر مصارف زینتی، می‌تواند در سیستم پولی هر کشور بر مهار تورم تأثیر بسیار مؤثری داشته باشد؛ به همین دلیل شناسایی و اکتشاف ذخایر طلا — حتی اگر در زمین باقی بماند (بر جا) — نیز اثر ضدتورمی دارد. اما این اثر زمانی کاملاً مشهود و قابل‌لمس می‌شود که عملیات فرآوری و استحصال طلا از کانسنگ مربوط هم به‌طور کامل انجام شود؛ یعنی صرف شناسایی ذخیره کافی نیست و باید بتوان آن را عملاً استخراج و فرآوری کرد.

روند کلی صنعت هم نشان‌دهنده‌ی همین واقعیت است: کشورهایی که سال‌های متمادی تولیدکننده‌ی طلا بوده‌اند، با وجود پایین‌تر رفتن عیار ذخایر باقی‌مانده و افزایش عمق معادن، با تکیه بر فناوری پیشرفته‌تر استخراج و استحصال، همچنان به کار خود ادامه داده‌اند.
برای مثال، در حالی‌که در گذشته در آفریقا سنگ معدنی با عیار بیش از ۲۰ گرم در تن استخراج و استحصال می‌شد، امروزه از برخی معادن روباز استرالیا و آمریکا سنگ معدنی با عیار تنها حدود ۰.۵ گرم در تن نیز استخراج می‌گردد؛ این یعنی فناوری استخراج طی دهه‌ها، اقتصادی بودن استحصال عیارهای بسیار پایین‌تر را هم ممکن کرده است.

به‌طور کلی، استخراج انواع سنگ معدن طلا از دو روش عمومی پیروی می‌کند: روباز و زیرزمینی. انتخاب میان این دو روش، تابع چند عامل فنی و اقتصادی مشخص است که در ادامه بررسی می‌شوند.

معدن روباز در برابر معدن زیرزمینی؛ چه عاملی تعیین‌کننده است؟

استخراج سنگ معدن از معادن روباز به‌مراتب ساده‌تر است و با سرمایه‌گذاری و هزینه‌های عملیاتی کمتری قابل‌انجام است. طبق آمار ذکرشده در منبع، در حال حاضر حدود ۶۵ درصد استخراج سنگ‌های طلادار در آمریکا از معادن روباز و ۳۵ درصد از معادن زیرزمینی صورت می‌گیرد.

نکته‌ی قابل‌توجه (ابهام عددی در متن منبع): در بخش دیگری از همین مقاله، آمار متفاوتی هم آمده است: «بیش از ۹۰ درصد سنگ‌های معدنی طلادار اولیه‌ی کشورهای غربی عمدتاً به‌صورت زیرزمینی استخراج می‌گردد» و در ادامه‌ی همان بند: «در آفریقای جنوبی و کانادا به ترتیب ۱۰۰ درصد و ۷۰ درصد معادن به روش زیرزمینی، ولی در آمریکا حدود ۳.۵ درصد به روش زیرزمینی و بقیه معادن به روش روباز استخراج می‌گردند.»
این رقم (۳.۵ درصد زیرزمینی در آمریکا) با رقم «۳۵ درصد زیرزمینی در آمریکا» که در بخش نخست مقاله آمده همخوانی ندارد. از آنجا که دستورالعمل این پروژه، عدم حدس‌زنی یا اصلاح خودسرانه‌ی داده‌هاست، هر دو رقم همان‌طور که در منبع آمده گزارش شد؛ به نظر می‌رسد یکی از این دو رقم در متن اصلی دچار خطای تایپی یا انتقال داده بوده است و خواننده برای دقت بیشتر باید به منابع تخصصی‌تر مراجعه کند.

مهم‌ترین عواملی که انتخاب بین روش روباز و زیرزمینی را تعیین می‌کنند، هزینه‌های استخراج و بازیافت سنگ معدن هستند. در معادن روباز، چون هزینه‌ی باطله‌برداری و جداسازی باطله‌ی موجود در ذخیره جزء هزینه‌های استخراج محسوب می‌شود، «نسبت باطله‌برداری به سنگ معدن استخراجی» — که اصطلاحاً Stripping Ratio نامیده می‌شود — به‌عنوان معیار اصلی مقایسه‌ی هزینه‌های استخراج روباز و زیرزمینی به کار می‌رود.

طبق متن منبع، هزینه‌ی استخراج هر تن سنگ معدن به روش روباز معمولاً کمتر از نصف هزینه‌ی استخراج به روش زیرزمینی است، و این نسبت در برخی موارد می‌تواند تا یک‌دهم هم کاهش یابد. عوامل اصلی پایین‌تر بودن هزینه‌ی استخراج روباز عبارت‌اند از: نسبت باطله‌داری معدن (Stripping Ratio)، ظرفیت استخراج، و نوع سنگ معدن.

