Comment la solution chaude concentrée de cyanure de potassium (5 à 10 %) à 50 à 80 degrés modifie-t-elle l'épaisseur de paroi de la gaine de quartz requise pour les appareils de chauffage de l'extraction de l'or et de la galvanoplastie ?

Complexation alcaline Solutions de cyanure chaud Attaque de silice fondue

Le KCN est un lixiviant clé dans l’extraction de l’or (processus de cyanuration) et un composant électrolytique primaire dans la galvanoplastie de l’or, de l’argent et du cuivre. Les concentrations typiques sont de 5-10 % en poids en solution aqueuse, avec des températures de fonctionnement de 50-80 oC (élevées pour augmenter les taux de lixiviation ou améliorer la qualité du placage). L'hydrolyse du cyanure donne CN− + H2O ⇌ HCN + OH− . Cela rend la solution assez alcaline (pH 11-12). Dans les solutions de cyanure, des thermoplongeurs à quartz sont parfois utilisés car la silice fondue présente une résistance élevée à la plupart des solutions alcalines. Mais le cyanure concentré et chauffé possède son propre mécanisme corrosif. L'hydrolyse produit des ions hydroxydes (OH-) qui attaquent le réseau de silice et génèrent des silicates solubles. L'ion cyanure (CN − ) est également un puissant agent complexant, capable de former des complexes silicium-cyanure solubles (bien que moins stables que l'attaque de l'hydroxyde). La vitesse de corrosion est comparable à celle de l'hydroxyde de sodium dilué au même pH mais avec l'ajout d'un composant complexant. Dans ce travail, les effets de la concentration de KCN (5 à 10 %), de la température (50 à 80 degrés) et du pH de la solution sur les taux de corrosion uniformes de la silice fondue sont quantifiés. L'épaisseur de paroi de gaine de quartz nécessaire pour les appareils de chauffage d'extraction d'or et de galvanoplastie à des intervalles de service pratiques (2 000 à 8 000 heures) est dérivée.

Cinétique de corrosion de la silice fondue dans le cyanure de potassium chaud

La corrosion du quartz dans les solutions KCN est due aux ions hydroxyde générés par l'hydrolyse du cyanure. Le pH est d'environ 11,5-12,0 à 25 degrés 5 % de KCN (environ. 0.8 M). Le pH augmente un peu à 70 degrés en raison d'une hydrolyse accrue (le pKa du HCN est de 9,2 à 25 degrés, plus bas à des températures plus élevées). La concentration de OH- est de 0,001-0,01 M. Cela correspond à environ 0,1 % de NaOH. L’ion cyanure lui-même peut également être directement impliqué dans l’attaque : CN− peut se coordonner avec les atomes de silicium à la surface, affaiblissant la liaison Si-O-Si et permettant l’hydrolyse. Le résultat final est un taux de corrosion 20 à 40 % plus élevé que dans NaOH au même pH.

Les tests d'immersion dans 8 % de KCN à 70 degrés de quartz fondu de haute pureté ont montré un taux de corrosion constant de 0,0005 à 0,001 mm/heure. À 80 degrés, le rythme augmente jusqu'à 0,001-0,002 mm/heure. À 50 degrés, le taux est de 0,0002 à 0,0004 mm/heure. En comparaison, le quartz se corrode à une vitesse de 0,0003 à 0,0006 mm/heure dans NaOH 0,01 M (pH 12) à 70 degrés. Une gaine de quartz de 2,0 mm à 70 degrés perdrait 0,0008 mm/heure × 2 500 heures=2.0 mm, soit une durée de vie d'environ 2 500 heures (3,5 mois). 3.0 paroi mm 3 750 heures paroi 4,0 mm 5 000 heures Pour l'extraction continue de l'or, une paroi de 3,0 à 4,0 mm avec remplacement trimestriel est pratique. Lorsqu'il est galvanisé à des températures plus basses (50 à 60 degrés), sa durée de vie est considérablement plus longue.

Problèmes de piqûres et de sécurité localisés

Les solutions de cyanure sont très toxiques et une panne de chauffage constitue un risque pour la sécurité. Les radiateurs métalliques se corrodent rapidement et peuvent introduire des impuretés métalliques qui entravent la récupération de l'or. C'est pourquoi des radiateurs à quartz sont utilisés. Mais si le quartz se brise, l'élément chauffant (généralement du NiCr ou de l'acier inoxydable) peut réagir avec le cyanure, produisant éventuellement des fumées toxiques. La paroi de quartz plus épaisse offre un plus grand tampon de sécurité contre les fissures dues aux contraintes thermiques ou aux forces mécaniques. Pour le service au cyanure, une épaisseur de paroi minimale de 2,5 mm est suggérée, quelles que soient les estimations de corrosion.

La cristallisation du cyanure constitue un danger dans la zone du ménisque. Le cyanure de potassium est déliquescent et peut produire une couche alcaline concentrée qui favorise l'attaque. Un pare-vapeur ou une gaine supérieure chauffée empêche la cristallisation.

Pénalité thermique des parois plus épaisses dans les solutions de cyanure

À 70 degrés, la conductivité thermique des solutions de cyanure de potassium à 8 % est d'environ 0,60 à 0,65 W/(m·K)-semblable à celle de l'eau. Pour un mur de 2,5 mm R_cond=0.00181, pour un mur de 4,0 mm R_cond=0.00290. Pour h=800 W/(m2K) U diminue de ~380 à 280 W/(m2K), soit une réduction de 26 %. Cette pénalité est acceptable car un mur plus épais présente des avantages en matière de sécurité.

Matrice de sélection basée sur des scénarios

Scénario d'application Épaisseur de paroi recommandée
Cyanuration de l'or (8 % KCN, 70 degrés, continu, remplacement de 3 mois) 3,0 – 4,0 mm, quartz de haute puretéTaux de corrosion ~0,0008 mm/h La marge de sécurité contre la fissuration est assurée par une paroi plus épaisse. 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 heures. Une marge de sécurité est indispensable.
Cyanure de laboratoire (faible concentration, 50 degrés) 2,0 – 2,5 mm Acceptable, mais doit être surveillé de près.
Modifications de conception complémentaires : La corrosion est réduite en maintenant la température basse (inférieure à 70 degrés). L'ajout de chaux (CaO) stabilise le cyanure et minimise l'hydrolyse. Des contrôles réguliers de l’épaisseur sont indispensables. Les pare-vapeur en PTFE protègent contre les assauts du ménisque.