خلاصه：فرآوری کانههای فلزی مرحلهای حیاتی در صنعت معدن است که هدف آن جدا کردن مواد معدنی ارزشمند فلزی از باطله بر اساس تفاوتهای خواص فیزیکی یا شیمیایی آنها است.
فرآوری کانههای فلزی مرحلهای حیاتی در صنعت معدن است که هدف آن جدا کردن مواد معدنی ارزشمند فلزی از باطله بر اساس تفاوتهای خواص فیزیکی یا شیمیایی آنها است. روشهای اصلی فرآوری را میتوان به طور کلی به سه گروه دستهبندی کرد: فرآوری فیزیکی، فرآوری شیمیایی و فرآوری زیستی. در میان اینها، فرآوری فیزیکی به دلیل هزینه کم و سازگاری با محیط زیست، بیشترین کاربرد را دارد. انتخاب یک فرایند فرآوری مناسب بستگی زیادی به ویژگیهای مواد معدنی فلزی هدف دارد، مانند مغناطیس، چگالی و آبگریزی سطح.
1. بهبود فیزیکی: راه حل کمهزینه برای کاربردهای صنعتی گسترده
بهبود فیزیکی مواد معدنی را بدون تغییر در ترکیب شیمیایی آنها جدا میکند و تنها به تفاوتهای خواص فیزیکی تکیه میکند. این روش برای بیشتر مواد معدنی فلزی که به راحتی آزاد میشوند، مناسب است. چهار روش اصلی بهبود فیزیکی عبارتند از:
1.1 جداسازی مغناطیسی: بازیابی هدفمند فلزات مغناطیسی
- اصل اصلی:از تفاوتهای مغناطش مواد معدنی (به عنوان مثال، مگنتیت به میدان مغناطیسی جذب میشود، در حالی که مواد معدنی زباله جذب نمیشوند) برای جداسازی مواد معدنی مغناطیسی از غیرمغناطیسی استفاده میکند.
- متالهای قابل استفاده: عمدتاً مواد معدنی آهن، منگنز و کروم. به ویژه برای مگنتیت (مغناطیسی قوی) و پیروتیت (مغناطیسی ضعیف) مؤثر است. همچنین برای حذف ناخالصیهای آهن از مواد معدنی غیر فلزی مانند ماسه کوارتز استفاده میشود.
- برنامههای کلیدی:
- کارخانههای فرآوری سنگ آهن از یک جریان جداسازی مغناطیسی شامل پیشرو، تمیز کردن و جمعآوری برای ارتقاء محتوای آهن از 25%-30% به بیش از 65% استفاده میکنند.
- مواد معدنی با مغناطیس ضعیف مانند هماتیت ابتدا تفت داده میشوند تا قبل از جداسازی مغناطیسی به مگنتیت تبدیل شوند.
- مزایا:پالایش کم، مصرف انرژی کم و ظرفیت پردازش بالا (جدابندههای مغناطیسی تک میتوانند روزانه هزاران تن را مدیریت کنند).
1.2 فلوتاسیون: جداسازی "هیدروفوبیک-هیدروفیلیک" مواد معدنی با ارزش ریز
- اصل اصلی:مواد شیمیایی (جمعآوریکنندهها و کفسازها) اضافه میشوند تا ماده معدنی فلزی مورد نظر هیدروفوبیک شود. این ذرات به حبابهای هوا چسبیده و به سطح بهعنوان کف بالا میروند، در حالی که مواد معدنی غیرهدف در دوغاب باقی میمانند.
- فلزات قابل کاربرد:مس، سرب، روی، مولیبدن، طلا، نقره و سایر فلزات ریزدانه (بهطور معمول
- برنامههای کلیدی:
- فرآیند استاندارد برای سنگ معدن مس: فلوتاسیون مس سولفیدی سنگ معدن را از 0.3%-0.5% Cu به کنسانتره مس 20%-25% ارتقا میدهد.
- بازیابی طلا کمکی: برای طلاهای بهدقت پراکنده، فلوتاسیون ابتدا آن را به کنسانتره سولفیدی متمرکز میکند و مصرف سیانید را در سیانیداسیون بعدی کاهش میدهد.