ساده‌ترین نوع معادن روباز، معادنی با سنگ‌های آبرفتی و بسیار نرم هستند که اصلاً نیازی به حفاری و آتش‌باری ندارند (نظیر بسیاری از معادن این‌چنینی در روسیه)؛ در این معادن با دستگاه‌های بزرگ و متحرک معدنی، ماده‌ی معدنی نرم مستقیماً استخراج و به محل بارگیری منتقل می‌شود و هزینه‌ی استخراج به‌دلیل نبود حفاری و آتش‌باری، به‌مراتب پایین‌تر از معادن معمولی است.

کدام نوع کانسار، روباز استخراج می‌شود و کدام زیرزمینی؟

انتخاب روش کانسارهای روباز معمولاً زمانی مناسب است که کانسار از نظر نزدیکی به سطح زمین در شرایط مطلوبی قرار داشته باشد. اگر کانسار در عمق و در فاصله‌ای بیش از حد بهینه (اپتیمم) از سطح زمین واقع باشد، روش زیرزمینی ترجیح داده می‌شود. حد انتخاب بین روش روباز و زیرزمینی، بر اساس محاسبه‌ی همان نسبت Stripping Ratio و با توجه به عمق کانسار انجام می‌گیرد.

کاربرد روش‌های مختلف در کانسارهای طلا، به نحوه‌ی تشکیل ماده‌ی معدنی و شکل رگه یا توده بستگی کامل دارد:

• کانسارهای رگه‌ای که معمولاً در اعماق زیاد یافت می‌شوند، معمولاً به روش زیرزمینی (از جمله Cut & Fill) استخراج می‌شوند. هرچه عیار رگه بیشتر باشد، عمق قابل‌استخراج و پیچیدگی رگه هم می‌تواند افزایش یابد؛ برای نمونه، عیار بیش از ۱۰ گرم در تن با ضخامت رگه‌ی حداقل ۲۰ سانتی‌متر در معادن بسیار عمیق هم قابل‌استخراج است، در حالی‌که با کاهش عیار (تا حدود ۳ گرم در تن)، استخراج معمولاً به روش زیرزمینی نزدیک به سطح زمین محدود می‌شود.
• کانسارهای توده‌ای با رگه‌های ضخیم معمولاً عیار پایین‌تری دارند (تا حداقل یک گرم در تن)، اما چون معمولاً ذخیره‌ی بزرگی دارند، امکان استفاده از دستگاه‌های مکانیزه و استخراج روباز در آن‌ها بیشتر است. این کانسارها به‌دلیل عیار کم، معمولاً با روش‌های ارزان‌قیمتی نظیر شستشوی توده‌ای (Heap Leaching) استحصال می‌شوند.

روش‌های استخراج زیرزمینی طلا

بیش از ۹۰ درصد سنگ‌های معدنی طلادار اولیه‌ی کشورهای غربی عمدتاً به‌صورت زیرزمینی استخراج می‌شود. طبق متن منبع، در آفریقای جنوبی و کانادا به‌ترتیب ۱۰۰ درصد و ۷۰ درصد معادن به روش زیرزمینی استخراج می‌شوند (و آمار متناقض درباره‌ی سهم زیرزمینی در آمریکا، همان‌طور که بالاتر اشاره شد، به‌طور کامل گزارش و پرچم‌گذاری شده است).

روش‌های استخراج زیرزمینی طلا، شامل روش‌های قدیمی و جدیدتری هستند که به شرح زیر فهرست شده‌اند:

1. Drill and Blast (حفاری و آتش‌باری)
2. Cut and Fill Stoping
3. Shrinkage Stoping
4. Sub Level Stoping
5. Open Stoping
6. Square Set Stoping

بیشتر معادن زیرزمینی رگه‌ای در اعماق زیاد (معمولاً یک تا ۴ کیلومتر) قرار دارند. برای نمونه، در آفریقای جنوبی حدود ۲۵۰ هزار تن سنگ به‌صورت ماهیانه استخراج می‌شود، بیش از ۱۲۵ کیلومتر تونل در سال حفاری می‌شود و بیش از ۸۰۰۰ نفر کارگر معدن در این بخش مشغول‌اند؛ رگه‌های طلادار این معادن در اعماق، ضخامتی در حدود ۱۰ تا ۳۰ سانتی‌متر دارند.

مهم‌ترین مسائل فنی مطرح در استخراج زیرزمینی عبارت‌اند از: درجه‌حرارت بالا، ترک‌خوردگی و ریزش سنگ، و مشکلات مربوط به استفاده از دستگاه‌های مکانیزه در فضای محدود زیرزمینی.
از آنجا که هزینه‌ی انتقال سنگ معدن از اعماق معدن تا سطح زمین سهم بزرگی از قیمت تمام‌شده‌ی استخراج را تشکیل می‌دهد، در معادن زیرزمینی سعی می‌شود تا حد امکان، جداسازی سنگ‌های باطله از سنگ اصلی همان زیر زمین انجام شود (نه بعد از انتقال به سطح).

روش‌های استخراج روباز طلا

در معادن روباز، استفاده از روش‌های مدرن و مکانیزه متداول است. از نظر ظرفیت، معادن روباز نسبتاً کوچک‌تر از معادن زیرزمینی هستند و به تجهیزات مکانیکی کوچک‌تری نیاز دارند. نمونه‌ی بارز این نوع معادن، کانسارهای Cortez و Carlin در آمریکا هستند که استخراج آن‌ها از دهه‌ی ۱۹۶۰ آغاز شده است.

