پروژه : مراحل تولید مس ( درس روش تولید)

فهرست مطالب

سنگ های معدنی مس

1-1- سنگ های اکسیده

1-2- سنگ های سولفوره

1-3- مس طبیعی

معادن مس

کانه‌های مس

 استخراج مس

کانه‌آرایی مس

استخراج مس از کانه‌های سولفیدی (پیرومتالورژی)

4-1- پرعیار کردن به روش فلوتاسیون

4-1-1- توضیح کامل روش فلوتاسیون

4-2- تشویه

4-3- ذوب مات

4-4-متداول‌ترین روش‌های ذوب

4-4-1- کوره‌ی دمشی

4-4-2-کوره‌ی شعله‌ای

4-4-3-کوره‌ی الکتریکی

4-4-4- کوره‌ی تشعشعی

4-5- تبدیل

سنگ های معدنی مس

مس حدود  در صد پوسته زمین را تشکیل می دهدو مقدار آن در دریا ها در حدود  3* درصد می باشد که در نتیجه قشر زمین برای استخراج مس مناسبتر است.مس به سه صورت در طبیعت یافت می شود که عبارتند از:

سنگ های اکسیده

سنگ های سولفوره

مس طبیعی

سنگ های اکسیده

این سنگ ها بیشتر در سطح قشر زمین وجود دارندوتغییرات جوی وفعل انفعالات که در طبیعت صورت می گیرد باعث می شود که سنگ های سولفوره تبدیل به سنگ های اکسیده شوند که بیشتر از کربنات طبیعی،اکسیدها،سولفات هاوگاه سیلیکاتها تشکیل شده اند.

سنگ های سولفوره:

این سنگ ها برعکس سنگ های اکسیده پایین تر ودر عمق بیشتری از قشر زمین قرار گرفته اند.قسمت اعظم سنگ های مس را سنگ های سولفوره تشکیل می دهند.

مس طبیعی

مس گاهی به صورت آزاد در طبیعت یافت می شود.این مس به صورت دانه های ریز در کنگلو مرا یافت می شود.چنین مسی حتی تا درجه خلوص 99.92%می تواند وجود داشته باشد.

معادن مس

این معادن در دنیا به صورت های روباز به صورت های روباز وزیرزمینی وجود دارندکه امروزه 50 در صد مس دنیا ازمعادن روباز استخراج می گردند مشروط بر اینکه حداقل مس موجود در سنگ معدن حدودا 0.4%باشد.از معادن مس زیرزمینی نیز حداقل 0.7%مس داشته باشد در صورت اقتصادی بودن استخراج به عمل می آید.

کانه‌های مس

   مس در ساختمان بلورین 250 کانی می‌نشیند ولی تنها شماری اندک از آن‌ها از نقطه‌نظر اقتصادی اهمیت دارند. از این میان، شماری از کانی‌ها که فراوان‌ترین کانه‌‌های اصلی مس می‌باشند، از اهمیت ویژه برخوردارند. همانند: کالکوپیریت CuFeS2، کالکوسیت Cu2S، کوولین CuS، بورنیت Cu5FeS4، مس طبیعی Native Copper، مالاکیت Cu2(CO3)(OH)2 و آزوریت Cu3(CO3)2(OH)2.

   برخی دیگر از کانی‌های مس گرچه فراوانند ولی به صورت کانه یا عنصر جنبی در فرآوری و استخراج بدست می‌آیند. همانند تترائدریت Cu12Sb4S13، آنارژیت Cu3AsS4 و بورنونیت CuPbSbS3.

استخراج مس

   چرخه‌ی بهره‌برداری مس به‌صورت روباز شامل حفاری، انفجار، بارگیری و حمل ماده‌ی معدنی است. کانه‌های خرد شده و روباره‌ها توسط بیل‌های بزرگ برقی یا دیزلی که در کنار زون سطح فرسایش یافته و عریان‌شده‌ی کانسار به‌کار می‌آیند، بارگیری می‌شوند. خردکننده‌های متحرک مجهز به نوار نقاله در برخی معادن روباز نصب می‌شوند تا ماده‌ی معدنی خرد شده را به کارخانه‌ی مربوطه منتقل کنند که این کار باعث صرفه‌جویی قابل ملاحظه‌ای در هزینه‌هاست. در سال‌های اخیر به‌کارگیری واگن برای حمل و نقل ماده‌ی معدنی کارگاه، به‌دلیل بالا بودن هزینه‌ی نگهداری و طولانی بودن مسیر حمل و نقل که گاه تا چند مایل می‌رسد، منتفی شده است.

