فلوتاسیون, روشی کاربردی برای فرآوری مس

توضیحاتی درباره فلوتاسیون کانی‌های سولفیدی مس بیان کنید؟

 
«فلوتاسیون» مهم‌ ترین روش تغلیظ است که به منظور فرآوری فلزات پایه به کار گرفته می‌شود. در اصل فلوتاسیون در تغلیظ کانه‌های سولفیدی مس, سرب و روی به کار می‌رود.
علاوه بر این امروزه فلوتاسیون را در فرآوری کانه‌های غیرفلزی مانند زغال‌ سنگ دانه‌ ریز, فلوریت, فسفات, پتاس و اکسیدهایی مانند کاسیتریت و هماتیت استفاده می‌کنند. در فلوتاسیون, جدایش کانی‌ها بر پایه تفاوت در ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی سطوح آنها است. به این ترتیب که پس از آماده‌سازی پالپ با معرف‌های شیمیایی مصرفی, پاره‌ای از آنها آبگریز و گروه دیگری آب‌ پذیر می‌شوند.

 
در فرآیندهای جدایش انتخابی, حباب‌های هوا به ذرات آبگریز چسبیده و باعث انتقال آنها به سطح و تشکیل یک لایه کف پایدار می‌شود. این لایه کف از سوی پاروهایی که در سطح سلول فلوتاسیون قرار دارند, قابل جمع‌آوری است.

 
درحال‌ حاضر پرعیارسازی به روش فلوتاسیون یکی از مهم‌ ترین و کاربردی‌ ترین روش‌های کانه‌آرایی محسوب می‌شود. اصطلاح رایج «فلوتاسیون» درواقع بیان‌ کننده شناورسازی کف است. برای استفاده از این روش, لازم است کانی‌های با ارزش به درجه آزادی کافی رسیده باشند. این کار از سوی خردایش مناسب میسر می‌شود.

 
روش فلوتاسیون بر اساس خواص شیمی فیزیکی سطوح کانی‌ها در محیط پالپ استوار شده است. کلکتورها، کف‌ سازها, تنظیم‌ کننده‌ها، فعال‌ کننده‌ها و بازداشت‌ کننده‌ها از جمله مواد شیمیایی هستند که در عملیات فلوتاسیون مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 
درحال‌ حاضر روش فلوتاسیون کاربرد وسیعی در سطح جهان دارد و یکی از مهم‌ ترین تکنیک‌های کانه‌آرایی انتخابی مواد معدنی است. در این بین, فلوتاسیون ستونی یکی از جدیدترین روش‌های فلوتاسیون است که در چند دهه اخیر پیشرفت زیادی داشته و نسبت به روش معمول مکانیکی, دارای بازدهی و کارآیی بیشتری است.

 
پرعیارسازی به روش فلوتاسیون چگونه انجام می‌شود؟

 
از سلول‌های فلوتاسیون ستونی در معادن مختلف دنیا استفاده می‌شود و در کشور ایران نیز در معادنی مانند زغال‌ سنگ طبس, مجتمع معدنی مس میدوک, زغال‌سنگ کرمان و مجتمع مس سرچشمه و مس سونگون در مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی مورد استفاده قرار گرفته و رو به گسترش است.

 
در ۲۰ سال گذشته که سلول ستونی به‌ طور گسترده در صنعت به کار گرفته شده, افزایش عیار بین یک تا ۳ درصد و افزایش بازیابی یک تا ۳درصد نسبت به سلول‌های معمولی گزارش شده که به‌ دلیل ارتفاع کف چند برابر نسبت به سلول‌های معمولی و وجود آب شست‌وشوی کف در سلول‌های ستونی, افزایش عیار تقریبا همواره مشاهده شده است.

 
استفاده از سلول‌های مکانیکی در صنعت فرآوری مواد معدنی عموما با مشکلاتی زیادی مواجه است. به همین علت فناوری‌های جدیدی در زمینه ماشین‌های فلوتاسیون جنبه صنعتی پیدا کرده‌اند که یکی از این فناوری‌ها ستون فلوتاسیون است.