در ایران، منبع این مقاله از معدن طلای چاه خاتون موته (اصفهان) به‌عنوان نمونه‌ای از معدن روباز پلکانی نام می‌برد. باز کردن معدن و ایجاد پله‌ها، در صورت نرم بودن طبقات تشکیل‌دهنده‌ی سنگ معدن، با بلدوزر انجام می‌شود؛ پس از آماده شدن پله‌ها، استخراج و بهره‌برداری ماده‌ی معدنی هم با بلدوزر و ماشین‌آلات بارگیری و حمل صورت می‌گیرد و در برخی موارد از ماشین‌آلات مدرن‌تری برای بهره‌گیری از نوار نقاله استفاده می‌شود.
اگر مواد تشکیل‌دهنده‌ی ماده‌ی معدنی از سنگ‌های سخت و وسیلیسی باشند، استخراج و بهره‌برداری با وسیله‌ی حفر چال و آتش‌باری با مواد ناریه انجام می‌گیرد. روش‌های روباز بر اساس نوع و ارتفاع پله‌ها، به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند که هرکدام نام خاص خود را دارند.

روش استخراج زیرزمینی طلا: تونل یا چاه؟

وقتی ذخیره‌ای ضخامت قابل‌ملاحظه‌ای نداشته باشد و در عمق زیادی از سطح زمین قرار گرفته باشد، روش زیرزمینی به کار می‌رود که خود به دو دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شود:

استخراج با استفاده از تونل‌های استخراجی

این روش در مواردی به کار می‌رود که معدن از نظر توپوگرافی به حالت کوهستانی و تپه‌ماهور مرتفع باشد، به‌طوری‌که بتوان افراد را برای حفر تونل در افق‌های مختلف به‌کار گرفت. در صورت وجود تونل‌های اکتشافی مناسب در داخل ماده‌ی معدنی، از آن‌ها برای طرح استخراج معدن (ضمن عریض‌تر کردن تونل‌ها و اقدام در مورد نگهداری آن‌ها) به‌عنوان تونل‌های استخراجی استفاده می‌شود.

در برخی موارد که ضخامت رگه‌ی طلادار فقط چند ده سانتی‌متر است، عیار طلا به اندازه‌ای مقرون‌به‌صرفه است که استخراج و بهره‌برداری از نظر مورفولوژی به‌صورت زیرزمینی و با حفر تونل‌های استخراجی انجام می‌گیرد؛ در این حالت، برای استخراج چنین رگه‌ی کم‌ضخامتی، تونل‌هایی با سطح مقطع چند متر مربع حفر می‌شوند تا تنها همین رگه‌ی کم‌ضخامت استخراج شود.

استخراج با استفاده از چاه‌های استخراجی

این روش در مواردی به کار می‌رود که معدن از نظر توپوگرافی طوری نیست که بتوان با حفر تونل، از ذخایر معدنی استفاده کرد؛ مثلاً در مواقعی که ذخایر مورد نظر در زیرزمین در یک ناحیه‌ی مسطح (دشت) قرار گرفته، یا در مواقعی که ذخیره‌ای که در قسمت‌های مرتفع معدن واقع بوده استخراج شده و نوبت به ذخایر پایین‌تر رسیده که از افق تونل‌های استخراجی پایین‌تر است. در این حالت‌ها، از وجود چاه‌های قائم و مورب استفاده می‌شود:

• در چاه‌های مورب، چاه به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که رگه یا توده‌ی ماده‌ی معدنی را در اعماق قطع کرده و سپس از افق‌های مختلف تونل‌های افقی حفر می‌شود که با استفاده از این تونل‌ها، ماده‌ی معدنی از طریق چاه به بیرون از معدن حمل می‌شود.
• در چاه‌های قائم هم طراحی به‌نحوی صورت می‌گیرد که چاه در محلی مناسب نسبت به توده‌ی ماده‌ی معدنی قائم حفر شده و سپس در افق‌های مختلف، تونل‌های استخراجی افقی ایجاد می‌شود؛ در این حالت هم عمل استخراج با استفاده از تونل‌های افقی انجام می‌شود و ماده‌ی استخراج‌شده از طریق چاه قائم به بیرون از معدن حمل می‌شود.

متناسب با چاه‌های قائم، ماشین‌آلات مخصوصی (ماشین‌های استخراج و بابری معدنی) نصب و مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اکتشاف و استخراج طلای آبرفتی (پلاسر)

گذشته از معادن سنگی، بخش مهمی از این مقاله به روش‌های اکتشاف و استخراج طلا از رسوبات آبرفتی اختصاص دارد؛ در بسیاری از نقاط جهان، طلا هنوز توسط اشخاص معدن‌کار، به‌صورت محلی، به طلای خام قابل‌فروش تبدیل می‌شود.

