שיטות שדרוג מינרלים מתכתיים: מדריך שלם

סיכום：שדרוג מינרלי מתכת הוא שלב קריטי בתעשיית המכרות, שמטרתו להפריד מינרלים מתכתיים יקרי ערך מהשכבות האדנות על בסיס ההבדלים בתכונות פיזיות או כימיות שלהם.

שדרוג מינרלי מתכת הוא שלב קריטי בתעשיית המכרות, שמטרתו להפריד מינרלים מתכתיים יקרי ערך מהשכבות האדנות על בסיס ההבדלים בתכונות פיזיות או כימיות שלהם. שיטות השדרוג המיינסטרימיות ניתן לחלק בשלוש קבוצות: שדרוג פיזי, שדרוג כימי ושדרוג ביולוגי. בין אלו, השדרוג הפיזי הוא הנפוץ ביותר בשל עלותו הנמוכה וידידותיותו לסביבה. הבחירה בתהליך שדרוג מתאים תלויה במידה רבה בתכונות של מינרלי המתכת המיועדים, כמו מגנטיות, צפיפות והידרופוביות של פני השטח.

1. טיוב פיזי: הפתרון בעל העלות הנמוכה ליישום תעשייתי רחב

טיוב פיזי מפריד בין מינרלים מבלי לשנות את הרכבם הכימי, מתבסס באופן בלעדי על הבדלים בתכונות פיזיות. שיטה זו מתאימה לרוב מינרלי המתכות הניתנים לשחרור בקלות. ארבע שיטות הליבה של טיוב פיזי הן:

1.1 הפרדה מגנטית: התאוששות ממוקדת של מתכות מגנטיות

• עיקרון מרכזי:מנצל הבדלים במגנטיות של מינרלים (למשל, מגנטיט מושך לשדה מגנטי, בעוד שמינרלי סלע אינם) כדי להפריד בין מינרלים מגנטיים ללא מגנטיים.
• מmetals רלוונטיים: בעיקר מינרלים של ברזל, מנגן וכרום. במיוחד יעיל למגניט (מגניט חזק) ופירוטיט (מגניט חלש). גם משמש להסרת זיהומים של ברזל ממינרלים לא מתכתיים כמו חול קוורץ.
• יישומים מרכזיים:
  • צמחים להפרדת ברזל משתמשים בזרימת הפרדת מגנטים של חציבה, ניקוי ולכידה כדי לשפר את תוכן הברזל מ-25%-30% ליותר מ-65%.
  • מינרלים עם מגנטיות חלשה כמו המטיט נשרפים תחילה כדי להמיר אותם למגניט לפני ההפרדה המגנטית.
• יתרונות:זיהום נמוך, צריכת אנרגיה נמוכה, ויכולת עיבוד גדולה (מפרידים מגנטיים בודדים יכולים להתמודד עם אלפי טון ביום).

1.2 ציפה: הפרדה "הידרופובית- הידרופילית" של מינרלים בעלי ערך דק

• עיקרון מרכזי:כימיקלים (אוספים ופופרים) מתווספים כדי לגרום למינרל המתכתי המטרה להיות הידרופובי. חלקיקים אלה מצמדיים לאביבי אוויר ועולים לפני השטח כקצף, בעוד שמינרלים לא-מטרה נשארים בתסיסה.
• מתכות רלוונטיות:נחושת, עופרת, אבץ, מוליבדנים, זהב, כסף, ומתכות אחרות דקות גרגר (באופן טיפוסי
• יישומים מרכזיים:
  • תהליך הסטנדרטי עבור מחצבת נחושת: ריחוף נחושת סולפיד משדרג את המחצבה מ-0.3%-0.5% Cu לריכוז נחושת של 20%-25%.
  • אחזור זהב עזר: עבור זהב שמתפשט בצורה עדינה, התהליך של ציפה מרוכז קודם כל אותו לתוך ריכוז סולפידי, מפחית את הצריכה של ציאניד בציאנציה הבאה.
• יתרונות:יעילות הפרדה גבוהה (שיעורי אחזור מעל 90%), אכן מ有效 עבור מחצבים פולימטליים מורכבים.
• חסרונות:שימוש בחומרים כימיים דורש טיפול במי שפכים.

