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.
• Advantages: זיהום נמוך, צריכת אנרגיה נמוכה, ויכולת עיבוד גדולה (מפרידים מגנטיים בודדים יכולים להתמודד עם אלפי טון ביום).

1.2 Flotation: “Hydrophobic-Hydrophilic” Separation of Fine Valuable Minerals

• 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.
• Advantages: יעילות הפרדה גבוהה (שיעורי אחזור מעל 90%), אכן מ有效 עבור מחצבים פולימטליים מורכבים.
• Disadvantages: 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: זהב (בסלעית ובחלקיקים גסים), טונגסטן, תילון, אנטימוני, במיוחד חלקיקים גסים גדולים 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.
• Advantages: אין זיהום כימי, עלות מאוד נמוכה, ציוד פשוט.
• Disadvantages: 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.
• Advantages: דיוק הפרדה גבוה, ללא ריאגנטים כימיים.
• Disadvantages: רגיש ללחות (דרוש ייבוש), תפוקה נמוכה, בדרך כלל משמש רק כשלב ניקוי.

2. Chemical Beneficiation: The “Last Resort” for Difficult Ores

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 Leaching: “Dissolution and Extraction” of Metal Ions

• עיקרון מרכזי: הַתוֹקְעוֹת נִמְכָּרוֹת בְּתוֹסְפוֹת כִּימִיוֹת (חומצה, סָלְט, או תְּמִיסָה) לְהַמְסֵר אֶת הָעָתָק הַקְּבוֹעָה לְתוֹכְזִית מֵבִיעָה (PLS), מִשֶּׁהַמְסֵר הָעָתָק מֻדְּרָשׁ לְכָל מִינָהּ (כְּדֵי הַגָּשָׁם, הַקְּשָׁמָה, או הַהַכָּנָה בְּכָלְכְּלָה).
• מתכות רלוונטיות: זהב (סיאנידציה), כסף, נחושת (ליקוי ערימות), ניקל, קובלט, ומתכות רדודות אחרות.
• מקרה נתון:
  • Gold Cyanidation: Finely ground ore is mixed with a cyanide solution; gold forms a soluble complex and is later precipitated with zinc powder (recovery ≥90%). Cyanide pollution must be strictly controlled.
  • 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: Ore is first roasted at high temperatures (300-1000°C) to alter its structure (e.g., oxidizing or reducing roast), converting refractory metals into a soluble form for subsequent leaching.
• 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

• Principle: Certain microorganisms (e.g., Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans) metabolically oxidize metal sulfides into soluble metal salts, enabling metal recovery from solution—also known as bioleaching.
• מתכות רלוונטיות: מֵי מְעוֹרְבָּב - עוֹפֶרֶת נַחֹשׁ רָעָשׁ (לְמָשָׁל, נַחֹשׁ פּוֹרְפִירִי), אוּרָן, נִיקֵל, זָהָב (כְּעָזְרֵי הֶסְרוּת גְּלוּסָה).
• Advantages: ידידותי לסביבה (ללא זיהום בכימיקלים), עלות נמוכה (מיקרואורגניזמים משכפלים את עצמם), מתאים לָעוֹפוֹת עם דרגות נַחֹשׁ נמוכות של 0.1%-0.3%.
• Disadvantages: 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:

• Magnetic minerals (e.g., magnetite) → Magnetic separation
• Fine particles with hydrophobicity differences (e.g., copper ores) → Flotation
• Coarse particles with high density (e.g., placer gold, tungsten) → Gravity separation

3.2 הערכת איכות העפרה ושחרור:

• High-grade coarse ores → Gravity or magnetic separation (low cost)
• Low-grade fine ores → Flotation or leaching (high recovery)
• Extremely refractory ores → Chemical or bio-beneficiation

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