لاوک‌شویی سنتی و ملقمه‌سازی

عمل فوق با فرآیندهای مکانیکی و دستی مانند لاوک‌شویی (جدایش گرانشی)، آسیا و ملقمه‌سازی انجام می‌شود. ملقمه‌سازی به این صورت است که دوغابی از کانه‌ی طلادار خردشده بر روی ورقه‌های مسی جیوه‌اندود عبور داده می‌شود؛ ملقمه‌ی طلای حاصل، به‌طور دوره‌ای از روی این ورقه‌ها جدا (Scraping) می‌شود.
در این روش، طلای بسیار ریزدانه را نمی‌توان از ملقمه جدا کرد؛ به همین دلیل در بسیاری از موارد — به‌ویژه در برزیل — روش سیانوری برای استحصال طلای باقی‌مانده پیشنهاد شده است. هنگامی که طلا در ماسه‌های رودخانه‌ای سطح گسترده‌ای را پوشانده باشد، ماده‌ی معدنی به‌راحتی معدن‌کاری شده و با لایروب‌های شناور فرآوری می‌شود.

دستگاه‌های تخصصی اکتشاف طلای آبرفتی

علاوه بر لاوک، چند دستگاه و ابزار دیگر هم برای پی‌جویی، اکتشاف و استخراج طلا از رسوبات آبرفتی متداول‌اند:

• دستگاه یابنده‌ی طلا (Goldspear): وسیله‌ای است که فقط برای کشف طلا طراحی شده و اساس کاری‌اش با سایر دستگاه‌های یابنده متفاوت است. این دستگاه در نواحی مختلفی از جمله کوه‌های کالیفرنیا، بیابان‌های آمریکای جنوبی، صحاری استرالیا، رودخانه‌های آلاسکا، و سواحل و خاک جنگل‌های اسکاندیناوی به کار گرفته شده و دقت عمل خوبی از خود نشان داده است.
• جعبه‌ی شن‌شویی (Sluice Box): در مقایسه با لاوک‌شویی، با این جعبه می‌توان مقدار بیشتری مواد را با سرعت بیشتری شست‌وشو داد. نکته‌ی مهم در استفاده از این جعبه، نیاز به جریان آب فراوان است؛ چون آب جویبارهای کوچک معمولاً کافی نیست و در بسیاری از رودخانه‌ها سرعت آب برای این کار بسیار پایین است. جعبه معمولاً با قرار دادن سنگ‌های بزرگ در زیر پایه‌های آن مستحکم و شیب‌دار می‌شود، و در تنظیم شیب، مگنتیت و شن سیاه (black sand) در پشت ۳ تا ۴ ریفل (riffle) عقبی و طلا در ریفل‌های جلویی‌تر قرار می‌گیرد. اگر جریان آب در جعبه بیش از حد قوی باشد همه‌چیز شسته و خارج می‌شود؛ اگر بیش از حد ضعیف باشد، ماسه‌ها پشت ریفل‌ها پر شده و عملکرد تله برای طلا را مختل می‌کنند.
• لاروب (The Dredge): نوعی جعبه‌ی شن‌شویی است که با موتورپمپ کار می‌کند و برخلاف جعبه‌ی شن‌شویی معمولی، نیازی به حفاری ندارد. یک دستگاه لاروب در مدت زمان کوتاهی می‌تواند مقادیر زیادی مواد را بشوید و عملاً معادل کار ۱۰۰ کارگر را انجام دهد. یکی از مزایای لاروب این است که می‌تواند طلای موجود در لابه‌لای ترک‌های سنگ‌های لایه‌ی مبنا — که دسترسی به آن‌ها دشوار است — را هم بمکد. اگرچه برخی کارخانه‌ها لاروب‌های سبک‌وزن هم می‌سازند، نوع سنگین‌تر به‌دلیل وزن بالاتر، برای تولید و استخراج طلا مناسب‌تر است.
• سایر دستگاه‌های طلاشویی: تمرکزدهنده‌ی مارپیچی (Spiral Concentrator) و درای‌پن (Drypan) هم از دیگر ماشین‌های متنوع این حوزه‌اند.

شرح کامل مراحل لاوک‌شویی (طلاشویی سنتی)

برای انجام عمل طلاشویی به یک لاوک، ده گلوله‌ی سربی کوچک، چند لیتر ماسه (ترجیحاً روشن‌رنگ و ریزدانه) و آب نیاز است؛ وجود یک نهر مناسب هم عملیات را تسهیل می‌کند. ابتدا محلی با جریان ملایم و آرام آب انتخاب می‌شود، سپس لاوک با ماسه پر و ده گلوله‌ی سربی روی آن قرار داده می‌شود تا لاوک کاملاً در آب فرو رفته و ماسه‌ها اشباع شوند. مراحل اصلی عبارت‌اند از:

