Περίληψη：Ο εμπλουτισμός μεταλλευμάτων είναι ένα κρίσιμο βήμα στη βιομηχανία εξορύξεων, που αποσκοπεί στη διαχωρισμό πολύτιμων μετάλλων από το υλικό παρενέργειας με βάση τις φυσικές ή χημικές διαφορές τους.

Ο εμπλουτισμός μεταλλευμάτων είναι ένα κρίσιμο βήμα στη βιομηχανία εξορύξεων, που αποσκοπεί στη διαχωρισμό πολύτιμων μετάλλων από το υλικό παρενέργειας με βάση τις φυσικές ή χημικές διαφορές τους. Οι κύριες μέθοδοι εμπλουτισμού μπορούν γενικά να κατηγοριοποιηθούν σε τρεις ομάδες: φυσικός εμπλουτισμός, χημικός εμπλουτισμός και βιο-εμπλουτισμός. Μεταξύ αυτών, ο φυσικός εμπλουτισμός είναι ο πιο ευρέως εφαρμοζόμενος λόγω του χαμηλού κόστους και της φιλικότητας προς το περιβάλλον. Η επιλογή μιας κατάλληλης διαδικασίας εμπλουτισμού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα χαρακτηριστικά των στοχευμένων μεταλλικών ορυκτών, όπως είναι η μαγνητικότητα, η πυκνότητα και η υδροφοβικότητα της επιφάνειας.

Metal Ore Beneficiation Methods

1. Φυσική Βελτίωση: Η Χαμηλού Κόστους Λύση για Ευρεία Βιομηχανική Εφαρμογή

Η φυσική βελτίωση διαχωρίζει τα μεταλλεύματα χωρίς να αλλάζει τη χημική τους σύνθεση, βασιζόμενη αποκλειστικά σε διαφορές φυσικών ιδιοτήτων. Αυτή η προσέγγιση είναι κατάλληλη για τα περισσότερα μεταλλεύματα μετάλλων που απελευθερώνονται εύκολα. Οι τέσσερις βασικές μέθοδοι φυσικής βελτίωσης είναι:

1.1 Μαγνητικός Διαχωρισμός: Στοχευμένη Ανάκτηση Μαγνητικών Μετάλλων

  • Βασική Αρχή:Αξιοποιεί τις διαφορές στη μαγνητικότητα των μεταλλευμάτων (π.χ., ο μαγνησίτης προσελκύεται σε ένα μαγνητικό πεδίο, ενώ τα ορυκτά παρεμβολής δεν προσελκύονται) για να διαχωρίσει τα μαγνητικά από τα μη μαγνητικά μεταλλεύματα.
  • Applicable Metals: Κυρίως σίδηρος, μαγγάνιο και μεταλλεύματα χρωμίου. Ιδιαίτερα αποτελεσματικά για τη μαγνησίτη (ισχυρός μαγνητικός) και την πυροτίτη (ασθενής μαγνητικός). Χρησιμοποιούνται επίσης για την αφαίρεση σιδηρούχων ακαθαρσιών από μη μεταλλεύματα όπως η άμμος από χρώμιο.
  • Key Applications:
    • Τα εργοστάσια εμπλουτισμού σιδηρούχων ορυκτών χρησιμοποιούν μια ροή μαγνητικής διαχωρισμού που περιλαμβάνει απομάκρυνση, καθαρισμό και αναρρόφηση για την αναβάθμιση της περιεκτικότητας σε σίδηρο από 25%-30% σε πάνω από 65%.
    • Weakly magnetic minerals like hematite are first roasted to convert them into magnetite before magnetic separation.
  • Πλεονεκτήματα:Low pollution, low energy consumption, and large processing capacity (single magnetic separators can handle thousands of tons per day).
Magnetic Separation