   روند کلی به سوی بارگیری کامیون‌های حمل و نقل که ظرفیت آن‌ها به 170 تن و بیشتر می‌رسد، سوق داده شده است. فزون بر این عمل سیستم کنترل کامپیوتری حمل و نقل در افزایش بهره‌وری تاثیر بسزایی داشته است.

   بخشی درخور توجه از بهره‌برداری مس جهان از طریق روش‌های زیرزمینی است که معمولاً نیروی کار و هزینه‌ی بیشتری از روش روباز را می‌طلبد. مس بهره‌برداری شده از معدن زیرزمینی در کشورهای گروه اقتصادی بازار به 3/84 میلین تن می‌رسد که 52% آن در شیلی است، بیشتر معدن‌کاری‌های زیرزمینی به دو روش غارزنی و تونل‌های تقویت شده صورت می‌گیرد. روش غارزنی نیز خود بر دو نوع است غارزنی به روشSublevel Cewmy و غارزنی به روش Block Caving(خوئی و همکاران، 1378).

کانه‌آرایی مس

   بیشتر کانسنگ‌هایی که در فرآیند کآن‌هارایی قرار می‌گیرند از نوع سولفورهای مس یا آمیزه‌ای از سولفورهای فلزات پایه‌اند که باید خرد و آسیاب شوند و در محفظه‌های فلوتاسیون با معرف‌های گوناگون قرار گیرند تا بتوان آن‌ها را از سنگ دربرگیرنده یا از سولفورهای دیگر جدا کرد. با فرآیند فلوتاسیون می‌توان سولفورها و برخی از اکسیدها را به خوبی جدا کرد ولی روش خوبی که برای استحصال مس از کانسنگ‌های اکسیدی به‌کار می‌رود روش فروشست است.

   به‌دلیل گوناگونی فراوان انباشته‌ها، روش‌های فروشست مس پیچیده‌تر و تخصصی‌تر شده است و گاه برای کانسنگ‌ها چند تکنیک استاندارد نیاز است. معمولاً پیش از فروشستن کانسنگ آن‌ها را برشته می‌کنند.

   چهار روش فروشست عبارتند از:

   1- گذر دادن محلول فروشوینده از درون باطله‌های کم‌عیار (Dump Leaching). 2- گستردن کانسنگ‌های اکسیدی برروی یک سطح آماده و پمپ‌کردن محلول شوینده بر روی آن‌ها‌ (Heap Leaching). 3- فروشستن کانسنگ در محل کارگاه معدن (In Situ Leaching). 4- خرد کردن مقدماتی کانسنگ و قراردادن آن‌ها‌ در مخازن بزرگ برای فروشستن (Vat Leaching) (

در سال‌های اخیر روش نسبتاً نوین به نام فروشستن لایه نازک (Thin Layer) به‌کار گرفته شده که ارزش اقتصادی دارد و از سال 1980 در چند معدن در شیلی به‌کار برده شد و شامل دو مرحله اصلی است:

   1- در برابر اسید سولفوریک قراردادن کانسنگ‌های ریز و به حال خود گذاشتن کانسنگ‌ها برای مدت زمان محدود و Curing.

   2- پاشیدن هرگونه محلول فروشوینده برروی کانسنگ آماده شده در مرحله‌ی پیشین آب‌شویی (Leaching).

   متداول‌ترین روش بازیابی مس از محلول‌های فروشوینده، روش رسوب‌گیری توسط قراضه‌های آهنی است. این روش رسوب‌های مسی به نام مس سیمانی را فرآوری می‌کند که سپس به کمک دستگاه‌های معمولی ذوب و پالایش می‌شود. روش دیگر گذراندن محلول مس‌دار از درون یک‌سری مراحل حلال‌گیر است که در این فرآیند، با استفاده از معرف‌های مبادله کننده‌ی یون، عیار مس در حلال‌ها بالا می‌رود و سپس در محفظه‌هایی به روش الکترولیتی، مس آن‌ها آزاد می‌شود و کاتدی از مس با عیار، به نسبت بالا بدست می‌آید. فرآیند هیدرومتالورژیکی برروی کانسنگ‌ها و کنسانتره‌های مس در سال‌های اخیر توجه زیادی را به خود معطوف کرده است زیرا سرمایه‌گذاری کمتری را نیاز دارد و از سویی آلودگی کمتری را موجب می‌شود. اما بیش از روش‌های معمولی به انرژی نیاز دارد.