1. مرحله‌ی اول: لاوک زیر آب به‌شدت از پهلویی به پهلوی دیگر تکان داده می‌شود تا خاک موجود در آن مخلوط و محفوظ بماند؛ هم‌زمان باید چگونگی فرورفتن تدریجی گلوله‌های سربی به داخل ماسه‌ها زیر نظر گرفته شود. شدت تکان باید طوری باشد که همه‌ی ماسه‌ها حرکت کنند نه فقط لایه‌ی رویی؛ در غیر این صورت نه‌تنها خاک‌ها بلکه ماسه‌های سفید (علامت انجام صحیح کار) هم همراه آب خارج می‌شوند.
   این تکان‌دادن تا زمانی ادامه می‌یابد که توده‌ی ابری‌شکل دودی کاملاً شسته و مواد داخل لاوک تمیز شوند؛ در این مرحله گلوله‌های سربی، به‌خاطر جرم حجمی بالا، زیر ماسه‌ها و در ته لاوک قرار می‌گیرند.
2. مرحله‌ی دوم: تکان‌دادن برای یک لحظه قطع می‌شود تا مواد به حالت سکون برسند؛ سپس لاوک کمی سرازیر می‌شود تا چند قاشق از مواد سبکِ رویی، بدون بیرون‌ریختن مواد از کناره‌ها، شسته شوند. مراحل یک و دو آن‌قدر تکرار می‌شوند تا تنها حدود یک قاشق از مواد در لاوک باقی بماند.
3. مرحله‌ی سوم: ذرات ریز و کوچکِ شسته‌شده با تکان‌دادن به گوشه‌ای از لاوک هدایت می‌شوند؛ سپس لاوک از آب خارج می‌شود به‌طوری‌که نیم‌لیتر آب در داخل آن باقی بماند و سپس با تکان‌دادن پهلو به پهلو (همراه با تغییر جزئی مکان) باقی‌مانده‌ی مواد پخش و گسترده می‌شود تا تعداد گلوله‌های سربی باقی‌مانده با تعداد اولیه مقایسه و شمارش شود.
4. مرحله‌ی چهارم: در این مرحله، آب به‌صورت دایره‌وار حرکت داده می‌شود تا ماسه‌های باقی‌مانده در نتیجه‌ی حرکت آب شسته شوند؛ گلوله‌های سربی نهایتاً ساکن می‌مانند و از ماسه‌ها جدا می‌شوند. اگر تعداد گلوله‌هایی که برداشته می‌شوند با تعداد اولیه یکی یا کمتر باشد، عمل طلاشویی به‌خوبی انجام گرفته است.

جمع‌بندی مقایسه‌ای ابزارهای طلاشویی آبرفتی

طبق جمع‌بندی صریح خود مقاله:

• لاوک طلاشویی ساده، ارزان و حمل‌ونقل آن آسان است، اما به‌طور کلی عملکرد کُندی دارد (در متن منبع به‌صورت «مایوس‌کننده» توصیف شده است).
• جعبه‌ی شن‌شویی نسبتاً سریع و ساختاری ساده دارد، اما طلاهای ریزدانه را به‌سختی در تله‌ی خود نگه می‌دارد.
• وسایل شست‌وشودهنده‌ی موتوری، گران، بزرگ و سنگین‌اند و تنها زمانی مناسب‌اند که یک محل با مقادیر خوبی از گراول‌های طلادار کشف شده و هدف، استخراج و تولید در آن مقیاس باشد؛ این وسایل هم طلاهای ریزدانه را با دشواری به دام می‌اندازند.
• در هنگام اکتشاف، تلفیق دو دستگاه لاوک طلاشویی (Goldpan) و گلداسپیر (Goldspear) بسیار نتیجه‌بخش است؛ طبق متن منبع، دستگاه یابنده (Goldspear) به‌تنهایی بیش از ۱۰۰۰ برابر سریع‌تر از لاوک طلاشویی عمل می‌کند.

طراحی معدن بر اساس اطلاعات اکتشافی

استخراج سنگ معدن طلادار از معادنی که عملیات اکتشاف آن‌ها به‌طور کامل به اتمام رسیده، با توجه به اطلاعات زمین‌شناسی و معدنی حاصل از عملیات اکتشافی طراحی می‌شود. شکل توده یا رگه‌ی معدنی در دل زمین، در پایان اکتشافات تکمیلی، مشخص و موقعیت آن در ابعاد مختلف سطحی و عمقی معین می‌شود.
در صورتی‌که معدن از دو بخش زون اکسیدی و زون سولفیدی تشکیل شده باشد، روش مورد نظر برای استحصال طلا از سنگ‌های سولفیدی به‌روشی جدا از بخش اکسیدی عمل می‌شود؛ در نتیجه محدوده‌ی این دو زون هم مشخص می‌شود. با توجه به اطلاعات موجود، طرح لازم و مناسب برای معدن تهیه می‌شود؛ استخراج معدن عموماً از یکی از دو روش روباز یا زیرزمینی — که در بخش‌های قبلی این مقاله به‌طور مفصل شرح داده شدند — انجام می‌گیرد.

