Metodele de beneficiere a minereurilor metalice: Un ghid complet

Rezumat：Beneficierea minereurilor metalice este un pas critic în industria minieră, având ca scop separarea mineralelor metalice valoroase de sterile pe baza diferențelor de proprietăți fizice sau chimice.

Beneficierea minereurilor metalice este un pas critic în industria minieră, având ca scop separarea mineralelor metalice valoroase de sterile pe baza diferențelor de proprietăți fizice sau chimice. Metodele de beneficiere de bază pot fi împărțite în trei grupuri mari: beneficiere fizică, beneficiere chimică și bio-beneficiere. Dintre acestea, beneficierea fizică este cea mai larg aplicată datorită costurilor sale reduse și prieteniei cu mediul. Selecția unui proces de beneficiere adecvat depinde în mare măsură de caracteristicile mineralelor metalice țintă, cum ar fi magnetismul, densitatea și hidrofobicitatea suprafeței.

1. Beneficierea Fizică: Soluția la Costuri Reduse pentru Aplicare Industrială Largă

Beneficierea fizică separă mineralele fără a le altera compoziția chimică, bazându-se exclusiv pe diferențele în proprietăți fizice. Această abordare este potrivită pentru cele mai ușor eliberate minerale metalice. Cele patru metode principale de beneficiere fizică sunt:

1.1 Separarea Magnetică: Recuperarea Țintită a Metalelor Magnetice

• Principiul de Bază:Utilizează diferențele în magnetismul mineral (de exemplu, magnetitul este atras de un câmp magnetic, în timp ce mineralele de gangă nu sunt) pentru a separa mineralele magnetice de cele non-magnetice.
• Metale aplicabile: În principal minerale de fier, mangan și crom. Eficiente în special pentru magnetit (magnetic puternic) și pirrotit (magnetic slab). De asemenea, utilizate pentru a elimina impuritățile de fier din minerale nemetalice precum nisipul de quartz.
• Aplicații cheie:
  • Uzinele de îmbunătățire a minereului de fier folosesc un flux de separare magnetică de roughing, curățare și recuperare pentru a crește conținutul de fier de la 25%-30% la peste 65%.
  • Mineralele slab magnetice, cum ar fi hematitul, sunt mai întâi prăjite pentru a le transforma în magnetit înainte de separarea magnetică.
• Avantaje:Poluare redusă, consum redus de energie și capacitate mare de procesare (separatoare magnetice individuale pot gestiona mii de tone pe zi).

1.2 Flotare: „Separarea Hidrofob-Hidrofili” a Mineralelor Prețioase Fine

• Principiul de Bază:Produse chimice (colectori și spumanți) sunt adăugate pentru a face mineralul metalic țintă hidrofob. Aceste particule se atașează de bulele de aer și urcă la suprafață sub formă de spumă, în timp ce mineralele non-țintă rămân în pulpa.
• Metale Aplicabile:Cupru, plumb, zinc, molibden, aur, argint și alte metale cu granulație fină (de obicei
• Aplicații cheie:
  • Procesul standard pentru minereul de cupru: Flotarea cuprului sulfuros îmbunătățește minereul de la 0.3%-0.5% Cu la un concentrat de cupru de 20%-25%.
  • Recuperarea aurului auxiliar: Pentru aurul fin dispersat, flotarea îl concentrează mai întâi într-un concentrat de sulfuri, reducând consumul de cianură în procesul subsequent de cianurare.
• Avantaje:Eficiență ridicată a separării (rate de recuperare peste 90%), eficientă pentru minereuri complexe polymetalice.
• Dezavantaje:Utilizarea reactivilor chimici necesită tratamentul apelor uzate.

1.3 Separarea prin gravitate: Exploatarea diferențelor de densitate pentru recuperarea metalelor grele grosiere.

• Principiul de Bază:Separarea prin gravitație utilizează diferențele de densitate între mineralele metalice grele și zgura mai ușoară într-un câmp gravitațional sau centrifugal.
• Metale Aplicabile:Gold (particule grosiere de tip placers și lode), tungsten, staniu, antimoniu, în special particule grosiere mai mari de 0.074 mm.
• Aplicații cheie:
  • Extragerea aurului din placers folosește sluice-uri și mese de șoc pentru a recupera aur natural cu o recuperare de peste 95%.
  • Minereurile de tungsten și staniu suferă o separare prin gravitație ca pas preliminar pentru a elimina 70%-80% din gangue de densitate mică înainte de flotare.
• Avantaje:Fără poluare chimică, cost foarte scăzut, echipamente simple.
• Dezavantaje:Recuperare scăzută pentru particule fine și minerale cu mici diferențe de densitate.

