تجهيز خامات النحاس المؤكسدة

إن احتياطيات خام النحاس المؤكسد ضئيلة، وتقع عمومًا في الجزء المؤكسد من الجزء العلوي من الرواسب، كما أن الظروف الفيزيائية والكيميائية السائدة فيها معقدة للغاية، ولذلك فإن خصائص الخام معقدة للغاية أيضًا. في السنوات الأخيرة، تطورت عملية فصل خامات النحاس المؤكسدة تدريجيًا لتشمل خامات النحاس المؤكسدة الصعبة المعالجة ذات الدرجة المنخفضة، وارتفاع نسبة الطين، ومعدل الأكسدة المرتفع.

7.2.4.1 قابلية تعويم معادن النحاس المؤكسدة

الملakiت يحتوي (Cu₂(OH)₂CO₃) على 57.5% من النحاس ويتمتع بقدرة جيدة على الطفو. ويمكن استخلاصه مباشرةً باستخدام الأحماض الدهنية (مثل حمض الأوليك، وما إلى ذلك) وصابوناتها أو حمض الهيدروكساميك. كما يمكن معالجة المالاكيت عن طريق التعويم بالكبريتيد، حيث يتم تنشيط المعدن بواسطة كبريتيد الصوديوم ثم تجميعه بواسطة زانثات عالي الجودة. ويمكن أن تؤدي إضافة كبريتات الأمونيوم إلى تعزيز عملية الكبريتة.

الكوبريت يحتوي (Cu₂O) على 88.8% من النحاس، وتتمتع قابليته للطفو بخصائص مشابهة لتلك التي يتمتع بها المالاكيت.

الأزوريت (Cu₃(CO₃)₂(OH)₂) يحتوي على 55.3% من النحاس، وتتمتع هذه المادة بقدرة تعويم مماثلة لتلك التي يتمتع بها المالاكيت. والفرق الوحيد هو أنها تتمتع بقدرة تعويم أفضل من المالاكيت عند جمعها باستخدام الأحماض الدهنية وصابوناتها، لكنها تحتاج إلى وقت تنشيط أطول في عملية التعويم بالكبريتيد.

الكريسوكولا يحتوي المركب ((Cu,Al)₂H₂Si₂O₅(OH)₄·nH₂O) على 36.2% من النحاس، وتتميز قابليته للطفو بضعفها بسبب سطحه شديد الميل للماء. والسبب الرئيسي في ذلك هو أن هذه المعادن هي معادن غروانية ذات تركيب وتوزيع غير مستقرين. ولا يمكن أن تتشكل طبقة الامتصاص المجمعة إلا داخل مسام سطح المعدن، وهي غير مستقرة إلى حد كبير.

كبريتات النحاس خماسي الهيدرات (CuSO₄·5H₂O) و أتاكاميت (Cu₂(OH)₃Cl) هي معادن قابلة للذوبان، وتذوب بسهولة في اللب وتُفقد بالكامل في المخلفات أثناء عملية التعويم. ويمكن أن يؤدي ذوبان هذه المعادن إلى زيادة تركيز أيونات النحاس في اللب وإضعاف انتقائية عملية التعويم، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الكواشف.

بروشانيت (CuSO₄·3Cu(OH)₂) ذو قابلية ذوبان منخفضة ويصعب تعويمه، فيضيع في المخلفات.

7.2.4.2 طرق التخصيب لـ خام النحاس المؤكسد

يُعد التطفو الخيار الأول لتخصيب خام النحاس المؤكسد، حيث تُعد الكواشف المختلفة المستخدمة في عملية التطفو هي العامل الأساسي. ونظرًا لأن قابلية معظم المعادن المؤكسدة للتطفو تكون ضعيفة عمومًا، فمن الصعب تحقيق نتائج جيدة عن طريق التطفو المباشر. ولذلك يتم اللجوء إلى التطفو بالكبريت. ومع ذلك، فإن عملية التعويم لبعض المعادن مثل الأزوريت والأتاكاميت والكريسوكولا لا تعطي النتائج المرجوة. وبالنسبة للمعادن التي لا يمكن استخلاصها عن طريق التعويم وحده، يُستخدم بشكل أساسي الجمع بين التخصيب الكيميائي والتعويم. إلا أن هذه الطريقة تؤدي إلى تلوث بيئي كبير واستهلاك مرتفع للطاقة، مما يحد من تطويرها.

فيما يلي وصف لطرق تكرير خام النحاس المؤكسد:

(1) عملية التعويم بالكبريت باستخدام الزانثات كمجمع
تستخدم هذه الطريقة كبريتيد الصوديوم أو عوامل كبريتية أخرى (مثل هيدروسلفيد الصوديوم) لتنشيط المعادن المؤكسدة، كما أن مجمعات الزانثات المستخدمة هي من النوع عالي الجودة. وتُطبق هذه الطريقة على كربونات النحاس، مثل الملكاتيت, الأزوريت, ، وما إلى ذلك، أو الكوبريت. الكريسوكولا يصعب معالجته بالكبريت دون معالجة مسبقة.