1.2 Φιλοξενία: “Υδρόφοβη-Υδρόφιλη” Διαχωρισμός Χονδροειδών Πολύτιμων Μετάλλων

  • Βασική Αρχή:Χημικά (συγκεντρωτές και αφριστές) προστίθενται για να καταστήσουν το στοχοθετημένο μεταλλικό ορυκτό υδρόφοβο. Αυτά τα σωματίδια προσκολλώνται σε φυσαλίδες αέρα και ανέρχονται στην επιφάνεια ως αφρός, ενώ τα μη στοχοθετημένα ορυκτά παραμένουν στον πολτό.
  • Εφαρμόσιμα Μέταλλα:Χαλκός, μόλυβδος, ψευδάργυρος, μολυβδαίνιο, χρυσός, ασήμι και άλλα χονδροειδή (τυπικά
  • Key Applications:
    • Η τυπική διαδικασία για τον ορείχαλκο: Η φυγοκέντρηση θειούχου χαλκού αναβαθμίζει το ore από 0.3%-0.5% Cu σε συγκέντρωση χαλκού 20%-25%.
    • Βοηθητική ανάκτηση χρυσού: Για λεπτά διατηρημένο χρυσό, η φυγοκέντρηση τον συγκεντρώνει αρχικά σε θειούχο συγκέντρωση, μειώνοντας την κατανάλωση κυανίου στην επόμενη κυανίωση.
  • Πλεονεκτήματα:Υψηλή αποδοτικότητα διαχωρισμού (ποσοστά ανάκτησης άνω του 90%), αποτελεσματική για πολύπλοκα πολυμεταλλικά ores.
  • Μειονεκτήματα:Η χρήση χημικών αντιδραστηρίων απαιτεί επεξεργασία λυμάτων.
Flotation Machine

1.3 Διαχωρισμός με Βαρύτητα: Εκμετάλλευση Διαφορών Πυκνότητας για την Ανάκτηση Χονδρών Βαρύ Μετάλλων

  • Βασική Αρχή:Η απομάκρυνση με βαρύτητα εκμεταλλεύεται τις διαφορές πυκνότητας μεταξύ των βαρέων μετάλλων και της ελαφρύτερης άχρηστης ύλης σε ένα βαρυτικό ή φυγοκεντρικό πεδίο.
  • Εφαρμόσιμα Μέταλλα:Χρυσός (πλακέρ και ορυκτός χρυσός χονδρόκοκκα σωματίδια), βολφράμιο, κασσίτερος, αντιμόνιο, ειδικά χονδρά σωματίδια μεγαλύτερα από 0,074 mm.
  • Key Applications:
    • Η εξόρυξη χρυσού από πλακέρ χρησιμοποιεί ρυακιές και τραπέζια κίνησης για την ανάκτηση φυσικού χρυσού με ποσοστό ανάκτησης άνω του 95%.
    • Τα μεταλλεύματα βολφραμίου και κασσίτερου υποβάλλονται σε διαχωρισμό με βαρύτητα ως ένα βήμα πρόσκρουσης για την απόρριψη του 70%-80% της άχρηστης ύλης χαμηλής πυκνότητας πριν από τη φυγοκέντρηση.
  • Πλεονεκτήματα:Καμία χημική ρύπανση, πολύ χαμηλό κόστος, απλός εξοπλισμός.
  • Μειονεκτήματα:Κακή ανάκτηση για λεπτά σωματίδια και ορυκτά με μικρές διαφορές πυκνότητας.
Gravity Separation

1.4 Ηλεκτροστατική Διαχωρισμός: Εκμετάλλευση Διαφορών Αγωγιμότητας για Ειδικά Μέταλλα