1.4 Separarea electrostatică: Utilizarea diferențelor de conductivitate pentru metale speciale

• Principiul de Bază:Separă mineralele pe baza diferențelor în conductivitatea electrică (de exemplu, mineralele metalice conduc, cele non-metalice nu) într-un câmp de înaltă tensiune, unde mineralele conductive sunt atrase sau respinse de electrozi.
• Metale Aplicabile:Utilizată în principal pentru separarea mineralelor de metale rare precum titan, zirconiu, tantal și niobiu, sau pentru curățarea concentratelor (de exemplu, îndepărtarea gangului non-conductiv din concentrațiile de cupru/vid/pbc).
• Aplicații cheie:
  • Separarea titanului din nisipurile marine: În Hainan, separarea electrostatică izolează ilmenitul conductor de quartzul non-conductor.
  • Concentrate purification: Eliminarea quartzului slab conductor din concentrarea de tungsten pentru a-i îmbunătăți gradul.
• Avantaje:Precizie înaltă de separare, fără reactivi chimici.
• Dezavantaje:Sensibil la umiditate (necesită uscare), randament scăzut, de obicei folosit doar ca o etapă de curățare.

2. Beneficierea chimică: „Ultima soluție” pentru minerale dificile

Când mineralul metalic este fin dispersat sau strâns legat de gangă (de exemplu, minerale oxidate, sulfuri complexe), metodele fizice pot eșua. Beneficierea chimică descompune structurile minerale pentru a extrage metalele, în principal prin:

2.1 Lixivierea: “Dizolvare și Extracție” a Ionilor Metalici

• Principiul de Bază:Minereurile sunt înmuiate în solvenți chimici (soluții acide, alcaline sau de sare) pentru a dizolva metalul țintă într-o soluție de lixiviere bogată (PLS), din care metalul este recuperat (de exemplu, prin precipitare, cimentare sau electrowinning).
• Metale Aplicabile:Aur (cianurare), argint, cupru (lixiviere în stive), nichel, cobalt și alte metale refractară.
• Studiu de Caz:
  • Cianurarea Aurului: Minereul măcinat fin este amestecat cu o soluție de cianură; aurul formează un complex solubil și este mai târziu precipitat cu pulbere de zinc (recuperare ≥90%). Poluarea cu cianură trebuie să fie strict controlată.
  • Cupru Heap Leaching: Minerale de cupru oxidat de grad scăzut (0.2%-0.5% Cu) sunt irigate cu acid sulfuric; cuprul se dizolvă și este recuperat prin extracție cu solvent și electroliză (SX-EW) ca cupru catodic (rentabil pentru minerale de grad scăzut).

2.2 Proces combinat de prăjire-leaching

• Principiul de Bază:Minereul este mai întâi prăjit la temperaturi ridicate (300-1000°C) pentru a-i modifica structura (de exemplu, prăjire oxidantă sau reducătoare), transformând metalele refractare într-o formă solubilă pentru leachingul ulterior.
• Metale Aplicabile:Sulfuri refractare (de exemplu, sulfura de nichel, sulfura de cupru) și minerale oxidate (de exemplu, hematit).
• Case Study:
  • Ardere de Sulfura de Nichel: Transformă sulful de nichel în oxid de nichel, care este ușor extracabil cu acid sulfuric, evitând interferența sulfului.
  • Ardere de Minereu Aur Refractor: Pentru minereurile care conțin arsenic și carbon, arderea elimină arsenicul (volatilizat ca As₂O₃) și carbonul (care poate adsorbi aur), permițând astfel cianurarea ulterioară.

2.3 Beneficierea Microbiană: O Approache Ecologică pentru Minereurile de Calitate Inferioară

• Principiu:Anumite microorganisme (de exemplu, Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans) oxidează metabolic sulfații metalici în săruri metalice soluble, facilitând recuperarea metalelor din soluție — de asemenea, cunoscută sub numele de bioextracție.
• Metale Aplicabile:Cupru de grad scăzut (de exemplu, cupru porfiric), uraniu, nichel, aur (ca ajutor pentru eliminarea sulfului).
• Avantaje:Prietenos cu mediul (fără poluarea cu reactivi chimici), costuri reduse (microbii se auto-replică), potrivit pentru minerale cu grade de cupru de doar 0,1%-0,3%.
• Dezavantaje:Rata de reacție lentă (săptămâni până la luni), sensibil la temperatură și condiții de mediu.
• Aplicație tipică: Aproximativ 20% din producția globală de cupru provine din biolixiviere, cum ar fi operațiunile mari de lixiviere pe stivă din Chile.

3. Logica de bază în 3 pași pentru selectarea metodelor de beneficiere

3.1 Analiza Proprietăților Minerale:

• Minerale magnetice (de exemplu, magnetit) → Separare magnetică
• Particule fine cu diferențe de hidrofobitate (de exemplu, minereuri de cupru) → Flotație
• Particule grosiere cu densitate mare (de exemplu, aur în nisip, tungsten) → Separare prin gravitate

3.2 Evaluarea Gradului de Minereu și a Eliberării:

• Minereuri grosiere de înaltă calitate → Separare prin gravitate sau magnetică (costuri reduse)
• Minereuri fine de calitate scăzută → Flotație sau leachare (recuperare mare)
• Minereuri extrem de refractare → Beneficierea chimică sau bio-beneficierea

3.3 Echilibrul Economiei și Costul Mediului:

• Preferă beneficierea fizică pentru un consum energetic scăzut și poluare minimă
• Recursul la metode chimice sau bio doar atunci când metodele fizice sunt ineficiente, cântărind costul și impactul asupra mediului