วิธีการประมวลผลแร่โลหะ: คู่มือที่สมบูรณ์

สรุป:การปรับแต่งแร่โลหะเป็นขั้นตอนสำคัญในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ โดยมุ่งหวังที่จะแยกแร่โลหะที่มีค่าออกจาก gangue โดยอิงจากความแตกต่างทางคุณสมบัติทางกายภาพหรือเคมี

การปรับแต่งแร่โลหะเป็นขั้นตอนสำคัญในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ โดยมุ่งหวังที่จะแยกแร่โลหะที่มีค่าออกจาก gangue โดยอิงจากความแตกต่างทางคุณสมบัติทางกายภาพหรือเคมี วิธีการปรับแต่งหลักสามารถจัดหมวดหมู่โดยทั่วไปออกเป็นสามกลุ่ม: การปรับแต่งทางกายภาพ, การปรับแต่งทางเคมี, และการปรับแต่งทางชีวภาพ ในกลุ่มเหล่านี้ การปรับแต่งทางกายภาพเป็นวิธีที่นำไปใช้มากที่สุดเนื่องจากต้นทุนต่ำและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม การเลือกกระบวนการปรับแต่งที่เหมาะสมส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับลักษณะของแร่โลหะที่ต้องการ เช่น แม่เหล็ก, ความหนาแน่น, และความสามารถในการไม่ชอบน้ำของผิวสัมผัส

1. การประมวลผลทางกายภาพ: โซลูชันต้นทุนต่ำสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมที่กว้างขวาง

การประมวลผลทางกายภาพแยกแร่โดยไม่เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมี โดยอิงจากความแตกต่างในสมบัติทางกายภาพเท่านั้น วิธีนี้เหมาะสมสำหรับแร่โลหะที่ปล่อยออกได้ง่ายเกือบทั้งหมด วิธีการประมวลผลทางกายภาพหลักสี่วิธีคือ:

1.1 การแยกแม่เหล็ก: การฟื้นฟูโลหะแม่เหล็กอย่างมุ่งเป้า

• หลักการสำคัญ: ใช้ความแตกต่างในความแม่เหล็กของแร่ (เช่น แมกนีไทต์จะถูกดึงดูดเข้าหาสนามแม่เหล็ก ในขณะที่แร่ลูกรังจะไม่ถูกดึงดูด) เพื่อแยกแร่แม่เหล็กออกจากแร่ที่ไม่ใช่แม่เหล็ก
• โลหะที่ใช้ได้: ส่วนใหญ่เป็นแร่ธาตุเหล็ก แมงกานีส และโครเมียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประสิทธิภาพสำหรับแมกนีไทต์ (แม่เหล็กแรง) และพิโรรอไทต์ (แม่เหล็กอ่อน) นอกจากนี้ยังใช้ในการกำจัดสิ่งปนเปื้อนจากแร่ธาตุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ทรายควอตซ์
• การใช้งานหลัก:
  • โรงงานแปรรูปแร่เหล็กใช้การแยกด้วยแม่เหล็กในการทำงานที่หลากหลาย ได้แก่ การหยิบ การทำความสะอาด และการเก็บเกี่ยวเพื่อเพิ่มปริมาณเหล็กจาก 25%-30% เป็นมากกว่า 65%
  • แร่ธาตุที่มีแม่เหล็กอ่อน เช่น ฮีมาไทต์ จะถูกคั่วก่อนเพื่อเปลี่ยนเป็นแมกนีไทต์ก่อนการแยกด้วยแม่เหล็ก.
• Advantages: มลพิษต่ำ, การใช้พลังงานต่ำ, และความสามารถในการประมวลผลขนาดใหญ่ (เครื่องแยกแม่เหล็กเดี่ยวสามารถจัดการกับตันต่อวันได้หลายพันตัน)