  • Βασική Αρχή:Διαχωρίζει τα ορυκτά με βάση τις διαφορές στην ηλεκτρική αγωγιμότητα (π.χ., τα μεταλλικά ορυκτά αγωγούν, τα μη μεταλλικά δεν αγωγούν) σε ένα πεδίο υψηλής τάσης, όπου τα αγώγιμα ορυκτά έλκονται ή απομακρύνονται από ηλεκτρόδια.
  • Εφαρμόσιμα Μέταλλα:Χρησιμοποιείται κυρίως για το διαχωρισμό σπανίων μετάλλων όπως το τιτάνιο, το ζιρκόνιο, το ταντάλιο και το νιόβιο, ή για τον καθαρισμό συγκεντρωμάτων (π.χ., απομάκρυνση μη αγώγιμου γάγκου από συγκεντρώματα χαλκού/μόλυβδου/ψευδαργύρου).
  • Key Applications:
    • Τιτανίου διαχωρισμός από άμμο παραλίας: Στην Χαϊνάν, η ηλεκτροστατική διαχωρισμός απομονώνει ηλεκτρικά αγώγιμο ιλμενίτη από μη αγώγιμο χαλαζία.
    • Καθαρισμός συμπύκνωσης: Αφαίρεση κακώς αγώγιμου χαλαζία από συμπύκνωμα βολφραμίου για αναβάθμιση της ποιότητάς του.
  • Πλεονεκτήματα:Υψηλή ακρίβεια διαχωρισμού, χωρίς χημικά αντιδραστήρια.
  • Μειονεκτήματα:Ευαίσθητο στην υγρασία (απαιτεί ξήρανση), χαμηλή ροή, χρησιμοποιείται συνήθως μόνο ως βήμα καθαρισμού.

2. Χημική Εμπλουτισμός: Η «Τελευταία Δυνατότητα» για Δύσκολα Ορυκτά

Όταν τα μεταλλικά ορυκτά είναι διασκορπισμένα λεπτομερώς ή σφιχτά δεμένα με γάγγιο (π.χ., οξειδωμένα ορυκτά, πολύπλοκοι θειούχοι), οι φυσικές μέθοδοι μπορεί να αποτύχουν. Ο χημικός εμπλουτισμός διασπά τις δομές των ορυκτών για την εξαγωγή μετάλλων, κυρίως μέσω:

2.1 Εκχύλιση: “Διαλυτότητα και Εξαγωγή” Ιοντων Μετάλλων

  • Βασική Αρχή:Οι πυροί βυθίζονται σε χημικούς διαλύτες (οξύ, αλκάλιο ή διαλύματα αλατιού) για να διαλύσουν το στόχο μέταλλο σε μια έγκυο λύση εκχύλισης (PLS), από την οποία ανακτάται το μέταλλο (π.χ., μέσω καθίζησης, τσιμεντοποίησης ή ηλεκτροεξόρυξης).
  • Εφαρμόσιμα Μέταλλα:Χρυσός (κυανίωση), ασήμι, χαλκός (σωρός εκχύλισης), νικέλιο, κοβάλτιο και άλλα ανθεκτικά μέταλλα.
  • Μελέτη Περίπτωσης:
    • Κυανίωση Χρυσού: Ο λεπτοαλεσμένος πυρός αναμειγνύεται με ένα διάλυμα κυανίου; ο χρυσός σχηματίζει ένα διαλυτό σύμπλοκο και στη συνέχεια εκθλίβεται με σκόνη ψευδαργύρου (ανάκτηση ≥90%). Η ρύπανση από κυάνιο πρέπει να ελέγχεται αυστηρά.
    • Χαλκός Σωρός Λείανσης: Χαμηλής ποιότητας οξεικός χαλκολύτης (0.2%-0.5% Cu) ποτίζεται με θειικό οξύ; ο χαλκός διαλύεται και ανακτάται μέσω εκχύλισης διαλύτη και ηλεκτροκαταθέσεως (SX-EW) ως κατηγορία χαλκού (οικονομικά αποδοτική για χαμηλής ποιότητας κοιτάσματα).

