عملية التخصيب لخامات الكبريتيد المعقدة

تشمل خامات الكبريتيد المعقدة التي يتم تناولها هنا خام النحاس والكبريت، وخام النحاس والكبريت والحديد، وخام النحاس والموليبدينوم، وخام النحاس والنيكل.

7.2.3.1 الفصل بالطفو لخام كبريتيد النحاس

تعد رواسب كبريتيد النحاس أحد الأنواع الرئيسية لرواسب النحاس في الصين. ومعظم هذه الرواسب هي رواسب البيريت النحاسي ورواسب السكارن النحاسي، وهي منتشرة على نطاق واسع. ويمكن أن تكون هذه الرواسب كثيفة متكتلة أو متناثرة. يحتوي الخام الكتلي الكثيف على كمية أكبر من البيريت مقارنة بالخام المتناثر. تتمثل خصائص البيريت الحامل للنحاس الكتلي الكثيف في أن البيريت هو المعدن الرئيسي الذي يصل محتواه إلى ما بين 50% و95%، مع وجود القليل من معادن الشوائب. بالنسبة لهذا النوع من الخام، تكون المخلفات عبارة عن مركز البيريت بعد فصل معدن كبريتيد النحاس عن طريق التعويم. وإذا كان محتوى الصخور غير المفيدة مرتفعًا، فيجب إنتاج مخلفات أيضًا. أما بالنسبة لخام البيريت النحاسي المنتشر، فتوجد كمية صغيرة نسبيًا من كبريتيدات النحاس والحديد المنتشرة في الصخور غير المفيدة.

عملية تعويم انتقائية

تُجرى عملية التعويم للنحاس أولاً، تليها عملية التعويم للكبريت. وفي حالة الخام الكثيف المتكتل، يُستخدم عادةً معجون عالي القلوية يحتوي على ما يزيد عن 600-800 غ/م³ من أكسيد الكالسيوم الحر (CaO)، مع جرعة عالية من الزانثات، لتعويم النحاس مع تثبيط الكبريت، مما ينتج عنه مركز كبريت كنفايات تعويم. أما في حالة الخام المتناثر، فإن تعويم الكبريت من مخلفات تعويم النحاس أمر ضروري، ويُستخدم عجين منخفض القلوية قدر الإمكان في تعويم النحاس من أجل تقليل استهلاك حامض الكبريتيك وضمان تشغيل أكثر أمانًا في عملية تعويم الكبريت.

ب - عملية التعويم بالكتل

بالنسبة لخام النحاس الكبريتي الذي يحتوي على نسبة منخفضة من الكبريت ويحتوي على معادن نحاسية يسهل تعويمها، يتم إجراء عملية التعويم الشامل في محلول قاعدي ضعيف، ثم يتم فصل النحاس والكبريت الموجودين في المركزات الشاملة في محلول عالي القلوية عن طريق إضافة الجير.

ج - عملية التعويم الانتقائي والجماعي

تُستخدم مجمعات ذات انتقائية جيدة، مثل Z-200 أو OSN-43 و«إستر-105»، في عملية التعويم الانتقائي لمعادن النحاس ذات القابلية الجيدة للتعويم، حيث يتم الحصول على جزء من مركزات النحاس. ثم يتم إجراء عملية التعويم الشامل، حيث يتم فصل مركزات النحاس والكبريت الشاملة عن طريق تعويم النحاس وإغراق الكبريت. تسمح هذه العملية بتجنب احتمال إغراق معادن النحاس بكميات كبيرة من الجير، كما أنها لا تتطلب كميات كبيرة من حامض الكبريتيك لتنشيط البيريت.

نظام الكواشف الخاص بـ خام النحاس والكبريت يمكن استنتاج ما يلي:

(1) ينبغي استخدام مجمعات عالية الانتقائية، مثل الدهون التي تتمتع بانتقائية جيدة ولكنها ضعيفة القوة في جمع البيريت.

(2) يُستخدم الجير عادةً لتوفير بيئة قلوية قوية وتثبيط البيريت. ويمكن أن يؤثر الرقم الهيدروجيني أو محتوى أكسيد الكالسيوم الحر في اللب بشكل كبير على عملية الفصل. والقاعدة العامة هي أنه يجب إضافة كمية كبيرة من الجير عند التعامل مع خام كثيف متماسك يحتوي على كمية أكبر من البيريت، بحيث يصل محتوى CaO الحر في الملاط إلى حوالي 800 جم/م³ لتثبيط البيريت. أما بالنسبة للخام المتناثر الذي يحتوي على كمية أقل من البيريت، فإن التحكم في درجة الحموضة (pH) لللب باستخدام الجير عند مستوى 9-12 يمكن أن يؤدي إلى تعويم النحاس وتثبيط الكبريت. وتتمثل عيوب هذه الطريقة في أن الرغوة اللزجة قد تتسبب بسهولة في انسكاب المحتوى المركّز خارج القناة، وقد تؤدي إلى تراكم الكالسيوم في المعدات والأنابيب.