   محلول‌های فروشوینده‌ای که برای فروشستن کانسنگ‌های مس به‌کار می‌روند آمیزه‌ای است از اسید سولفوریک، سولفات فریک، آمونیاک، کلرورها و هیدروکسیدکلسیم (خوئی و همکاران، 1378).

به‌طور کلی مس از دو روش مهم استخراج می‌شود که شامل روش پیرومتالورژی (خشک) و روش هیدرومتالورژی (تر) می‌باشد. در حدود 90% مس تولید شده در دنیا از کانه‌های سولفوری و از روش پیرومتالورژی حاصل می‌شود و روش هیدرومتالورژی برای استخراج مس از کانه‌های اکسیدی به‌خصوص کربناتها، سیلیکات‌ها و سولفات‌ها و همچنین دورریز کارخانه‌ها بکار می‌رود.

   روش‌های الکتروشیمیایی نیز برای تولید مس خالص نهایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که شامل تصفیه‌ی الکتریکی آندها در حالت استخراج از روش پیرومتالورژی و استخراج الکترولیزی از محلول در روش هیدرومتالورژی می‌باشد (فرجی، 1371).

نمایی از کارخانه استحصال مس Balkhash در قزاقستان

استخراج مس از کانه‌های سولفیدی (پیرومتالورژی):

   تقریباً 90% کانه‌ی مس اولیه‌ی دنیا به صورت کانه‌های سولفیدی است. سولفیدها به سهولت تحت عملیات هیدرومتالورژیکی قرار نمی‌گیرند، زیرا به‌راحتی حل نمی‌شوند. بنابراین قسمت اعظم استخراج مس توسط روش‌های پیرومتالورژی یا آتشی با کانی پرعیار شده‌ی مس انجام می‌شود. عمل استخراج شامل مراحل زیر می‌باشد:

   1- پرعیار کردن به روش فلوتاسیون، 2- تشویه (مرحله‌ی اختیاری)، 3- ذوب به صورت مات (در کوره‌های دمشی، شعله‌ای، الکتریکی یا تشعشی)، 4- مرحله تبدیل به مس حفره‌دار.

   محصول نهایی این مراحل متوالی، مس ناخالص حفره‌دار است که باید قبل از ساخت و کاربرد، پالایش گرمایی (شعله‌ای) و الکترولیتی شود

پرعیار کردن به روش فلوتاسیون

   کانه‌های مس که امروزه استخراج می‌شوند، کم‌عیارتر از آنند که مستقیماً ذوب شوند. گرمایش و ذوب مقدار عظیمی مواد زائد، محتاج مقدار گزافی سوخت است. خوشبختانه، کانی‌های مس موجود در سنگ معدن را می‌توان توسط روش‌های فیزیکی پرعیار و به نحو اقتصادی ذوب کرد.

   موثرترین روش پرعیار کردن، فلوتاسیون است، که در آن کانی‌های مس به شیوه‌ی انتخابی به حباب‌های هوایی که از میان پالپ آبی حاصل از کانه‌ی نرم شده بالا می‌آیند، متصل می‌شوند. انتخابی بودن فلوتاسیون ناشی از به‌کار بردن معرف‌هایی است که کانی‌های مس را آب‌ران می‌سازند، در حالی که کانی‌های باطله آب‌گیر باقی می‌مانند. کانی‌های شناور شده در کف پایداری در بالای محفظه فلوتاسیون جمع‌آوری می‌شوند و به صورت کانه پرعیار شده درمی‌آیند. کانی پرعیار شده مس معمولا حاوی30- 20% مس است.

   خردکردن و نرم‌کردن کانه به ذرات ریز، پیش از عمل فلوتاسیون الزامی است و کاربرد فلوتاسیون باعث تغییر شیوه‌ی ذوب از کوره‌ی دمشی به کوره‌هایی از نوع اجاقی می‌شود، چرا که بار کوره‌ی قبلی فقط باید مواد تکه‌ای باشد (فرجی، 1371).