1.3 הפרדה כבידתית: ניצול הבדלים בצפיפות לאחזור מתכות כבדות גסות

• עיקרון מרכזי:ההפרדה הכבידתית מנצלת הבדלים בצפיפות בין מינרלים של מתכות כבדות וסלעים קלים יותר בשדה כבידה או צנטריפוגלי.
• מתכות רלוונטיות:גולד (חלקיקים גסים של פלטינה ומספרים), tungsten, tin, antimony, במיוחד חלקיקים גסים הגדולים מ-0.074 מ"מ.
• יישומים מרכזיים:
  • חילוץ זהב פלטינה משתמש בבריכות וזעזועים כדי לשחזר זהב טבעי עם יותר מ-95% שחזור.
  • 矿石 טונגסטן ו-tin עוברים הפרדה באמצעות כוח הכבידה כשלב גס כדי לזרוק 70%-80% מה-Gangu נמוך הכבידה לפני ציפה.
• יתרונות:אין זיהום כימי, עלות מאוד נמוכה, ציוד פשוט.
• חסרונות:שחזור נמוך עבור חלקיקים דקים ומינרלים עם הבדלי צפיפות קטנים.

1.4 הפרדה אלקטרוסטטית: ניצול הבדלי מוליכות למתכות מיוחדות

• עיקרון מרכזי:מפריד מינרלים על בסיס הבדלים במוליכות חשמלית (למשל, מינרלים מתכתיים מוליכים, מינרלים לא מתכתיים לא) בשדה גבוה של מתח, שבו מינרלים מוליכים נמשכים או נדחים על ידי אלקטרודות.
• מתכות רלוונטיות:בשימוש בעיקר להפרדת מינרלים של מתכות נדירות כמו טיטניום, זירקוניום, טנטלום וניביום, או לניקוי ריכוזים (למשל, הסרת גנגו שאינה מוליכה מריכוזי נחושת/עופרת/אבץ).
• יישומים מרכזיים:
  • הפרדת טיטניום מחולות החוף: בחיינן, הפרדה אלקטרוסטטית מבודדת אילמניט מוליך מאבן קוורץ שאינה מוליכה.
  • מיקוד טיהור: הסרת קוורץ לא טוב מוליך מריכוז טונגסטן כדי לשדרגו.
• יתרונות:דיוק הפרדה גבוה, ללא ריאגנטים כימיים.
• חסרונות:רגיש ללחות (דרוש ייבוש), תפוקה נמוכה, בדרך כלל משמש רק כשלב ניקוי.

2. השבחה כימית: ה"עוגן האחרון" עבור עפרות קשות

כאשר מינרלים מתכתיים מפוזרים בעדינות או קשורים בצורה הדוקה עם סלע חוץ (למשל, עפרות מחומצנות, סולפידים מורכבים), שיטות פיזיות עשויות להיכשל. השבחה כימית מפרקת מבנים מינרליים כדי להפיק מתכות, בעיקר דרך:

2.1 ליקוי: “המסת והחילוץ” של יוני מתכת

• עיקרון מרכזי:מחצבים שוהים בממסים כימיים (חומצה, בסיס או פתרונות מלח) כדי להמיס את המתכת היעד לפתרון ליקוי הרה (PLS), ממנו המתכת משוחזרת (למשל, על ידי משcipitation, cementation, or electrowinning).
• מתכות רלוונטיות:זהב (סיאנידציה), כסף, נחושת (ליקוי ערימות), ניקל, קובלט, ומתכות רדודות אחרות.
• מקרה נתון:
  • סיאנידציה של זהב: מחצב טחון היטב מעורבב עם פתרון סיאניד; זהב יוצר קומפלקס מסיס ואחר כך משוקע עם אבקת אבץ (שחזור ≥90%). זיהום בסיאניד חייב להיות תחת פיקוח קפדני.
  • כיסוי מעכב של נחושת: מחצבת נחושת אוקסיד עם דרגת איכות נמוכה (0.2%-0.5% Cu) מושקית בחומצה סולפטית; נחושת מתמוססת ומועברת באמצעות חילוץ ממס וזיקוק אלקטרוליטי (SX-EW) כנחושת קתודית (עלות-תועלת למחצבות בדרגת איכות נמוכה).