(3) يُعد استخدام الجير مع حمض الكبريتيك طريقة شائعة الاستخدام لتثبيط البيريت دون اللجوء إلى السيانيدات السامة، وهي مناسبة لخام كبريتيد النحاس الذي يحتوي على نسبة عالية من الكبريت أو الطين، أو الذي يحتوي على بيريت نشط يصعب تثبيطه باستخدام الجير وحده. ويكمن السر في التحكم في درجة الحموضة المناسبة للعجينة عند مستوى 6.5-7 وكمية حمض الكبريتيك، وتعزيز التهوية والتقليب. وبالمقارنة مع الطريقة التي تعتمد على الجير وحده، تتميز هذه الطريقة باستقرار التشغيل، ومؤشر نحاس جيد، واستهلاك منخفض للمواد المنشطة مثل حمض الكبريتيك.

(4) يُعد استخدام الجير مع مادة مثبطة عضوية طريقة أخرى لتحقيق تثبيط جيد للبيريت.

(5) يُعد الجير مع السيانيد مناسبًا للبيريت الذي يتمتع بقدرة عالية على الطفو. ويمكن طفو البيريت الغارق بعد خفض درجة الحموضة عن طريق إضافة حمض الكبريتيك.

(6) يمكن أيضًا استخدام التسخين لتسريع عملية الأكسدة السطحية للبيريت وتقليل محتواه.

7.2.3.2 فصل خام النحاس والكبريت والحديد

خام النحاس والكبريت والحديد هو في الأساس رواسب نحاسية من نوع «سكارن»، والتي عادةً ما تكون احتياطياتها صغيرة ودرجة نقاوتها منخفضة، وتحتوي بشكل أساسي على الكالكوبيريت، بالإضافة إلى بعض المغنتيت والبيريت والبيروتايت.

غالبًا ما يُعتمد التطفو الانتقائي أو التطفو الشامل المتبوع بالفرز في حالة النحاس والكبريت، بينما يُستخدم الفصل المغناطيسي منخفض الكثافة لاستخلاص المغنتيت. ويمكن أن يتم التطفو قبل الفصل المغناطيسي أو العكس. وإذا تم إجراء الفصل المغناطيسي أولاً، فإن محتوى الكبريت في مركزات الحديد يكون أعلى بكثير مما هو مطلوب، لأن البيروتايت يمكن أن يؤثر على جودة مركزات الحديد. ومن الأهمية بمكان تحسين استرداد البيروتايت عن طريق التعويم، وذلك لزيادة استرداد الكبريت وتقليل محتوى الكبريت في مركزات الحديد على حد سواء.

ومن الأمثلة على خام الحديد الذي يحتوي على النحاس والكبريت منجم «دايي» للحديد. وهو منجم كبير للحديد يحتوي على النحاس والكبريت والكوبالت، ويقوم بمعالجة 10000 طن من خام «ROM» يوميًا. ويتم تكسير الخام في دائرة مفتوحة من ثلاث مراحل، ثم طحنه في دائرة مغلقة من مرحلتين. يتم إجراء عملية التعويم بالجملة باستخدام جهازي تعويم أولي وجهازي تنقية للحصول على مركزات النحاس والكبريت بالجملة، حيث ينتقل الكوبالت والذهب والمكونات الأخرى المرتبطة بها أيضًا إلى المركزات بالجملة. ثم يتم إجراء عملية تعويم النحاس عن طريق إزالة الكبريت في عجينة عالية القلوية عند درجة حموضة (pH) >12 بمساعدة الجير، حيث يتم الحصول على كل من مركزات النحاس والكبريت. وينضم الذهب والفضة والمكونات القيمة الأخرى إلى مركزات النحاس، بينما ينضم الكوبالت إلى مركزات الكبريت ويمكن بيعه كمركزات الكوبالت الكبريتي. وتُعالج مخلفات عملية التعويم بالكتل عن طريق الفصل المغناطيسي منخفض الكثافة لاستخلاص الحديد وإنتاج مركزات الحديد.

7.2.3.3 الفصل بالطفو لخام النحاس والموليبدينوم

يجد رواسب النحاس والموليبدينوم أكبر استخدام صناعي لها في رواسب كبريتيد النحاس البورفيري. وتتميز رواسب كبريتيد النحاس البورفيري بوفرة احتياطياتها، وتعد مورداً مهماً لاستخراج النحاس. وتتميز بدرجة نقاء منخفضة: النحاس 0.5%-1%، والموليبدينوم 0.01%-0.03%.

