Cyanide Species
De term cyanide verwijst naar een enkelvoudig geladen anion dat bestaat uit één koolstofatoom en één stikstofatoom verbonden met een drievoudige binding, CN-. De giftigste vorm van cyanide is vrij cyanide, dat het cyanide-anion zelf en waterstofcyanide, HCN, omvat, hetzij in gasvormige of in waterige toestand. Bij een pH van 9,3 – 9,5 zijn CN- en HCN in evenwicht, met gelijke hoeveelheden van elk aanwezig. Bij een pH van 11 blijft meer dan 99% van het cyanide als CN- in oplossing, terwijl bij een pH van 7 meer dan 99% van het cyanide als HCN zal bestaan. Hoewel HCN zeer goed oplosbaar is in water, neemt de oplosbaarheid af bij hogere temperatuur en in zeer zoute omstandigheden. Zowel HCN gas als vloeistof zijn kleurloos en hebben de geur van bittere amandelen, hoewel niet iedereen de geur kan waarnemen.
Cyanide is zeer reactief en vormt eenvoudige zouten met aardalkali-kationen en ionische complexen van wisselende sterkte met talrijke metaalkationen; de stabiliteit van deze zouten is afhankelijk van het kation en van de pH. De zouten van natrium-, kalium- en calciumcyanide zijn vrij giftig, aangezien zij zeer goed oplosbaar zijn in water en dus gemakkelijk oplossen om vrij cyanide te vormen. Bij bewerkingen wordt cyanide meestal in vaste of opgeloste vorm (NaCN of Ca(CN)2) aangevoerd. Zwakke of matig stabiele complexen, zoals die van cadmium, koper en zink, worden geclassificeerd als zwak zuur scheidbaar (weak acid dissociable, WAD). Hoewel metaal-cyanidecomplexen op zichzelf veel minder toxisch zijn dan vrij cyanide, komt bij de dissociatie ervan vrij cyanide vrij, alsmede het metaalkation, dat eveneens toxisch kan zijn. Zelfs in het neutrale pH-bereik van het meeste oppervlaktewater kunnen WAD-metaal-cyanidecomplexen voldoende dissociëren om schadelijk te zijn voor het milieu, indien zij in voldoende hoge concentraties voorkomen.
Cyanide vormt complexen met goud, kwik, kobalt en ijzer die zeer stabiel zijn, zelfs onder zwak zure omstandigheden. Zowel ferro- als ferricyaniden ontleden echter, waarbij vrij cyanide vrijkomt bij blootstelling aan direct ultraviolet licht in waterige oplossingen. Dit ontledingsproces wordt in het donker omgekeerd. De stabiliteit van cyanidezouten en -complexen is pH-afhankelijk, zodat de potentiële milieueffecten en interacties (d.w.z. hun acute of chronische effecten, attenuatie en het opnieuw vrijkomen) kunnen variëren.
Metaalcyanidecomplexen vormen ook zout-achtige verbindingen met alkali- of zware metaalkationen, zoals kaliumferrocyanide (K4Fe(CN)6) of koperferrocyanide (Cu2), waarvan de oplosbaarheid varieert met het metaalcyanide en het kation. Bijna alle alkalimetaalzouten van ijzercyaniden zijn zeer goed oplosbaar; bij het oplossen scheiden deze dubbelzouten en kan het vrijgekomen metaalcyanidecomplex vrij cyanide produceren. Zware metaalzouten van ijzercyaniden vormen onoplosbare precipitaten bij bepaalde pH-niveaus.
Het cyanide-ion verbindt zich ook met zwavel om thiocyanaat, SCN-, te vormen. Thiocyanaat dissocieert onder zwak zure omstandigheden, maar wordt typisch niet beschouwd als een WAD-soort omdat het vergelijkbare complexerende eigenschappen heeft als cyanide. Thiocyanaat is ongeveer 7 keer minder giftig dan waterstofcyanide, maar is zeer irriterend voor de longen, omdat thiocyanaat chemisch en biologisch oxideert in carbonaat, sulfaat en ammoniak.
De oxidatie van cyanide, hetzij door natuurlijke processen of door de behandeling van afvalwater dat cyanide bevat, kan cyanaat, OCN-, produceren. Cyanaat is minder giftig dan HCN, en hydrolyseert gemakkelijk tot ammoniak en kooldioxide.
Cyanidatie
Het proces om goud uit erts te winnen met cyanide wordt cyanidatie genoemd. De reactie, die bekend staat als de vergelijking van Elsner, is:
4 Au + 8 CN- + O2 + 2 H2O = 4 Au(CN)2- + 4 OH-
Hoewel de affiniteit van cyanide voor goud zodanig is dat het bij voorkeur wordt geëxtraheerd, zal cyanide ook complexen vormen met andere metalen uit het erts, waaronder koper, ijzer en zink. De vorming van sterk gebonden complexen, zoals die met ijzer en koper, zal cyanide vasthouden dat anders beschikbaar zou zijn om goud op te lossen.
Kopercyaniden zijn matig stabiel; hun vorming kan zowel operationele als milieuproblemen veroorzaken, aangezien afvalwater of residuen van dergelijke operaties aanzienlijk hogere cyanideconcentraties kunnen bevatten dan die welke anders aanwezig zouden zijn in afwezigheid van koper.
Een hoge koperconcentratie in het erts verhoogt de kosten en verlaagt het terugwinningsrendement, doordat een hogere cyanidetoepassing nodig is om te compenseren voor reagentia die complexen vormen met koper in plaats van goud.
Cyanidatie wordt ook nadelig beïnvloed door de aanwezigheid van vrije zwavel of sulfide mineralen in het erts. Cyanide loogt bij voorkeur sulfide mineralen uit en reageert met zwavel om thiocyanaat te produceren. Deze reacties zullen ook de oxidatie van gereduceerde zwavelsoorten versterken, waardoor er meer kalk moet worden toegevoegd om de pH op een voldoende niveau te houden om de vervluchtiging van waterstofcyanide (HCN) te voorkomen.