روش بیولیچینگ (لیچینگ زیستی) برای طلای مقاوم

برای استحصال کانی‌های طلای مقاوم — یعنی کانی‌هایی که با روش معمول سیانوراسیون بازیابی پایینی دارند — از روش بیولیچینگ (Bioleaching) استفاده می‌شود. طبق تصریح متن منبع، شباهت‌های بسیار زیادی بین بیولیچینگ مس و مواد معدنی سولفیدی طلای مقاوم وجود دارد، هرچند اختلافاتی هم بین این دو میان آن‌هاست.

اصول کلی بیولیچینگ مس (به‌عنوان مبنای مقایسه)

ماده‌ی معدنی مس استخراج‌شده تا ابعاد موردنظر خرد می‌شود و به‌منظور آگلومره شدن (کلوخه‌ای شدن) ذرات ریز با ذرات درشت، همراه با باکتری‌ها در اسیدسولفوریک، در دستگاه‌های آگلومراسیون مخلوط می‌شوند. برای کاهش رطوبت لازم برای آگلومره‌شدن مطلوب، محلولی به نام رافینیت (محلولی که از مسیر بازگشتی محلول الکترووینینگ به دست می‌آید) اضافه می‌شود؛ اگر ماده‌ی معدنی اسید زیادی مصرف نکند، اسید موردنیاز هم می‌تواند از همین محلول رافینیت تأمین شود.

رافینیت معمولاً حاوی میزان کمی باکتری است که به اکسید شدن مس منجر می‌شود. سنگ آگلومره‌شده و آماده برای اسیدشویی، در محوطه‌ای به ارتفاع ۶ تا ۱۰ متر — روی زمینی که از پیش مسطح شده یا روی ماده‌ی معدنی که قبلاً اسیدشویی شده — ریخته می‌شود.
برای تأمین هوای موردنیاز باکتری‌ها، لوله‌های پلاستیکی با سوراخ‌های مخصوص روی پدها قرار داده می‌شوند و بادبزن‌های فشار پایین، هوای لازم برای تهویه‌ی زیر توده را تأمین می‌کنند. پدهای ایجادشده با محلولی مشخص — شامل باکتری — آبیاری می‌شوند؛ این باکتری‌ها سنگ‌های سولفوری را اکسید و در اسید حل می‌کنند.
محلول باردار حاصل که PLS (Pregnant Leach Solution) نامیده می‌شود، در زیر توده جمع و گاه دوباره به بالای توده بازگردانده می‌شود یا مستقیماً — اگر میزان مس موردنظر در حد کافی باشد — به مرحله‌ی EW/SX (استخراج با حلال / الکترووینینگ) فرستاده می‌شود. رافینیت مصرف‌شده هم، پس از مرتبه‌ی دیگر اسیدشویی، به توده‌های اسیدشویی‌های عملیات‌های مختلف بازگردانده می‌شود.

زمان اسیدشویی برای عملیات‌های مختلف متفاوت است؛ اما به‌طور ایده‌آل برای ماده‌ی معدنی مس ثانویه، حدود ۲۰۰ روز طول می‌کشد. بازیابی مس هم در حدود ۷۵ تا ۸۵ درصد است و این رقم می‌تواند متغیر باشد.

روش‌های مختلف بیولیچینگ مس (برای مقایسه با طلا)

• بیولیچینگ توده‌ای (Dump/Heap Bioleaching): در مقیاس‌ها و تناژهای بزرگ، روش اسیدشویی توده‌ای برای باطله یا مواد معدنی مس، به‌عنوان طرحی کاملاً اقتصادی، نخستین‌بار در غرب ایالات متحده به کار گرفته شد. امروزه دامپ‌های بیولیچینگ در سراسر دنیا — به‌ویژه در شیلی — به‌طور گسترده به کار می‌روند؛ هزینه‌های عملیاتی این روش بسیار پایین است و با استفاده از روش‌های EW/SX، این هزینه‌ها حتی پایین‌تر هم می‌شوند.
• جداسازی ماده‌ی معدنی مس از ماده‌ی معدنی طلا: حضور مس در ماده‌ی معدنی طلا باعث مصرف بالای مواد شیمیایی در عملیات سیانوراسیون طلا می‌شود. برای نمونه، در عملیات لیشون در کوئینزلند استرالیا، سالانه حدود ۵۰۰ هزار تن از ماده‌ی معدنی با روش بیولیچینگ مس جداسازی می‌شود تا کالکوپیریت توسط باکتری جدا شود؛ پس از این مرحله، طلا به‌راحتی و به‌صورت کاملاً اقتصادی قابل‌استحصال می‌شود، و مس هم با کمک آهن در عملیات سمنتاسیون جداگانه جدا می‌شود.
• بیولیچینگ لایه‌ی نازک: این روش تنها برای مواد معدنی اکسیدی به کار می‌رود؛ شامل خردایش و بیولیچینگ مواد معدنی
  سولفیدی مس ثانویه در هیپ‌های کوچک در مراحل باردار-بدون‌بار است. در مقیاس بزرگ‌تر، این روش اخیراً برای مواد معدنی سولفیدی اولیه (کالکوسیت) در معادن کبرادا بلانکا و سروکلورادو در شیلی هم به کار رفته است.
• بیولیچینگ مخزنی: اولین بیولیچینگ مس و کنسانتره‌ی آن، با استفاده از رآکتورهای مخزنی و به‌منظور دستیابی به سینتیک سریع‌تر انجام شد؛ اما به‌دلیل بازیابی پایین در خوراک کالکوپیریتی و اقتصادی‌تر بودن روش ذوب پیوسته نسبت به این روش، کاربرد آن تاکنون فقط در مقیاس آزمایشگاهی باقی مانده است.
  حضور یون‌های کاتیونی مانند نقره در بیولیچینگ کنسانتره‌ی کالکوپیریت، باعث سریع‌تر شدن سینتیک واکنش می‌شود. میزان هزینه‌ی محاسبه‌شده برای کل زنجیره‌ی بیولیچینگ–استخراج از محلول–الکترووینینگ، حدود ۲۵ تا ۳۰ سنت به ازای هر پوند است.