في هذا النوع من الخامات، يتواجد النحاس بشكل أساسي في صورة الكالكوسيت (Cu₂S) والكالكوبيريت (CuFeS₂)، بينما يتواجد الموليبدينوم بشكل أساسي في صورة الموليبدينيت (MoS₂). وهناك ثلاثة أنواع من عمليات التخصيب لخام النحاس والموليبدينوم.

(1) تُعد عملية التعويم بالجملة، التي يتبعها إعادة الطحن وفصل النحاس عن الموليبدينوم من المركز الأولي بالجملة، العملية الأكثر استخدامًا، لا سيما بالنسبة لخام النحاس البورفيري، حيث توجد المعادن الكبريتيدية على شكل حبيبات خشنة وتتمتع بقدرة جيدة على التعويم. ويمكن جمعها باستخدام مواد تجميع شائعة مثل الزانثات والمُكوِّنات الرغوية.

في عملية الطحن الأولي أحادية المرحلة، يمكن التخلص من أكثر من 90% من المخلفات عن طريق التعويم بالجملة، مما يقلل من تكلفة الطحن. يُعاد طحن المركز الأولي السائب، ويمكن الحصول على مركز النحاس والموليبدينوم السائب عن طريق إزالة الكبريت باستخدام الجير. ثم يُفصل مركز النحاس والموليبدينوم السائب مرة أخرى عن طريق التعويم للحصول على مركز الموليبدينوم ومركز النحاس. ويمكن تنقية مركز الكبريت الأولي عن طريق التعويم أو التركز بالجاذبية للحصول على مركز الكبريت النهائي.

(2) تُستخدم عملية التعويم بالجملة للنحاس والموليبدينوم، مع الفصل عن طريق خفض الكبريت، في معالجة خام النحاس والموليبدينوم الذي يتميز بحبيبات دقيقة، ومحتوى منخفض من البيريت، وقابلية عامة للتعويم.

(3) يعتمد الفصل المغناطيسي النبضي ذو التدرج العالي لمركزات النحاس والموليبدينوم السائبة على المغناطيسية الضعيفة للكالكوبيريت، في حين أن الموليبدينيت غير مغناطيسي. وتكمن العيوب في أن حجم جزيئات معادن النحاس والموليبدينوم دقيق جدًّا، كما أن معادن النحاس تتمتع بقدرة مغناطيسية ضعيفة جدًّا، مما يؤدي إلى استرداد ضعيف نسبيًّا ونسبة تخصيب منخفضة.

يتضمن نظام الكواشف المستخدم في إزالة النحاس وتعويم الموليبدينوم ما يلي: Na₂S بما في ذلك كل من NaHS وكبريتيد الأمونيوم، وNa₂S مصحوبًا بالتسخين بالبخار، والسيانيد الأحادي، والسيانيد مصحوبًا بـ Na₂S، وكاشف نوكس، ومؤكسدات مثل NaClO أو H₂O₂، ومثبطات عضوية مثل حمض الميركابتو أسيتيك. يُعد كل من Na₂S والسيانيد وعوامل نوكس فعالة جدًا في تثبيط الكالكوبيريت والبورنيت، في حين أن كبريتيد الأمونيوم وفيروسيانيد الحديد وفيروسيانيد الحديد، ومؤكسدات مثل هيبوكلوريت الصوديوم وبيروكسيد الهيدروجين فعالة في تثبيط كبريتيد النحاس الثانوي. يُعد حمض الميركابتو أسيتيك والمثبطات العضوية الأخرى مثبطات جديدة تم تطويرها لكبريتيد الموليبدينوم، وهي غير سامة وذات كفاءة عالية، ولا تزال قيد الترويج.

لتعزيز عملية فصل النحاس والموليبدينوم، يمكن استخدام الطرق التالية:

(1) يُعد عملية التكثيف وإزالة المواد المضافة أمرًا ضروريًا قبل فصل المركز السائب، وذلك لإزالة المواد المضافة الزائدة الموجودة في المركز السائب وضمان إجراء عمليات التقليب والفصل في ظل التركيز المناسب.

(2) تُستخدم في بعض البلدان طريقة التسخين بالبخار للمركز السائب إلى درجة حرارة تتراوح بين 85 و90 درجة مئوية، وذلك لإزالة وتدمير طبقة المركّز الموجودة على سطح المركز السائب، وأحيانًا مع إضافة بعض الجير، وإدخال الأكسجين أو الهواء. وتتميز هذه الطريقة بفعالية جيدة، لكنها مرتفعة التكلفة وتؤدي إلى عملية معقدة.

(3) تُستخدم عملية التعطيل، التي تتمثل في تخزين الملاط في خزانات لفترة طويلة مع إدخال الهواء إليها، لجعل سطح الكالكوبيريت يتأكسد ويصبح ماءً. كما يمكن أن تؤدي هذه العملية إلى إبطال مفعول الزانثات، لأن الزانثات الموجودة على سطح الكالكوبيريت وداخل العجينة يمكن أن تتأكسد وتتحلل عند انخفاض درجة الحموضة وعند التعرض للحرارة أو التهوية لفترة طويلة. وبالتالي، يمكن لهذه الطريقة أن تقلل من قابلية الكالكوبيريت للطفو.