(2) التعويم المباشر باستخدام الأحماض الدهنية كمجمع
عند استخدام الأحماض الدهنية والصابون كعوامل تجميع، عادةً ما تكون هناك حاجة إلى مواد مثبطة للصخور غير المفيدة مثل الزجاج المائي والفوسفات، ومواد منظمة لدرجة الحموضة مثل كربونات الصوديوم. ولا يمكن تطبيق هذه الطريقة إلا على خام أكسيد النحاس الذي لا تحتوي صخوره غير المفيدة على كربونات. وعندما تحتوي الشوائب على كميات كبيرة من معادن الحديد والمنغنيز، تتدهور نتائج عملية التعويم.

(3) الترشيح والترسيب والطفو
تستخدم هذه الطريقة حمضًا، وعادةً ما يكون حمض الكبريتيك، لترشيح أكاسيد النحاس التي يصعب فصلها بالطريقة العائمة ولكن يسهل إذابتها. ثم يتم استبدال النحاس بمسحوق الحديد وترسيبه في صورة معدن، ويلي ذلك عملية التعويم لاستخلاص النحاس. تُطبق هذه الطريقة على المعادن المقاومة للذوبان مثل الكريسوكولا، أو أكاسيد النحاس الأخرى المقاومة للذوبان التي تتميز بدرجة عالية من التلطخ ولكن بمؤشر فصل منخفض.

(4) الفصل والتعويم
تتمثل هذه الطريقة في خلط الخام المسحوق بكمية تتراوح بين 0.1% و1.0% من الملح وكمية تتراوح بين 0.5% و2.0% من الفحم المسحوق، ثم تحميصها عند درجة حرارة تبلغ حوالي 900 درجة مئوية، مما يؤدي إلى فصل النحاس في صورة معدن على سطح جزيئات الفحم. يتم طحن الرمال المحمصة بعد تبريدها وجمعها عن طريق التعويم للحصول على مركزات النحاس. تُطبق هذه الطريقة على معادن أكسيد النحاس المقاومة للحرارة التي تتسم بكمية كبيرة من الطين، ويمكن أن تعطي نتائج مرضية.

(5) الطريقة البيولوجية
تستخدم هذه الطريقة عملية الترشيح الميكروبي، حيث تتأكسد أو تتخفف بعض مكونات المعادن الفلزية بفعل البكتيريا ومستقلباتها، ويتم فصل المكونات المفيدة عن المواد الخام في شكل قابل للذوبان أو مترسب. ويمكن لهذه الطريقة الاستفادة الكاملة من الموارد المعدنية من خلال معالجة خامات النحاس منخفضة الجودة أو حتى المخلفات. ويمكن لهذه الطريقة أن تقلل من تكلفة الاستثمار لأنها قادرة على ترشيح خام النحاس منخفض الجودة الذي يقل حجم حبيباته عن 20 مم بشكل مباشر، مما يقلل من تكاليف النقل والتكسير والطحن المرتبطة بذلك. كما تتميز هذه الطريقة بقلة التلوث البيئي وعدم تصريف مياه الصرف، ويمكن استخدام الكبريت الناتج في تحضير حامض الكبريتيك. ومن عيوبها طول الفترة التي تستغرقها عملية أكسدة المعادن بواسطة البكتيريا، وصعوبة تربية البكتيريا بسرعة وعلى نطاق واسع، مما يحد من استخدامها الصناعي.

7.2.5 استخراج النحاس

7.2.5.1 التعدين الحراري
تعد المعادن الحرارية طريقة تقليدية لصهر النحاس، وتُستخدم بشكل أساسي لمعالجة كبريتيد النحاس. يُصهر أكثر من 80% من النحاس في العالم عن طريق الحرق. توضح الشكل 7.2 العملية المعدنية الحرارية، حيث يُعد «المات» مادة منصهرة تتكون أساسًا من النحاس والحديد والكبريت.

7.2.5.2 التعدين المائي
تعد «الهيدروميتالورجيا» طريقة جديدة لصهر النحاس، وتُستخدم بشكل أساسي لمعالجة خامات النحاس المؤكسدة. وتُعد هذه العملية معتدلة، لكنها مقيدة بعوامل مثل سعر المذيب، ودرجة التآكل، والتركيب المعدني، وما إلى ذلك. ويظهر مسار العملية في الشكل 7.3.

(1) الحل: يتم ترشيح خامات النحاس بالحمض أو معالجتها بالبكتيريا للحصول على ملح نحاسي قابل للذوبان. ومن أجل تحسين فعالية وسرعة عملية الترشيح بالحمض، يتم أحيانًا تحميص الخام لتنشيطه مسبقًا.

(2) التحليل الكهربائي: يتم تحليل أملاح النحاس القابلة للذوبان والمُنقّاة كهربائياً بشكل مباشر للحصول على منتجات النحاس الكهربائي.