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

• หลักการสำคัญ: สารเคมี (ตัวเก็บและโฟม) ถูกเพิ่มเข้าไปเพื่อทำให้แร่โลหะเป้าหมายมีคุณสมบัติไฮโดรโฟบิก เม็ดที่มีคุณสมบัตินี้จะติดอยู่กับฟองอากาศและลอยขึ้นไปที่ผิวหน้าของน้ำข้น ขณะที่แร่ที่ไม่ใช่เป้าหมายจะยังคงอยู่ในน้ำข้น
• โลหะที่สามารถใช้ได้: ทองแดง, ตะกั่ว, สังกะสี, โมลีบดีนัม, ทอง, เงิน และโลหะอื่นๆ ที่มีขนาดละเอียด (ปกติ
• การใช้งานหลัก:
  • ขั้นตอนมาตรฐานสำหรับแร่ทองแดง: การฟลูตทองแดงซัลไฟด์ อัพเกรดแร่จาก 0.3%-0.5% Cu ไปยัง 20%-25% ของความเข้มข้นทองแดง.
  • การฟื้นฟูทองคำเสริม: สำหรับทองคำที่กระจายอย่างละเอียด การฟลูตจะทำให้มันเข้มข้นขึ้นเป็นความเข้มข้นของซัลไฟด์ ลดการใช้ไซยาไนด์ในขั้นตอนการไซยาไนเดชันถัดไป.
• Advantages: ประสิทธิภาพการแยกสูง (อัตราการฟื้นฟูเกิน 90%) มีประสิทธิภาพสำหรับแร่โลหะผสมที่ซับซ้อน.
• Disadvantages: การใช้สารเคมีจำเป็นต้องมีการบำบัดน้ำเสีย.

1.3 การแยกด้วยแรงโน้มถ่วง: การใช้ความหนาแน่นที่แตกต่างเพื่อฟื้นฟูโลหะหนักขนาดใหญ่.

• หลักการสำคัญ: การแยกด้วยแรงโน้มถ่วงใช้ความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างแร่โลหะหนักและแร่ที่เบากว่าในสนามแรงโน้มถ่วงหรือสนามบดกลาง
• โลหะที่สามารถใช้ได้: ทองคำ (ทองคำพื่นและชนิด) หินหยาบ, ทังสเตน, ดีบุก, อันติโมนนี โดยเฉพาะอย่างยิ่งหินหยาบที่มีขนาดใหญ่กว่า 0.074 มม.
• การใช้งานหลัก:
  • การทำเหมืองทองคำใช้รางน้ำและแท่นสั่นเพื่อกู้คืนทองคำธรรมชาติพร้อมการกู้คืนมากกว่า 95%
  • แร่ทังสเตนและดีบุกผ่านการแยกด้วยแรงโน้มถ่วงในขั้นตอนการทำความหยาบเพื่อลบหินที่มีความหนาแน่นต่ำ 70%-80% ก่อนที่จะลอย
• Advantages: ไม่มีมลพิษทางเคมี, ต้นทุนต่ำมาก, อุปกรณ์ง่าย.
• Disadvantages: การฟื้นฟูลดสำหรับอนุภาคละเอียดและแร่ธาตุที่มีความแตกต่างของความหนาแน่นน้อย

1.4 การแยกด้วยไฟฟ้าสถิต: ใช้ความแตกต่างด้านการนำไฟฟ้าสำหรับโลหะพิเศษ

• หลักการสำคัญ: แยกแร่ตามความแตกต่างในการนำไฟฟ้า (เช่น แร่โลหะมีการนำไฟฟ้า, แร่ที่ไม่ใช่โลหะไม่มีการนำไฟฟ้า) ในสนามไฟฟ้ากระแสสูง ซึ่งแร่ที่นำไฟฟ้าจะถูกดึงดูดหรือละเหยไปยังอิเล็กโทรด.
• โลหะที่สามารถใช้ได้: ใช้หลักๆ สำหรับการแยกแร่โลหะหายาก เช่น ไทเทเนียม, เซอร์โคเนียม, แทนทาลัม, และนีโอเบียม หรือสำหรับการทำความสะอาดสารละลาย (เช่น การกำจัดกากที่ไม่ conductive ออกจากสารละลายทองแดง/ตะกั่ว/สังกะสี).
• การใช้งานหลัก:
  • การแยกไทเทเนียมจากทรายชายหาด: ในไหหลำ, การแยกด้วยไฟฟ้าสถิตจะทำการแยกอิลเมไนต์ที่มีความสามารถในการนำไฟฟ้าออกจากควอตซ์ที่ไม่มีความสามารถในการนำไฟฟ้า.
  • การทำให้เข้มข้นบริสุทธิ์: การกำจัดควอตซ์ที่นำไฟฟ้าได้น้อยออกจากการเข้มข้นของทังสเตนเพื่อปรับปรุงเกรด.
• Advantages: ความแม่นยำในการแยกสูง, ไม่มีสารเคมี.
• Disadvantages: ไวต่อความชื้น (ต้องการการอบแห้ง), ผลผลิตต่ำ, โดยปกติจะใช้เพียงเป็นขั้นตอนการทำความสะอาดเท่านั้น.