2.2 Συνδυασμένη Διαδικασία Ψησίματος-Εξαγωγής

  • Βασική Αρχή:Ο ορυκτός πρώτος ψησμένος σε υψηλές θερμοκρασίες (300-1000°C) για να τροποποιήσει τη δομή του (π.χ., οξειδωτικό ή αναγωγικό ψήσιμο), μετατρέποντας τα ανθεκτικά μέταλλα σε διαλυτή μορφή για επακόλουθη εξαγωγή.
  • Εφαρμόσιμα Μέταλλα:Ανθεκτικά θειικά (π.χ., θειούχο νικέλιο, θειούχο χαλκό) και ορυκτά οξειδίων (π.χ., αιματίτης).
  • Μελέτη Περίπτωσης:
    • Ψήσιμο Θειούχου Νικελίου: Μετατρέπει το θειούχο νικέλιο σε οξείδιο νικελίου, το οποίο είναι εύκολα εξαγώγιμο με θειικό οξύ, αποφεύγοντας την παρέμβαση θειούχων.
    • Ψήσιμο Ανθεκτικού Χρυσού Ορυκτού: Για τα ορυκτά που περιέχουν αρσενικό και άνθρακα, το ψήσιμο αφαιρεί το αρσενικό (που εξατμίζεται ως As₂O₃) και τον άνθρακα (ο οποίος μπορεί να προσροφήσει το χρυσό), επιτρέπει την επακόλουθη κυανίωση.

2.3 Μικροβιακή Ευεργεσία: Μια Φιλική προς το Περιβάλλον Προσέγγιση για Χαλυβδόχριβα Ορυχεία

  • Αρχή:Ορισμένα μικρόβια (π.χ., Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans) οξειδώνονται μεταβολικά τα μεταλλικά θειούχα σε διαλυτά μεταλλικά άλατα, επιτρέποντας την ανάκτηση μετάλλων από διάλυμα—γνωστή και ως βιοαπολήθυνση.
  • Εφαρμόσιμα Μέταλλα:Χαμηλής ποιότητας χαλκός (π.χ., πορφυρώδης χαλκός), ουράνιο, νικέλιο, χρυσός (ως βοηθητικό απομάκρυνσης θείου).
  • Πλεονεκτήματα:Φιλικό προς το περιβάλλον (χωρίς ρύπανση χημικών αντιδραστηρίων), χαμηλού κόστους (τα μικρόβια αναπαράγονται μόνα τους), κατάλληλο για ορυχεία με περιεκτικότητα χαλκού όσο το 0.1%-0.3%.
  • Μειονεκτήματα:Αργοί ρυθμοί αντίδρασης (εβδομάδες έως μήνες), ευαίσθητοι σε θερμοκρασία και περιβαλλοντικές συνθήκες.
  • Τυπική Εφαρμογή:Περίπου το 20% της παγκόσμιας παραγωγής χαλκού προέρχεται από βιοδιάλυση, όπως οι μεγάλες λειτουργίες σωρού στην Χιλή.

3. Η Λογική Βασικού Βήματος 3 για Επιλογή Μεθόδων Εμπλουτισμού

3.1 Αναλύστε τις Ιδιότητες των Μεταλλευμάτων:

  • Μαγνητικά μέταλλα (π.χ., μαγνησίτης) → Μαγνητική διαχωρισμός
  • Λεπτά σωματίδια με διαφορές υδροφοβικότητας (π.χ., κοιτάσματα χαλκού) → Φλοτάρισμα
  • Χονδρά σωματίδια με υψηλή πυκνότητα (π.χ., χρυσός πλάκας, βολφράμιο) → Διαχωρισμός με βάση τη βαρύτητα

3.2 Αξιολογήστε την ποιότητα μεταλλευμάτων και την απελευθέρωση:

  • Υψηλής ποιότητας χονδρομερή ορυκτά → Διαχωρισμός με βαρύτητα ή μαγνητικός διαχωρισμός (χαμηλό κόστος)
  • Χαμηλής ποιότητας λεπτό ορυκτό → Φύσηξη ή λείανση (υψηλή ανάκτηση)
  • Εξαιρετικά ανθεκτικά ορυκτά → Χημική ή βιο-ωφέλιμη μέθοδος

3.3 Ισορροπήστε τα Οικονομικά και το Περιβαλλοντικό Κόστος:

  • Προτιμήστε τη φυσική επεξεργασία για χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και ελάχιστη ρύπανση
  • Καταφύγετε σε χημικές ή βιολογικές μεθόδους μόνο όταν οι φυσικές μέθοδοι δεν είναι αποτελεσματικές, ζυγίζοντας το κόστος και τον περιβαλλοντικό αντίκτυπο