روش های استخراج و فرآوری مس

۱ – ذوب مستقیم (direct smelting) یا روش احیاء

۲-  تغلیظ کردن (concentration) یا روش تهیه مات

۳ – شستشوی اسیدی (leaching) یا روش هیدرومتالوژی

۱- روش ذوب مستقیم:

این روش برای استخراج مس از سنگ های اکسیدی پر عیار بکار می رود. (درصد مس در کلوخه ها بایستی ازبیشتر۹۰% باشد). این روش قدیمی بوده و امروزه به علت کمیاب شدن سنگ اکسیدی پر عیار از صنعت خارج شده است.

اساس این روش حذف کامل گوگرد از سنگ معدن و احیاء بعدی آن توسط عوامل احیاء کننده مانند کربن و یا گاز co قرار دارد. این روش به دلایل تلفات زیاد مس در سرباره و مصرف سوخت و انرژی بالا غیر اقتصادی می باشد.

۲– روش تغلیظ کردن (تهیه مات):

این روش برای ترکیبات گوگردی مس یا مس طبیعی با عیار کم بکار رفته می شود. ابتدا سنگ های معدنی گوگرد دار در کوره های ذوب به مات مس که مجموعه ای از سولفوره های مس و آهن است تبدیل شده و سپس توسط یک کنورتر مس خام از آن بدست می آید که بعداً مورد توجه قرار می گیرد. این روش دارای مزایای زیر می باشد:

• وجود عناصر گرمازا در مات، که کنورتر را بی نیاز از سوخت های خارجی می کند.
•  درجه خلوص مس خام (نسبت به روش احیاء)
•  عدم احتیاج به تشویه و یا در صورت لزوم یک تشویه جزئی

۳– روش شستشوی اسیدی (لیچینگ):

این روش در مورد سنگ های اکسیدی و به خصوص کربنات ها به کار می رود. سنگ های مورد مصرف در این روش می تواند کم عیار باشد. همچنین ممکن است که سنگ های گوگردی را نیز مورد عمل تسویه قرار داده و سپس در یک حلال حل کرده و مس آن را به روش های مختلف جدا کرد.

این روش از نظر بهداشت محیط زیست نسبت به طریقه احیاء و تشکیل مات دارای مزایای بیشتری است. در هر حال هیدرومتالوژی مس و تهیه مس از طریق تشکیل مات دو روش اصلی متالوژی مس می باشند.

لیچینگ عبارت است از تجزیه کانی با روش موجود در سنگ معدن یا کنسانتره که عموماً توسط یک حلال انجام می شود. گاهی اوقات عملیات به صورت تجزیه مواد ثانوی موجود در مواد قراضه پس مانده و باطله نیز گسترش می یابد. به طوری که لیچینگ برای کلوخه های سنگ یا مواد معدنی با ارزش که مقدار آن در پس مانده های سنگ معدنی موجود هستند به کار می رود.

 لیچینگ هیپ و دامپ

لیچینگ هیپ و دامپ در اصل شبیه به هم می باشد و تفاوت در نوع معدن و مقدار فلز موجود در آن می باشد. در لیچینگ هیپ سنگ های معدنی کم عیار بوده و سنگ ها را در ابتدا خرد کرده و به سایزهای یکسان و به صورت یک بستری به ارتفاع ۳ متر در می آورند که وزن این بستر ها چند صد تن می باشد. بستر را بر روی لایه پلیمری غیر قابل نفوذ در مقابل محلول رقیق اسیدی بر سطح زمین می سازند. در این لایه حفره هایی تعبیه شده که محلول خروجی را به سمت یک کانال هدایت می کنند. اسیدپاشی هم از بالای بستر انجام می شود. این نوع لیچینگ برای معادن زیر زمینی به کار می رود و سنگ معدن را بعد از استخراج به سطح زمین می آورند و بستر در سطح زمین ساخته می شود.

لیچینگ دامپ در مقیاس بزرگتر و عموماً در معادن روباز انجام می گیرد. سنگ ها را بعد از خرد شدن به صورت بستری آماده می سازند که در اندازه‌های مختلف موجود هستند و دانه بندی نمی شوند. از نظر زمانی مدت زمان عملیات لیچینگ در دامپ مدت زمان بیشتری طول می کشد و گاهی مدت چند سال به طول می انجامد، در حالی که در هیپ زمان فرایند کمتر می باشد.

دسته بندی فرآیند لیچینگ

فرایند لیچینگ به دو فرایند اکسیدی و غیر اکسیدی تقسیم می شود:

• فرایند لیچینگ غیر اکسیدی

تر کیبات مس کر بنات دار همچون ما لاکیت و آزوریت یون مس یا یون سولفات موجود در اسید سولفوریک رقیق واکنش میدهد و سولفات مس به وجود می آید.

• فرآیند لیچینگ اکسیدی

در این فرایند دو محلول فروشوینده باز و یک عامل اکسید کننده موجود است تا بتواند ترکیبات سولفیدی مس را در اثر اکسید کردن به صورت تر کیبات سولفاتی در آورد تا بتواند با اسید واکنش دهد.

روش های مختلف لیچینگ

• لیچینگ حوضچه ای
• لیچینگ همزنی
• لیچینگ درجا
• دامپ و هیپ لیچینگ

انتخاب روش لیچنگ بستگی به نوع، عیار سنگ معدن و شرایط معدن از نظر توپوگرافی و مسایل اقتصادی دارد. مثلاً کانی های سولفیدی به علت کند بودن سرعت انحلال آنها عموماً مناسب برای عملیات لیچینگ درجا دامپ و هیپ می باشند. با این حال همه کانی های مس با همه روش های فوق قابل بازیابی هستند. هزینه عملیاتی و سرمایه ای لیچینگ درجا، دامپ و هیپ نسبتاً کم بوده بنابر این برای سنگ های معدنی با عیار کم مناسب می‌باشند. ولی لیچینگ همزنی و حوضچه ای هزینه بالاتری نسبت به درجا و دامپ و هیپ دارند. در نتیجه برای سنگ های معدنی با عیار بالا و کنسانتره مناسب می باشند.