 
فرآوری کانسنگ‌های اکسیدی مس چگونه انجام می‌شود؟

 
استخراج مس به روش هیدرومتالوژی از محلول‌های آبی با استفاده از سمنتاسیون مس, روی, آهن از اواسط قرن ۱۸میلادی در اسپانیا آغاز شد. همچنین در قرن ۱۹میلادی لیچینگ اکسیدهای مس با استفاده از نفوذ به طرف پایین آب‌های اسیدی که به روش‌های مصنوعی ساخته می‌شدند, انجام شده و مس از سوی سمنتاسیون از محلول بازیابی می‌شد.

 
این روش برای مس‌های اکسیدی با عیار پایین که از سوی ذوب مستقیم صرفه اقتصادی نداشت روش مناسبی تلقی می‌شد. به هرحال این روش به ارزان بودن و در دسترس بودن منابع اسید و آهن قراضه بستگی داشت. اسید سولفوریک باتوجه به اینکه از کانی‌های سولفیدی یا گوگرد به آسانی تولید می‌شود تقریبا همیشه مورد توجه بوده است. ظهور روش الکتروونینگ برای بازیابی مس از محلول‌های سولفاته در مقایسه با سمنتاسیون که نیاز به حذف آهن قراضه داشت منجر به اقتصادی شدن فرآیند فرآوری شده است که در آن, بازیابی قسمتی از اسید سولفوریک مصرفی برای لیچینگ و ارزش بالاتر محصول کاتدی نهایی در مقایسه با پودرهای مس مورد توجه بود.

 
صرف نظر از این مزایا, الکتروونینگ فقط در موارد محدودی جایگزین سمنتاسیون شد که آن هم به دلیل محدودیت‌هایی مانند وابستگی شدید الکتروونینگ به کیفیت بالای محلول حاصل از عملیات لیچینگ داشت. توسعه و پیشرفت در حلال‌های استخراج‌ کننده مس، برای مثال در اواسط دهه ۱۹۶۰میلادی پیشرفت‌های اقتصادی این اجازه را داد که روش الکتروونینگ برای محلول‌های ناخالص به‌دست آمده از عملیات‌های لیچینگ اسید سولفوریکی که دارای عیار پایین مس بود به کار برده شود.

 
هر ۳ عملیات اصلی, لیچینگ, استخراج حلالی و الکتروونینگ نیاز دارد که با دقت کامل شود تا فرآیند به بهره‌ وری کلی و نهایی برسد. این موضوع به ارزیابی کنش‌ها با جزئیات نیازدارد که بررسی شود و در مواردی که ناسازگاری وجود دارد بهترین همبستگی تعیین شود.

 
روش‌های متداول لیچینگ مس شامل چه مواردی هستند؟

 
روش‌های انحلال که برای استخراج مس به روش هیدرومتالورژی انجام می‌شود, عبارتند از: لیچینگ درجا, لیچینگ توده‌ای, لیچینگ حوضچه‌ای و لیچینگ متلاطم که به‌ طور کلی روش مورد استفاده برای لیچینگ یک کانه بستگی به عیار کانه, سهولت انحلال کانه در یک حلال خاص, شرایط معدن از نظر ژئولوژی و مسائل اقتصادی دارد.

 
در این روش به علت کم عیار بودن کانه و توجیه نداشتن اقتصادی برای استحصال آن کانه در محل و در طول زمان طولانی لیچ می‌شود. بنابراین درشرایطی که بافت سنگ معدنی به صورت برجا یا پیش از انفجار زیرزمینی دارای تخلخل کافی باشد, می‌توان آن‌ را به همان صورت درجا مورد بهره‌ برداری قرار داد. از این روش در لیچینگ کانی‌های فلزی مس, اورانیوم و نمک‌های قابل انحلال درآب استفاده می‌شود.

 
این فرآیند ابتدا برای بازیابی باطله‌های دپوشده از سنگ حاوی مقادیر کم مس که با هیچ یک از روش‌های متداول کانه آرایی قابل تغلیظ نبود, به کار گرفته شد. نتیجه مطلوب و اقتصادی این فرآیند باعث شد برای بسیاری دیگر از ذخایر این روش اعمال شود حتی کانه‌های اکسیدی مس با عیار بالا بدین روش لیچ می‌شود مشروط بر آنکه مصرف اسید از سوی باطله زیاد نشود.