اصول کلی بیولیچینگ طلای مقاوم

طلا هم مانند مس، تا ابعاد مشخص‌شده بر اساس نتایج آزمایشگاهی خرد می‌شود. اگر ماده‌ی معدنی اسید زیادی مصرف کند، برای آماده‌سازی کانه از اسیدسولفوریک غلیظ در حین آگلومراسیون استفاده می‌شود؛ در غیر این صورت، از محلول برگشتی عملیات قبلی استفاده می‌شود. پس از آگلومراسیون، ماده‌ی معدنی روی بستر درشت اولیه انباشته و خطوط هوادهی در همان بستر اولیه نصب می‌شود؛ هوادهی زمانی آغاز می‌شود که پد کاملاً پر شده باشد.

پدها با مخلوطی از باکتری‌های اکسیدکننده‌ی آهن فریک — که سولفات تولید می‌کنند — آبیاری می‌شوند. مدت‌زمان قرارگیری ماده‌ی معدنی تحت تأثیر باکتری، به خصوصیات کانی‌شناسی، میزان اکسیداسیون موردنیاز برای تبدیل سولفید به سولفات، و عواملی مانند دمای توده‌های انباشته بستگی دارد. برای کاهش مصرف آهک و سیانور در مرحله‌ی بعد، ماده‌ی معدنی اکسیدشده با آب تمیز شسته می‌شود؛ سپس حمل و با آهک مخلوط و روی پدهای موقت برای سیانوراسیون انباشته می‌شود، و در نهایت عملیات سیانوراسیون طلای اکسیدشده، مانند روش‌های مرسوم، انجام می‌گیرد.

کاربرد و اهمیت این مقاله برای مخاطبان مختلف

این بخش برداشتی تحلیلی از همان محتوای فنی مقاله است و چیزی فراتر از آن ادعا نمی‌کند.

دانشجویان و مهندسان معدن و متالورژی

این مقاله یک مرور کلی و کاربردی از زنجیره‌ی کامل روش‌های استخراج طلا ارائه می‌دهد — از انتخاب روش روباز یا زیرزمینی بر اساس Stripping Ratio، تا روش‌های تخصصی‌تر مانند بیولیچینگ طلای مقاوم — و می‌تواند به‌عنوان یک جمع‌بندی آموزشی اولیه برای آشنایی با اصطلاحات رایج این حوزه استفاده شود.

فعالان اکتشاف و استخراج طلای آبرفتی (پلاسر)

توضیح دقیق مراحل لاوک‌شویی، معرفی جعبه‌ی شن‌شویی، دستگاه گلداسپیر و لاروب، و مقایسه‌ی سرعت و کارایی این ابزارها، می‌تواند راهنمای عملی مفیدی برای کسانی باشد که به‌صورت سنتی یا نیمه‌صنعتی به اکتشاف طلای رودخانه‌ای و آبرفتی علاقه‌مندند.

علاقه‌مندان و رسانه‌های حوزه‌ی طلا و معدن

این مقاله به زبان ساده توضیح می‌دهد چرا برخی معادن طلا به‌صورت روباز و برخی به‌صورت زیرزمینی کار می‌کنند، و چه عواملی (عیار، عمق، شکل کانسار) این انتخاب را تعیین می‌کنند — موضوعی که معمولاً در تحلیل‌های خبری حوزه‌ی طلا کمتر به‌صورت فنی باز می‌شود.

فعالان صنعتی حوزه‌ی فرآوری مواد معدنی

بخش بیولیچینگ مقاله، به‌ویژه مقایسه‌ی اصول بیولیچینگ مس با بیولیچینگ طلای مقاوم، می‌تواند زمینه‌ی مفیدی برای کسانی باشد که به‌دنبال جایگزین‌های کم‌هزینه‌تر برای سیانوراسیون کانی‌های طلای مقاوم هستند؛ هرچند به‌کارگیری عملیاتی این روش‌ها نیازمند مطالعات فنی و آزمایشگاهی اختصاصی است که فراتر از محدوده‌ی این مقاله است.