- مزایا:کارایی جداکردن بالا (نرخهای بازیابی بالای 90%)، مؤثر برای سنگهای معدنی پلیمتالی پیچیده.
- معایب:استفاده از مواد شیمیایی نیازمند تصفیه پساب است.
1.3 جداسازی ثقلی: استفاده از تفاوتهای چگالی برای بازیابی فلزات سنگین درشت
- اصل اصلی:فصل جاذبه از تفاوتهای چگالی بین مواد معدنی فلزات سنگین و باطلههای سبک در یک میدان جاذبهای یا سانتریفیوژ استفاده میکند.
- فلزات قابل کاربرد:طلا (ذرات درشت پلاسر و لود)، تنگستن، قلع، آنتیموان، بهویژه ذرات درشت بزرگتر از 0.074 میلیمتر.
- برنامههای کلیدی:
- استخراج طلا از پلاسر از آبراهها و جداول لرزان برای بازیابی طلا طبیعی با بیش از 95% بازیابی استفاده میکند.
- کانسنگهای تنگستن و قلع در یک مرحله تفکیک به منظور دور انداختن 70%-80% باطلههای کمچگالی قبل از شناورسازی تحت فصل جاذبه قرار میگیرند.
- مزایا:هیچ آلودگی شیمیایی، هزینه بسیار کم، تجهیزات ساده.
- معایب:Low recovery for fine particles and minerals with small density differences.
1.4 جداسازی الکتروستاتیک: استفاده از تفاوتهای رسانایی برای فلزات خاص
- اصل اصلی:معدنها را بر اساس تفاوتهای رسانایی الکتریکی (به عنوان مثال، مواد معدنی فلزی رسانا و غیر فلزیها غیر رسانا هستند) در یک میدان ولتاژ بالا جدا میکند، جایی که مواد معدنی رسانا به الکترودها جذب یا از آنها دور میشوند.
- فلزات قابل کاربرد:به طور عمده برای جداسازی مواد معدنی فلزات نادر مانند تیتانیوم، زیرکونیوم، تانتالوم و نیوبیوم یا برای تمیز کردن کنسانترهها (به عنوان مثال، حذف مواد غیررسانای دستهای از کنسانترههای مس/سرب/روی) استفاده میشود.
- برنامههای کلیدی:
- جداسازی تیتانیوم از ماسههای ساحلی: در هاینان، جداسازی الکترواستاتیک ایلمنیت رسانا را از کوارتز غیررسانا جدا میکند.
- پاکسازی کنسانتره: حذف کوارتز با هدایت ضعیف از کنسانتره تنگستن به منظور بالا بردن درجه آن.
- مزایا:دقت جداسازی بالا، بدون مواد شیمیایی.
- معایب:حساس به رطوبت (نیاز به خشک کردن)، توان خروجی پایین، معمولاً فقط به عنوان یک مرحله تمیز کردن استفاده میشود.
2. استفاده شیمیایی: "آخرین راهحل" برای oresهای دشوار
زمانی که کانیهای فلزی به طور ریز در هم پخش شده یا به شدت با باطلهها پیوند خوردهاند (مانند سنگهای معدنی اکسید شده، سولفیدهای پیچیده)، روشهای فیزیکی ممکن است ناکارآمد شوند. استفاده شیمیایی ساختارهای معدنی را تجزیه میکند تا فلزات را استخراج کند، عمدتاً از طریق:
2.1 شستشو: "حل و استخراج" یونهای فلزی
- اصل اصلی:مواد معدنی در حلالهای شیمیایی (اسید، قلیا یا محلولهای نمکی) خیس میشوند تا فلز هدف در یک محلول شستشوی حامل (PLS) حل شود و از آن فلز بازیابی شود (مانند رسوبگذاری، سیمانگذاری یا استخراج الکترولیتی).
- فلزات قابل کاربرد:طلا (سیانیداسیون)، نقره، مس (شستشوی تودهای)، نیکل، کبالت و سایر فلزات مقاوم.
- مطالعه موردی:
- سیانیداسیون طلا: ماده معدنی به طور نازک آسیاب شده با محلول سیانید مخلوط میشود؛ طلا یک کمپلکس قابل حل تشکیل میدهد و سپس با پودر روی رسوب داده میشود (بازیابی ≥90%). آلودگی سیانید باید به شدت کنترل شود.