(4) تساعد إضافة كبريتيد الصوديوم على مراحل في الاستفادة من الحرارة المنبعثة عند ذوبان كبريتيد الصوديوم. يُضاف جزء من محلول كبريتيد الصوديوم إلى خزان التقليب، بينما يُضاف الجزء الآخر في صورة صلبة إلى خلايا التكرير الأولي والتكرير النهائي، وذلك للاستفادة من حرارة الذوبان في رفع درجة حرارة اللب وتحسين عملية إزالة الكالكوبيريت.

(5) يمكن أن يمنع التعويم باستخدام النيتروجين أكسدة الكواشف، مما يقلل من الجرعة، ويُستخدم هذا الأسلوب في الولايات المتحدة وكندا ودول أخرى. وفي عملية فصل النحاس والموليبدينوم، يصل عدد عمليات التنقية إلى ما بين 6 و8 عمليات، مما يؤدي إلى طول خط التشغيل، وبالتالي يسهل فقدان فعالية مثبطات التعويم. ويساعد إدخال النيتروجين على منع الأكسدة وتقليل استهلاك مادة «نوكس» بنسبة 50%-70%.

(6) يمكن استخدام أعمدة التعويم في عملية التنظيف، حيث تُنتج طبقة رغوة سميكة وتتميز بكفاءة عالية في التنظيف، مما يقلل من عدد عمليات التنظيف.

7.2.3.4 الفصل بالطفو لـ خام النحاس والنيكل

يوجد النيكل في شكل البنتلانديت ((Fe,Ni)₉S₈)، والميليريت (NiS)، والنيكيليت (NiAs)، والبيروتايت المحتوي على النيكل في خامات النحاس والنيكل. وتتراوح قابلية البنتلانديت والميليريت للطفو بين الكالكوبيريت والبيروتايت، ويمكن جمعهما باستخدام زانثات عالية الجودة مثل زانثات البوتيل أو الأميل في عجينة حمضية ضعيفة أو قلوية ضعيفة. ويُعد كبريتات النحاس المنشط للبنتلانديت، بينما يُعد الجير المثبط له. ويتم فصل النحاس والنيكل بشكل أساسي عن طريق التعويم، بينما يُستخدم الفصل المغناطيسي والتركيز بالجاذبية عادةً كوسائل تكميلية.

هناك عمليتان للفصل بالطفو لخام النحاس والنيكل:

(1) يتم الحصول على المركز السائب للنحاس والنيكل عن طريق التعويم، ثم يتم صهره للحصول على مادة النيكل الخام، التي تُصب بعد ذلك وتُبلور في ظروف تحافظ على درجة الحرارة لإنتاج خام صناعي غني. ثم يتم تكسير الخام الغني وطحنه لإجراء عملية التعويم في وسط عالي التركيز من هيدروكسيد الصوديوم (NaOH). توفر هذه الطريقة نسبة استرداد عالية نسبيًا، لكنها تتطلب تكلفة عالية أيضًا. وتُستخدم في العديد من البلدان للحصول على مركزات النحاس والنيكل، تليها عملية صهر منفصلة.

(2) تُجرى عملية التعويم الانتقائي للحصول على مركزات النحاس والنيكل على التوالي. ويكون ذلك هو الحال إذا كانت كمية النحاس في الخام أكبر بكثير من كمية النيكل، وبذلك يمكن الحصول على مركزات نحاس ذات محتوى منخفض من النيكل. ومن المستحسن أن ينتقل النحاس إلى مركزات النيكل، بينما يجب منع انتقال النيكل إلى مركزات النحاس. وذلك لأن النيكل سيتفقد بكميات كبيرة أثناء صهر النحاس، في حين يمكن استرداد النيكل الموجود في مركزات النحاس بالكامل أثناء عملية الصهر.

تتميز عملية التعويم للنحاس والنيكل ببساطة العملية، وطول مدة التعويم، وقلة استخدام مواد التنظيف، والاستخلاص المبكر لمعادن النحاس والنيكل. وتتراوح درجة النقاء للنيكل في مركزات النحاس والنيكل عمومًا بين 4% و8%. تعد إزالة البيروتايت عاملاً أساسياً لتحسين جودة مركزات النيكل والنحاس، ولذلك غالباً ما تُستخدم عملية مركبة تجمع بين التعويم والفصل المغناطيسي. كما أن إزالة الشوائب المغناطيسية مثل التلك والكلوريت أمر بالغ الأهمية لتحسين جودة مركزات النيكل.