 
در این حالت سنگ معدن خرد نشده در مکانی انباشته می‌شود حتی آماده‌ سازی کف در این روش لازم نیست ولی باید سطحی که ماده معدنی روی آن ریخته شده از نظر نفوذ پذیری و پایداری مشکلی نداشته باشد.

 
 این روش با وجود هزینه‌های سرمایه‌ای کمتر نسبت به لیچینگ به روش هیپ, از بازیابی مس کمتری برخوردار است (حدود ۵۰ الی ۶۰درصد). علت کم بودن میزان بازیابی مشکلاتی از قبیل به وجود آمدن کانال‌های جریان و توزیع غیریکنواخت حلال در توده سنگ است.

 
روش «دامپ لیچینگ» بیشتر همراه روش «هیپ» مورد استفاده قرار می‌گیرد و کمتر به تنهایی استفاده می‌شود. بسته به نوع کانسنگ عامل انحلال ممکن است آب, محلول اسیدی یا محلول اسیدی حاوی سولفات فریک حاصل از دیگر عملیات فروشویی در همان معدن باشد.

 
در این روش سنگ معدنی استخراج و خرد شده و پس از نرمه‌گیری یا آلگومراسیون با دقت زیادی روی یک بستر ضداسید و نفوذناپذیر انباشت می‌شود تا از ایجاد کانال جریان در بعضی از نقاط توده جلوگیری شود. محلول اسیدی از حوضچه رافینت پمپ شده و به سطح توده پاشیده می‌شود.

 
محلول باردار جمع‌ آوری شده از زیر «هیپ» به حوضچه محلول باردار هدایت می‌شود. محلول باردار از حوضچه «پی‌ال‌اس» برای استخراج مس به واحد استخراج با حلال پمپ می‌شود. اگر غلظت مس در حوضچه پایین باشد این محلول دوباره روی هیپ برگشت داده می‌شود تا عیار مس آن قابل قبول برای استخراج با حلال باشد. بعد از استحصال مس از محلول باردار در واحد استخراج با حلال, محلول بی‌بار به دست می‌آید که به حوضچه «رافینیت» برگشت داده می‌شود.

 
انحلال حوضچه‌ای یا مخزنی کانه‌های اکسیده مس چگونه رخ می‌دهد؟

 
انحلال حوضچه‌ای یا مخزنی کانه‌های اکسیده مس برای تولید مستقیم محلول محتوی مس با غلظت کافی برای استخراج الکترولیتی به کار می‌رود. در مقایسه با لیچینگ برجا و توده‌ای آهنگ تولید در این روش بالاست و در آن از اسید سولفوریک غلیظ استفاده می‌شود. این روش معمولا برای «لیچینگ آمونیاکی» کنسانتره‌های اکسیدی حاصل از روش ثقلی و لیچینگ آمونیاکی سنگ‌های معدنی حاوی مس آزاد به کار برده می‌شود.

 
انحلال مخزنی مستلزم فرو بردن کانه‌های خرد شده (با ابعاد کوچک‌تر از یک سانتی‌متر معمولا با ۳مرحله خردایش) در محلول اسید سولفوریک به غلظت ۱۰۰ تا۱۶۵۰ در حوضچه‌های مستطیلی بزرگ است. از مهم‌ترین مزایای این روش بازیابی بالا, تولید محصول باردار با عیار بالا حدود ۸۵ تا ۹۵ (مناسب برای عمل الکترووینینگ) و همچنین حذف فیلتر و تیکنر است.
لیچینگ متلاطم روش انحلال سریعی است که برای ذرات بسیار ریز کانی‌های پرعیار شده اکسیدی مس یا «کلسیت‌های تشویه شده» در محلول‌های اسید غلیظ, با غلظت ۱۰۰-۵۰۰ اسید سولفوریک به‌ کار می‌رود. در حالی‌که لیچینگ درجا و توده‌ای سال‌ها و لیچینگ حوضچه‌ای روزها به طول می‌انجامد. لیچینگ متلاطم ۲ تا ۸ ساعت طول می‌کشد.