بررسی روش های لیچینگ:

 لیچینگ حو ضچه ای

این روش یکی از روش های قدیمی لیچینگ آمونیاکی کنسانتره های اکسیدی حاصل از روش ثقلی و لیچینگ آمونیاکی سنگ معدن های مس آزاد بکار برده می شود. این روش معمو لاً برای سنگ ها ی اکسیدی مس با عیار بالا(۱-۲%مس) به کار برده می شود. ابعاد مواد معدنی مناسب برای این روش ۴/۳ تا ۸/۴ اینچ می باشد. در این روش از مخزن های به عمق ۲۰ فوت و ابعاد ۶۰ فوت که دارای یک کف سوراخ است استفاده می شود. مواد به داخل حوضچه ها ریخته می شود و با توجه به حجم مخزن که  ۱۲۰۰۰ تن جامد است، زمان یک سیکل کامل در این روش ۱۰۰-۲۰۰ ساعت متغیر است و بازیابی در این روش تا ۹۶% می رسد. این روش دارای یک سری مزایا از جمله بازیابی بالای تو لید محصول باردار (PLS) با عیار بالا، حذف فیلتر و تیکنر است.

 لیچینگ همزنی

این روش بیشترین بازیابی در کمترین زمان و بیشترین سرمایه گذاری را در بین روش های لیچینگ دارا می باشد. ابعاد خوراک در این روش (محصول آسیا) می باشد و معمولاً لیچینگ کنسانتره سنگ معدن های اکسیدی به کار میرود. همزدن پالپ در این روش به دو صورت هوایی و مکانیکی صورت میگیرد و فشار پایین اتمسفر یا بالای اتمسفر نیز میتواند باشد و چگالی پالپ تا ۷۵% میرسد.

بازیابی دراین روش تا ۹۸% برای سنگ های اکسیده و مصرف اسید به علت ریز بودن مواد مصرفی زیاد می باشد و ناخالصی ها درمحلول باردار نسبت به روش های دیگر بیشتر است. زیرا عمل انحلال تمام مواد که قابل حل می باشند به راحتی صورت می گیرد.

لیچینگ درجا

این روش برای کانسنگ هایی که عیار پایین دارند، استخراج و حمل و نقل آنها اقتصادی نمیباشد و همچنین معادن قدیمی که قسمت پر عیار آنها استخراج شده و بقیه آن (قسمت کم عیار) رهاشده بکاربرده می شود. کانی هایی که با این روش می توان استخراج کرد :

۱-  کانی های فلز مانند مس، اورانیم و نمک های قابل حل در آن و شرایط لازم برای استفاده از این روش :

۱-۱ کانسنگ باید بین دو لایه نفوذ ناپذیر باشد.

۱-۲ کانسنگ یا توده معدنی باید نفوذ پذیر باشد که برای نفوذ پذیر کردن سنگ معدن از آتشباری و حفاری استفاده کرد. در این روش با توجه به موقعیت کانسنگ روش های مختلفی برای رساندن عامل انحلال به ماده معدنی وجود دارد:

الف) روش پاشش

اگر کانسنگ نزدیک زمین به سطح زمین و قابل دسترس از این روش استفاده می شود.

ب) روش تزریقی

دراین روش کانسنگ دراعماق زمین قراردارد. نکته ای که در این روش باید به آن توجه کرد این است که اگر کانسنگ ما که در عمق قرار گرفته سولفیدی است باید برای انحلال این کانی، آن را همراه با حلال اکسیژن به داخل زمین تزریق کنیم. دیگر اینکه ph محلول نباید از ۲ بیشتر باشد چون در غیر این صورت ترکیبات آهن دار تشکیل شده و رسوب می کنند که این کار نفوذپذیری توده معدنی را کم می کند. با حفر تعدادی گمانه در داخل توده معدنی و تزریق حلال عمل استخراج را انجام می دهیم و برای تخلیه محلول باردار (pLs) از یک تونل که شیب کمی هم به طرف بیرون دارد استفاده می کنیم و بعد از آن محلول به داخل حوضچه وارد می شود و اگر عیار آن پایین باشد دوباره جهت تزریق به طرف توده هدایت شده و در غیر این صورت وارد خط پر عیار برای جداسازی می شوند.

یکی دیگر از کاربرد های روش لیچینگ درجا استفاده از این روش برای معادن قدیمی که قسمت پرعیار آنها استخراج شده و قسمت کم عیار آنها در محل رها شده می باشد که تونل و یا چاه های قدیمی را از محلول اسید پر می کنند و بعد از مدت زمان طولانی که عمل انحلال صورت گرفت محلول باردار را توسط پمپ با نیروی ثقل تخلیه می کنند.

اما اگر شرایط توپوگرافی منطقه طوری باشد که کانسار در عمق قرار گرفته باشد برای تزریق حلال از چند چاه استفاده میکنیم که به این چاه ها، چاه تزریق می گویند و بسته به شرایط یک یا چند چاه را برای جمع آوری محلول باردار و پمپ کردن آن به بیرون حفر می کنیم.

تا اینجا با تعدادی از روش های استخراج و فراوری مس آشنا شدیم. البته روش های دیگری نیز وجود دارند که در مباحث بعدی به آنها خواهیم پرداخت.