2.2 תהליך משולב של חריכה-מתיחה

• עיקרון מרכזי:כורה מוכנס קודם כל לחריכה בטמפרטורות גבוהות (300-1000°C) כדי לשנות את המבנה שלה (למשל, חריכה מחמצנת או מחזרת), והופך מתכות עמידות לצורת מסיס להמשך המתיחה.
• מתכות רלוונטיות:סולפידים עמידים (למשל, סולפיד ניקל, סולפיד נחושת) ומחצבות אוקסיד (למשל, המטיט).
• מקרה בוחן:
  • כריתת גופרית ניקל: ממירה ניקל גופרית לניקל חמצOx, אשר ניתן להשיג בקלות עם חומצה גופריתית, ומונעת הפרעות גופרית.
  • קִרָיוֹן עַדִים עם זהב: עבור מחצבים המכילים ארסן ופחמן, קִרָיוֹן מסיר ארסן (מְעָוּר כ- As₂O₃) ופחמן (שיכולים לקלוט זהב), מה שמאפשר ציאנציה לאחר מכן.

2.3 יתרון מיקרוביאלי: גישה ידידותית לסביבה למחצבים בעלי דרגה נמוכה

• עיקרון:מיקרואורגניזמים מסוימים (לדוגמה, Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans) מחמצנים מטאליים ממתכות גופרית לסלטי מתכת מסיסים, שמאפשרים את השגת המתכת מהפיתרון - הידועה גם בשם ביוליך.
• מתכות רלוונטיות:מֵי מְעוֹרְבָּב - עוֹפֶרֶת נַחֹשׁ רָעָשׁ (לְמָשָׁל, נַחֹשׁ פּוֹרְפִירִי), אוּרָן, נִיקֵל, זָהָב (כְּעָזְרֵי הֶסְרוּת גְּלוּסָה).
• יתרונות:ידידותי לסביבה (ללא זיהום בכימיקלים), עלות נמוכה (מיקרואורגניזמים משכפלים את עצמם), מתאים לָעוֹפוֹת עם דרגות נַחֹשׁ נמוכות של 0.1%-0.3%.
• חסרונות:קצב תגובה איטי (שבועות עד חודשים), רגיש לטמפ' ולתנאים סביבתיים.
• יישום טיפוסי:כְּעָלוּמָה 20% מייצור הנחושת העולמי מגיע מביו-טוח, כמו פעולות טחנה גדולות בצ'ילה.

3. הלוגיקה היסודית בת 3 השלבים לבחירת שיטות העשרה

3.1 ניתוח תכונות מינרלים:

• מינרלים מגנטים (למשל, מגנטיט) → הפרדה מגנטית
• חלקיקים דקים עם הבדלי הידרופוביות (למשל, עפרות נחושת) → ציפה
• חלקיקים גסים עם צפיפות גבוהה (למשל, זהב פלצרים, טונגסטן) → הפרדה כבידתית

3.2 הערכת איכות העפרה ושחרור:

• עפרות גסות באיכות גבוהה → הפרדה כבידתית או מגנטית (עלות נמוכה)
• עפרות דקות באיכות נמוכה → ציפה או לישה (חזרת גבוהה)
• עפרות עמידות במיוחד → תועלת כימית או ביולוגית

3.3 איזון כלכלה ועלות סביבתית:

• מעדיפים תועלת פיזית לשימוש באנרגיה נמוכה וזיהום מזערי
• פונים לשיטות כימיות או ביולוגיות רק כאשר שיטות פיזיות אינן יעילות, שוקלים עלות והשפעה סביבתית