- Leaching لیچینگ تودهای مس: سنگ معدنی مس اکسیدی با عیار پایین (0.2%-0.5% Cu) با اسید سولفوریک آبیاری میشود؛ مس حل میشود و از طریق استخراج حلال و الکترووینینگ (SX-EW) به عنوان مس کاتدی بازیابی میشود (برای سنگ معدن با عیار پایین مقرون به صرفه است).
2.2 فرایند ترکیبی کورهکاری-آبکشی
- اصل اصلی:سنگ معدن ابتدا در دماهای بالا (۳۰۰-۱۰۰۰ درجه سانتیگراد) کورهکاری میشود تا ساختار آن تغییر کند (مانند کورهکاری اکسیدکننده یا کاهنده)، فلزات نسوز را به شکلی محلول برای آبکشی بعدی تبدیل کند.
- فلزات قابل کاربرد:سولفیدهای نسوز (مانند سولفید نیکل، سولفید مس) و سنگ معدنهای اکسیدی (مانند هماتیت).
- مطالعه موردی:
- کورهکاری سولفید نیکل: سولفید نیکل را به اکسید نیکل تبدیل میکند که به راحتی با اسید سولفوریک آبکشی میشود و تداخل سولفید را از بین میبرد.
- کورهکاری سنگ معدن طلا نسوز: برای سنگ معدنهایی که حاوی آرسنیک و کربن هستند، کورهکاری آرسنیک (که به صورت As₂O₃ بخار میشود) و کربن (که میتواند طلا را جذب کند) را حذف میکند و آبکشی سیانید را ممکن میسازد.
2.3 بهرهبرداری میکروبی: رویکردی دوستدار محیطزیست برای معادن با عیار پایین
- اصل:برخی میکروارگانیسمها (مانند Acidithiobacillus ferrooxidans، Acidithiobacillus thiooxidans) به صورت متابولیکی سولفیدهای فلزی را به نمکهای فلزی حلشدنی اکسیده میکنند و این امکان را برای بازیابی فلز از محلول فراهم میآورند - که به آن بیولیچینگ نیز گفته میشود.
- فلزات قابل کاربرد:مس با عیار پایین (مانند مس پورفیری)، اورانیوم، نیکل، طلا (به عنوان کمک برای حذف گوگرد).
- مزایا:دوستدار محیطزیست (بدون آلودگی ناشی از مواد شیمیایی)، هزینه پایین (میکروبها خود به خود تکثیر میشوند)، مناسب برای معادن با عیار مس به پایینترین حد 0.1%-0.3%.
- معایب:نرخهای واکنش کند (هفتهها تا ماهها)، حساس به دما و شرایط محیطی.
- کاربردهای معمول:تقریباً ۲۰٪ از تولید مس جهانی از بیولچینگ میآید، مانند عملیات بزرگ لایهبرداری انبوه در شیلی.
۳. منطق اصلی ۳ مرحلهای برای انتخاب روشهای فرآوری
۳.۱ تجزیه و تحلیل خواص معدنی:
- مواد معدنی مغناطیسی (مثلاً مگنتیت) → جداسازی مغناطیسی
- ذرات ریز با تفاوتهای هیدروفوبیک (مثلاً کانههای مس) → شناورسازی
- ذرات درشت با چگالی بالا (مثلاً طلاي پلاسر، تنگستن) → جداسازی گرانش
3.2 ارزیابی درجه سنگ معدن و آزادسازی:
- سنگهای معدنی با درجه بالا و درشت → جداسازی با جاذبه یا مغناطیسی (هزینه کم)
- سنگهای معدنی با درجه پایین و ریز → شناور سازی یا لیچینگ (بازیابی بالا)
- سنگهای معدنی بسیار مقاوم → فرآوری شیمیایی یا زیستی
3.3 تعادل اقتصاد و هزینههای زیستمحیطی:
- ترجیح دادن فرآوری فیزیکی برای مصرف کم انرژی و حداقل آلودگی
- استفاده از روشهای شیمیایی یا زیستی تنها زمانی که روشهای فیزیکی غیر مؤثر هستند و هزینه و تأثیر زیستمحیطی را مد نظر قرار دهید
مشاوره
دریافت راهحل