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

เมื่อแร่โลหะกระจายตัวอย่างละเอียดหรือผูกพันแน่นกับเศษแร่ (เช่น แร่ที่ออกซิไดซ์, ซัลไฟด์ที่ซับซ้อน), วิธีทางกายภาพอาจล้มเหลว. การลอยแร่ด้วยสารเคมีจะแตกโครงสร้างของแร่เพื่อสกัดโลหะ, โดยหลักผ่าน:

2.1 Leaching: “Dissolution and Extraction” of Metal Ions

• หลักการสำคัญ: แร่ถูกแช่ในตัวทำละลายเคมี (กรด, ด่าง, หรือสารละลายเกลือ) เพื่อทำให้โลหะเป้าหมายละลายในสารละลายชะล้างที่มีโลหะ (PLS) ซึ่งโลหะจะถูกกู้คืน (เช่น ผ่านการตกตะกอน, การปูนซีเมนต์, หรือการชนะด้วยไฟฟ้า)
• โลหะที่สามารถใช้ได้: ทอง (การชะล้างด้วยไซยาไนด์), เงิน, ทองแดง (การชะล้างแบบกอง), นิกเกิล, โคบอลต์, และโลหะทนไฟอื่นๆ
• กรณีศึกษา:
  • 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.
  • การสกัดแร่ทองแดงจากการชะล้างแบบกอง: แร่ทองแดงออกไซด์ที่มีเกรดต่ำ (0.2%-0.5% Cu) ถูกชลประทานด้วยกรดซัลฟิวริก; ทองแดงจะละลายและถูกฟื้นฟูผ่านการสกัดตัวทำละลายและการสร้างไฟฟ้า (SX-EW) เป็นทองแดงที่เป็นแคโธด (ประหยัดต้นทุนสำหรับแร่เกรดต่ำ).

2.2 กระบวนการคั่ว-ล้างรวม

• หลักการสำคัญ: 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.
• โลหะที่สามารถใช้ได้: ซัลไฟด์ที่ทนทาน (เช่น ซัลไฟด์นิกเกิล, ซัลไฟด์ทองแดง) และแร่ oxide (เช่น ฮีมาไทต์).
• กรณีศึกษา:
  • การคั่วซัลไฟด์นิกเกิล: เปลี่ยนซัลไฟด์นิกเกิลไปเป็นออกไซด์นิกเกิล ซึ่งสามารถล้างได้ง่ายด้วยกรดซัลฟูริก และหลีกเลี่ยงการรบกวนจากซัลไฟด์.
  • การคั่วแร่ทองคำที่ทนทาน: สำหรับแร่ที่มีอาเซนิกและคาร์บอน การคั่วจะช่วยกำจัดอาเซนิก (ซึ่งเกิดเป็น As₂O₃) และคาร์บอน (ซึ่งสามารถดูดซับทองคำ) ทำให้สามารถทำไซยาไนเดชันในภายหลังได้.

2.3 การเพิ่มประสิทธิภาพของจุลินทรีย์: วิธีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับแร่ที่มีเกรดต่ำ

• 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.
• โลหะที่สามารถใช้ได้: แร่ทองแดงเกรดต่ำ (เช่น ทองแดงจากพอร์ฟีรี), ยูเรเนียม, นิกเกิล, ทองคำ (ใช้ในการกำจัดซัลเฟอร์).
• Advantages: เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม (ไม่มีมลพิษจากสารเคมี), ต้นทุนต่ำ (จุลินทรีย์สามารถทำซ้ำได้เอง), เหมาะสำหรับแร่ที่มีเกรดทองแดงต่ำถึง 0.1%-0.3%.
• Disadvantages: อัตราการตอบสนองช้า (สัปดาห์ถึงเดือน) มีความไวต่ออุณหภูมิและสภาพแวดล้อม.
• การใช้งานทั่วไป: ประมาณ 20% ของการผลิตทองแดงทั่วโลกมาจากการบำรุงรักษาทางชีวภาพ เช่น การทำงานขนาดใหญ่ในเกรกาในชิลี.

3. หลักการหลัก 3 ขั้นตอนสำหรับการเลือกวิธีการปรับปรุงคุณภาพ

3.1 วิเคราะห์คุณสมบัติแร่:

• 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 ประเมินเกรดแร่และการปลดปล่อย:

• 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 สมดุลเศรษฐศาสตร์และต้นทุนสิ่งแวดล้อม:

• เลือกการประเมินทางกายภาพเพื่อลดการใช้พลังงานและมลพิษขั้นต่ำ
• ใช้วิธีทางเคมีหรือชีวภาพเมื่อวิธีทางกายภาพไม่สามารถใช้ได้ โดยพิจารณาต้นทุนและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม