Metallerzaufbereitungsmethoden: Ein vollständiger Leitfaden

Zusammenfassung：Die Metallore-Aufbereitung ist ein kritischer Schritt in der Bergbauindustrie, der darauf abzielt, wertvolle Metallmineralien von Begleitgestein aufgrund ihrer physikalischen oder chemischen Eigenschaftsunterschiede zu trennen.

Die Metallore-Aufbereitung ist ein kritischer Schritt in der Bergbauindustrie, der darauf abzielt, wertvolle Metallmineralien von Begleitgestein aufgrund ihrer physikalischen oder chemischen Eigenschaftsunterschiede zu trennen. Die gängigsten Aufbereitungsmethoden lassen sich grob in drei Gruppen unterteilen: physikalische Aufbereitung, chemische Aufbereitung und Bio-Aufbereitung. Unter diesen ist die physikalische Aufbereitung die am weitesten verbreitete, da sie kostengünstig und umweltfreundlich ist. Die Auswahl eines geeigneten Aufbereitungsprozesses hängt weitgehend von den Eigenschaften der Zielmetallmineralien ab, wie Magnetismus, Dichte und Oberflächenhydrophobizität.

1. Physikalische Aufbereitung: Die kostengünstige Lösung für breite industrielle Anwendungen

Die physikalische Aufbereitung trennt Mineralien, ohne ihre chemische Zusammensetzung zu verändern, und verlässt sich ausschließlich auf Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften. Dieser Ansatz eignet sich für die meisten leicht freizulegenden Metallminerale. Die vier wesentlichen Methoden der physikalischen Aufbereitung sind:

1.1 Magnettrennung: Gezielt Rückgewinnung von magnetischen Metallen

• Kernprinzip:Nutzen Unterschiede im Magnetismus von Mineralien (z. B. wird Magnetit von einem Magnetfeld angezogen, während Gangminerale nicht angezogen werden), um magnetische von nicht-magnetischen Mineralien zu trennen.
• Applicable Metals: Hauptsächlich Eisen, Mangan und Chrommineralien. Besonders effektiv für Magnetit (stark magnetisch) und Pyrrothit (schwach magnetisch). Wird auch verwendet, um Eisenverunreinigungen aus nichtmetallischen Mineralien wie Quarzsand zu entfernen.
• Key Applications:
  • Eisenminerale-Bergwerke nutzen einen Fluss der magnetischen Trennung mit Grobtrennung, Reinigung und Nachbearbeitung, um den Eisenanteil von 25%-30% auf über 65% zu erhöhen.
  • Schwach magnetische Mineralien wie Hämatit werden zuerst geröstet, um sie in Magnetit umzuwandeln, bevor die magnetische Trennung erfolgt.
• Vorteile:Geringe Verschmutzung, geringer Energieverbrauch und hohe Verarbeitungs-capacité (einzelne Magnetseparatoren können Tausende von Tonnen pro Tag verarbeiten).

1.2 Flotation: “Hydrophobe-hydrophile” Trennung von feinen wertvollen Mineralien

• Kernprinzip:Chemikalien (Sammelmittel und Schaumförderer) werden hinzugefügt, um das Zielmetall-mineral hydrophob zu machen. Diese Partikel haften an Luftblasen und steigen als Schaum an die Oberfläche, während nicht-zielmineralien in der Pulpe verbleiben.
• Anwendbare Metalle:Kupfer, Blei, Zink, Molybdän, Gold, Silber und andere feinkörnige (typischerweise
• Key Applications:
  • Der Standardprozess für Kupfererz: Sulfidkupferflotation hebt Erz von 0,3%-0,5% Cu auf ein 20%-25% Kupferkonzentrat.
  • Hilfs-Goldgewinnung: Für fein disseminiertes Gold konzentriert die Flotation es zunächst in ein Sulfidkonzentrat, wodurch der Cyanidverbrauch in der anschließenden Cyanidierung reduziert wird.
• Vorteile:Hohe Trenneffizienz (Rückgewinnungsraten über 90%), effektiv für komplexe polymetallische Erze.
• Nachteile:Die Verwendung von chemischen Reagenzien erfordert eine Abwasserbehandlung.

1.3 Schwerkrafttrennung: Ausnutzung von Dichteunterschieden zur Rückgewinnung grober Schwermetalle.

• Kernprinzip:Die Schwerkrafttrennung nutzt Dichteunterschiede zwischen Schwermetallmineralien und leichterem Ganggestein in einem gravitativen oder zentrifugalen Feld.
• Anwendbare Metalle:Gold (Placer- und Erzgoldgroßpartikel), Wolfram, Zinn, Antimon, insbesondere Grobpartikel größer als 0,074 mm.
• Key Applications:
  • Die Goldgewinnung aus Placer verwendet Rinnen und Schütteltische, um natürliches Gold mit über 95% Rückgewinnung zu gewinnen.
  • Wolfram- und Zinnerze durchlaufen die Schwerkrafttrennung als eine Grobtrennungsstufe, um 70%-80% des niederdichten Ganggesteins vor der Flotation abzutrennen.
• Vorteile:Keine chemische Verschmutzung, sehr niedrige Kosten, einfache Ausrüstung.
• Nachteile:Niedrige Erholung für feine Partikel und Mineralien mit kleinen Dichteunterschieden.

1.4 Elektrostatik-Trennung: Nutzung von Leitfähigkeitsunterschieden für spezielle Metalle

• Kernprinzip:Trennt Mineralien basierend auf Unterschieden in der elektrischen Leitfähigkeit (z.B. leiten metallische Mineralien, nicht-metallische nicht) in einem Hochspannungsfeld, wo leitfähige Mineralien zu Elektroden angezogen oder von diesen abgestoßen werden.
• Anwendbare Metalle:Hauptsächlich verwendet zur Trennung seltener Metallminerale wie Titan, Zirkonium, Tantal und Niob oder zur Reinigung von Konzentraten (z.B. Entfernung nicht-leitfähiger Gangue aus Kupfer-/Blei-/Zinkkonzentraten).
• Key Applications:
  • Titantrennung aus Strand-Sanden: In Hainan isoliert die elektrostatische Trennung leitfähiges Ilmenit von nicht leitfähigem Quarz.
  • Konzentratreinigung: Entfernung von wenig leitfähigem Quarz aus Wolframkonzentrat zur Aufwertung seiner Qualität.
• Vorteile:Hohe Trennpräzision, keine chemischen Reagenzien.
• Nachteile:Empfindlich gegenüber Feuchtigkeit (erfordert Trocknung), niedrige Durchsatzrate, typischerweise nur als Reinigungsschritt verwendet.

2. Chemische Aufbereitung: Der „Ultimative Ausweg“ für schwierige Erze

Wenn metallische Minerale fein disseminiert oder fest mit Gangue verbunden sind (z.B. oxidierte Erze, komplexe Sulfide), können physikalische Methoden versagen. Chemische Aufbereitung zerlegt Mineralstrukturen, um Metalle zu extrahieren, hauptsächlich über:

2.1 Auslaugen: “Lösungs- und Extraktionsverfahren” von Metallionen

• Kernprinzip:Erze werden in chemischen Lösungsmitteln (Säure, Lauge oder Salzlösungen) eingeweicht, um das Zielmetall in einer Schwermetall-Laugungslösung (PLS) zu lösen, aus der das Metall zurückgewonnen wird (z. B. durch Fällung, Zementation oder Elektrogewinnung).
• Anwendbare Metalle:Gold (Cyanidierung), Silber, Kupfer (Heap-Leaching), Nickel, Kobalt und andere schwer zu schmelzende Metalle.
• Fallstudie:
  • Gold-Cyanidierung: Fein gemahlenes Erz wird mit einer Cyanidlösung vermischt; Gold bildet einen löslichen Komplex und wird später mit Zinkpulver gefällt (Rückgewinnung ≥90%). Die Cyanidverschmutzung muss streng kontrolliert werden.
  • Kupfer-Haufenlixivierung: Niedriggradiges oxidisches Kupfererz (0,2%-0,5% Cu) wird mit Schwefelsäure bewässert; Kupfer löst sich auf und wird durch Lösungsmittelgewinnung und Elektrolyse (SX-EW) als Katodenkupfer gewonnen (kosteneffektiv für niedriggradiges Erz).

2.2 Rösten-Lixivierungs-Kombinationsprozess

• Kernprinzip:Erz wird zunächst bei hohen Temperaturen (300-1000°C) geröstet, um seine Struktur zu verändern (z.B. oxidierende oder reduzierende Röstung), wobei refraktäre Metalle in eine lösliche Form umgewandelt werden, die für die anschließende Lixivierung geeignet ist.
• Anwendbare Metalle:Refraktäre Sulfide (z.B. Nickelsulfid, Kupfersulfid) und oxidische Erze (z.B. Hämatit).
• Case Study:
  • Nickel-Sulfid-Röstung: Wandelt Nickel-Sulfid in Nickeloxid um, das leicht mit Schwefelsäure ausgewaschen werden kann und sulfidhaltige Störungen vermeidet.
  • Röstung von Refraktärem Golderz: Bei Erzen, die Arsen und Kohlenstoff enthalten, entfernt das Röstverfahren Arsen (das als As₂O₃ volatilisiert) und Kohlenstoff (der Gold adsorbieren kann), wodurch eine anschließende Cyanidierung ermöglicht wird.

2.3 Mikrobielle Aufbereitung: Ein umweltfreundlicher Ansatz für niedriggradige Erze

• Prinzip:Bestimmte Mikroorganismen (z. B. Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans) oxidieren metabolisch Metallsulfide in lösliche Metallsalze, wodurch die Metallrückgewinnung aus der Lösung ermöglicht wird – auch bekannt als Bioauslaugung.
• Anwendbare Metalle:Niedriggradiges Kupfer (z. B. Porphyrkupfer), Uran, Nickel, Gold (als Schwefelentfernungshilfsmittel).
• Vorteile:Umweltfreundlich (keine chemische Reagenzverschmutzung), kostengünstig (Mikroben replizieren sich selbst), geeignet für Erze mit Kupfergehalten von nur 0,1%-0,3%.
• Nachteile:Langsame Reaktionsraten (Wochen bis Monate), empfindlich gegenüber Temperatur und Umweltbedingungen.
• Typische Anwendung:Ungefähr 20% der globalen Kupferproduktion stammen aus der Bioleaching, wie große Heap-Leach-Betriebe in Chile.

3. Die 3-Schritte-Kernlogik zur Auswahl von Aufbereitungsmethoden

3.1 Analysiere Mineralien-Eigenschaften:

• Magnetische Mineralien (z.B. Magnetit) → Magnetische Trennung
• Feine Partikel mit hydrophoben Unterschieden (z.B. Kupfererze) → Flotation
• Grobe Partikel mit hoher Dichte (z.B. Placer-Gold, Wolfram) → Schwerkrafttrennung

3.2 Bewerte Erzgehalt und Freisetzung:

• Hochgradige grobe Erze → Schwerkraft- oder magnetische Trennung (niedrige Kosten)
• Niedriggradige feine Erze → Flotation oder Auslaugung (hohe Ausbeute)
• Extrem refraktäre Erze → Chemische oder bio-veredelte Trennung

3.3 Bilanz der Wirtschaft und Umweltkosten:

• Bevorzuge physikalische Aufbereitung für niedrigen Energieverbrauch und minimale Verschmutzung
• Greife auf chemische oder bio-methoden nur zurück, wenn physikalische Methoden ineffektiv sind, unter Berücksichtigung der Kosten und der Umweltbelastung