نکات فنی و مهم برای جمع‌بندی

• انتخاب بین روش روباز و زیرزمینی، عمدتاً بر اساس نسبت باطله‌برداری به سنگ معدن (Stripping Ratio) و عمق کانسار تعیین می‌شود؛ معدن روباز معمولاً کمتر از نصف هزینه‌ی معدن زیرزمینی را دارد.
• شش روش اصلی استخراج زیرزمینی طلا عبارت‌اند از: Drill and Blast، Cut and Fill Stoping، Shrinkage Stoping، Sub Level Stoping، Open Stoping و Square Set Stoping.
• استخراج زیرزمینی از دو زیرروش کلی — تونل‌های استخراجی (برای توپوگرافی کوهستانی) و چاه‌های استخراجی قائم یا مورب (برای زمین مسطح یا ذخایر زیر سطح تونل‌های موجود) — پیروی می‌کند.
• در استخراج طلای آبرفتی، هیچ‌کدام از ابزارهای سنتی (لاوک) و نیمه‌صنعتی (جعبه‌ی شن‌شویی، لاروب) جایگزین کامل یکدیگر نیستند؛ هرکدام در مقیاس و شرایط خاص خود کاربرد دارند.
• گلداسپیر (دستگاه یابنده‌ی طلا)، طبق ادعای صریح متن منبع، تا بیش از ۱۰۰۰ برابر سریع‌تر از لاوک طلاشویی برای اکتشاف عمل می‌کند؛ ترکیب لاوک و گلداسپیر در عملیات اکتشافی توصیه شده است.
• بیولیچینگ، روشی زیستی و کم‌هزینه برای استحصال طلا و مس از کانی‌های مقاوم است که بر پایه‌ی فعالیت باکتری‌های اکسیدکننده کار می‌کند؛ زمان لازم برای این فرآیند می‌تواند تا حدود ۲۰۰ روز طول بکشد.
• در یک بخش از متن منبع، آماری متناقض درباره‌ی سهم استخراج زیرزمینی در آمریکا (۳۵ درصد در یک‌جا، ۳.۵ درصد در جای دیگر) دیده شد که بدون دستکاری، عیناً گزارش و پرچم‌گذاری شده است.

سوالات متداول

تفاوت اصلی معدن روباز و زیرزمینی طلا در چیست؟

تفاوت اصلی در هزینه و شرایط دسترسی به کانسار است. معدن روباز برای ذخایر نزدیک به سطح زمین مناسب‌تر و ارزان‌تر است (معمولاً کمتر از نصف هزینه‌ی زیرزمینی)، در حالی‌که معدن زیرزمینی برای ذخایری که در عمق زیاد یا به‌صورت رگه‌ای با پیچیدگی بیشتر قرار دارند به کار می‌رود.

Stripping Ratio یا نسبت باطله‌برداری چیست و چرا مهم است؟

این نسبت، میزان باطله‌ای را که باید برای دسترسی به هر واحد سنگ معدن برداشته شود نشان می‌دهد و معیار اصلی تعیین اقتصادی بودن روش روباز در مقابل روش زیرزمینی است.

کدام روش‌های زیرزمینی برای استخراج طلا استفاده می‌شوند؟

طبق این مقاله، شش روش اصلی عبارت‌اند از Drill and Blast، Cut and Fill Stoping، Shrinkage Stoping، Sub Level Stoping، Open Stoping و Square Set Stoping.

چه زمانی از چاه‌های استخراجی به‌جای تونل استفاده می‌شود؟

زمانی که توپوگرافی منطقه کوهستانی نباشد (مثلاً در دشت) یا وقتی ذخایر بالادست معدن قبلاً استخراج شده و ذخایر باقی‌مانده پایین‌تر از افق تونل‌های موجود قرار دارند، از چاه‌های استخراجی قائم یا مورب استفاده می‌شود.

بیولیچینگ چیست و چرا برای طلای مقاوم استفاده می‌شود؟

بیولیچینگ روشی زیستی است که در آن باکتری‌های اکسیدکننده، کانی‌های سولفیدی مقاوم را تجزیه می‌کنند تا طلای محبوس‌شده در ساختار سولفیدی آزاد و قابل‌دسترس برای سیانوراسیون شود؛ این روش برای کانی‌هایی به کار می‌رود که با سیانوراسیون مستقیم، بازیابی پایینی دارند.

کدام ابزار برای اکتشاف طلای رودخانه‌ای سریع‌تر عمل می‌کند؟

بر اساس متن منبع، دستگاه یابنده‌ی طلا (Goldspear) به‌تنهایی بیش از ۱۰۰۰ برابر سریع‌تر از لاوک طلاشویی سنتی عمل می‌کند، هرچند ترکیب این دو ابزار در عملیات اکتشافی نتیجه‌بخش‌تر است.

آیا این مقاله یک سند رسمی یا دولتی است؟

خیر. بر خلاف برخی منابع دیگر این مجموعه، این مقاله یک متن آموزشی-فنی از یک وبلاگ تخصصی (metallurgydata.blogfa.com) است که در پایان خود به منابعی مانند docfa.ir، forum.parsigold.com، vakonesh.ir، ngdir.ir و راسخون ارجاع داده است؛ تاریخ انتشار مشخصی هم در متن اصلی ذکر نشده است.