Metody wzbogacania rudy metali: Kompletny przewodnik

Podsumowanie：Beneficjacja rudy metali jest kluczowym krokiem w przemyśle górniczym, mającym na celu oddzielenie cennych minerałów metali od skały płonnej na podstawie różnic ich właściwości fizycznych lub chemicznych.

Beneficjacja rudy metali jest kluczowym krokiem w przemyśle górniczym, mającym na celu oddzielenie cennych minerałów metali od skały płonnej na podstawie różnic ich właściwości fizycznych lub chemicznych. Główne metody beneficjacji można ogólnie podzielić na trzy grupy: beneficjacja fizyczna, beneficjacja chemiczna i beneficjacja biologiczna. Spośród nich, beneficjacja fizyczna jest najpowszechniej stosowana z powodu niskiego kosztu i przyjazności dla środowiska. Wybór odpowiedniego procesu beneficjacji w dużej mierze zależy od cech docelowych minerałów metali, takich jak magnetyzm, gęstość i hydrofobowość powierzchni.

1. Fizyczna Wzbogacenie: Niskokosztowe Rozwiązanie dla Szerokiego Zastosowania Przemysłowego

Fizyczne wzbogacenie oddziela minerały bez zmiany ich składu chemicznego, polegając wyłącznie na różnicach w właściwościach fizycznych. To podejście jest odpowiednie dla większości łatwo uwalnianych minerałów metalicznych. Cztery podstawowe metody fizycznego wzbogacenia to:

1.1 Separacja Magnetyczna: Celowe Pozyskiwanie Metali Magnetycznych

• Główna zasada:Wykorzystuje różnice w magnetyzmie minerałów (np. magnetyt jest przyciągany do pola magnetycznego, podczas gdy minerały skałotwórcze nie) do separacji minerałów magnetycznych od niemagnetycznych.
• Applicable Metals: Głównie minerały żelaza, manganu i chromu. Szczególnie skuteczne dla magnetytu (silnie magnetyczny) i pirytu (słabo magnetyczny). Również używane do usuwania zanieczyszczeń żelaznych z minerałów niemetalicznych, takich jak piasek kwarcowy.
• Key Applications:
  • Zakłady wzbogacania rudy żelaza wykorzystują proces separacji magnetycznej składający się z pierwszego rozdzielania, oczyszczania i pozyskiwania, aby zwiększyć zawartość żelaza z 25%-30% do ponad 65%.
  • Słabo magnetyczne minerały, takie jak hematyt, są najpierw wypalane, aby przekształcić je w magnetyt przed separacją magnetyczną.
• Zalety:Niskie zanieczyszczenie, niskie zużycie energii i duża pojemność przetwórcza (pojedyncze separatory magnetyczne mogą przetwarzać tysiące ton dziennie).

1.2 Flotacja: „Hydrofobowe-Hydrofobowe” oddzielanie drobnych cennych minerałów

• Główna zasada:Do minerałów metali docelowego dodawane są substancje chemiczne (zbieracze i spieniacze), aby uczynić je hydrofobowymi. Cząsteczki te przyczepiają się do bąbelków powietrza i wznoszą na powierzchnię jako piana, podczas gdy minerały niecelowe pozostają w zawiesinie.
• Metale stosowane:Miedź, ołów, cynk, molibden, złoto, srebro i inne metale drobnoziarniste (zazwyczaj
• Key Applications:
  • Standardowy proces dla rudy miedzi: Flotacja siarczkowa miedzi podnosi zawartość miedzi z 0,3%-0,5% Cu do koncentratu miedzi 20%-25%.
  • Pomocnicza recykling złota: W przypadku drobno rozproszonego złota, flotacja najpierw koncentruje je w koncentracie siarczkowym, co zmniejsza zużycie cyjanku w kolejnej cyjanizacji.
• Zalety:Wysoka efektywność separacji (wskaźniki odzysku powyżej 90%), skuteczna dla złożonych rud polimetalicznych.
• Wady:Użycie reagentów chemicznych wymaga oczyszczania ścieków.

1.3 Separacja grawitacyjna: Wykorzystanie różnic gęstości do odzyskiwania grubych metali ciężkich

• Główna zasada:Separacja grawitacyjna wykorzystuje różnice gęstości pomiędzy minerałami metali ciężkich a lżejszymi gangami w polu grawitacyjnym lub odśrodkowym.
• Metale stosowane:Złoto (złoża i żyły drobnoziarniste), tungsten, cyna, antymon, szczególnie cząstki grube większe niż 0,074 mm.
• Key Applications:
  • Kopanie złota alluvialnego wykorzystuje węże i stoły wibracyjne do odzyskiwania naturalnego złota z odzyskiem powyżej 95%.
  • Rudy tungstenowe i cyny przechodzą przez separację grawitacyjną jako etap wstępny, aby odrzucić 70%-80% niskogęstościowej gangi przed flotacją.
• Zalety:Brak zanieczyszczenia chemicznego, bardzo niski koszt, proste urządzenia.
• Wady:Niski odzysk dla drobnych cząstek i minerałów o niewielkich różnicach gęstości.

1.4 Separacja elektrostatyczna: Wykorzystanie różnic w przewodnictwie dla specjalnych metali

• Główna zasada:Separuje minerały na podstawie różnic w przewodności elektrycznej (np. minerały metaliczne przewodzą, a niemetaliczne nie przewodzą) w polu wysokiego napięcia, gdzie przewodzące minerały są przyciągane lub odpychane przez elektrody.
• Metale stosowane:Głównie stosowane do separacji minerałów metali rzadkich, takich jak tytan, cyrkon, tantal i niob, lub do oczyszczania koncentratów (np. usuwanie niemetalicznego łupku z koncentratów miedzi/ołowiu/cynku).
• Key Applications:
  • Separacja tytanu z piasków plażowych: Na Hainanie, separacja elektrostatyczna izoluje przewodzący ilmenit od nieprzewodzącego kwarcu.
  • Oczyszczanie koncentratu: Usuwanie słabo przewodzącego kwarcu z koncentratu tungstenowego w celu podniesienia jego jakości.
• Zalety:Wysoka precyzja separacji, brak reagentów chemicznych.
• Wady:Wrażliwy na wilgoć (wymaga suszenia), niski przepływ, zazwyczaj stosowany tylko jako etap czyszczenia.

2. Chemiczne wzbogacanie: „Ostateczność” dla trudnych rud

Kiedy minerały metaliczne są drobno rozproszone lub ściśle związane z minerałami towarzyszącymi (np. rudy utlenione, kompleksowe siarczki), metody fizyczne mogą zawieść. Chemiczne wzbogacanie rozkłada struktury mineralne, aby wydobyć metale, głównie za pomocą:

2.1 Wymywanie: “Rozpuszczanie i Ekstrakcja” Jonów Metali

• Główna zasada:Rudy są moczone w chemicznych rozpuszczalnikach (kwasach, zasadach lub roztworach soli), aby rozpuścić docelowy metal w bogatym roztworze wymywalnym (PLS), z którego metal jest odzyskiwany (np. przez precypitację, cementację lub elektrolizę).
• Metale stosowane:Złoto (cyjanizacja), srebro, miedź (wymywanie w hałdach), nikiel, kobalt oraz inne metale oporowe.
• Studium przypadku:
  • Cyjanizacja złota: Drobno zmielona ruda jest mieszana z roztworem cyjanku; złoto tworzy rozpuszczalny kompleks, który jest później precypitowany za pomocą proszku cynkowego (odzysk ≥90%). Zanieczyszczenie cyjankiem musi być ściśle kontrolowane.
  • Wydobycie Miedzi przez Ługowanie Ługowanie Miedzi w Stosach Niska jakościowa miedź z rudy tlenkowej (0,2%-0,5% Cu) jest nawadniana kwasem siarkowym; miedź się rozpuszcza i jest odzyskiwana poprzez ekstrakcję rozpuszczalnikową i elektrolizę (SX-EW) jako miedź katodowa (opłacalne przy niskiej jakości rudzie).

2.2 Proces połączenia pieczenia i leachingu

• Główna zasada:Ruda jest najpierw pieczona w wysokich temperaturach (300-1000°C), aby zmienić jej strukturę (np. pieczenie utleniające lub redukujące), przekształcając metale trudnotopliwe w rozpuszczalną formę do późniejszego leachingu.
• Metale stosowane:Trudnotopliwe siarczki (np. siarczek niklu, siarczek miedzi) i rudy tlenkowe (np. hematyt).
• Studium przypadku:
  • Pieczenie siarczku niklu: Przekształca siarczek niklu w tlenek niklu, który łatwo podlega leachingowi w kwasie siarkowym, unikając zakłóceń spowodowanych siarczkami.
  • Pieczenie rudy złota trudnotopliwej: Dla rud zawierających arsen i węgiel, pieczenie usuwa arsen (lotny jako As₂O₃) i węgiel (który może adsorbować złoto), umożliwiając późniejszą cyjanizację.

2.3 Mikrobnym Wzbogacanie: Środowiskowo Przyjazne Podejście dla Rud Niskiej Jakości

• Zasada:Pewne mikroorganizmy (np. Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans) metabolizują siarczki metali do rozpuszczalnych soli metali, umożliwiając odzysk metali z roztworu—znane również jako biopławienie.
• Metale stosowane:Rudy miedzi niskiej jakości (np. miedź porfirowa), uran, nikiel, złoto (jako środek wspomagający usuwanie siarki).
• Zalety:Środowiskowo przyjazne (brak zanieczyszczenia reagents chemicznych), niskie koszty (mikroby rozmnażają się samodzielnie), odpowiednie dla rud o zawartości miedzi tak niskiej jak 0,1%-0,3%.
• Wady:Wolne tempo reakcji (tygodnie do miesięcy), wrażliwe na temperaturę i warunki środowiskowe.
• Typowa aplikacja:Około 20% globalnej produkcji miedzi pochodzi z bioleachingu, takiego jak duże operacje leachingowe w Chile.

3. Logika rdzeniowa Jedynego Kroku dla Wybierania Metod Wzbogacania

3.1 Analiza Właściwości Minerałów:

• Minerały magnetyczne (np. magnetyt) → Separacja magnetyczna
• Drobne cząstki z różnicami w hydrofobowości (np. rudy miedzi) → Flotacja
• Grube cząstki o wysokiej gęstości (np. złoto płuczkowe, tungsten) → Separacja grawitacyjna

3.2 Oceń jakość rudy i uwolnienie:

• Rudy wysokiej jakości o dużych ziarnach → Separacja grawitacyjna lub magnetyczna (niski koszt)
• Rudy niskiej jakości o drobnych cząstkach → Flotacja lub ługowanie (wysoka odzyskalność)
• Rudy ekstremalnie oporne → Chemiczne lub bio-użytkowanie

3.3 Zrównoważenie kosztów ekonomicznych i środowiskowych:

• Preferuj fizyczne wzbogacenie dla niskiego zużycia energii i minimalnego zanieczyszczenia
• Sięgaj po metody chemiczne lub bio tylko wtedy, gdy metody fizyczne są nieskuteczne, ważąc koszty i wpływ na środowisko