معالجة خامات النحاس المؤكسدة

عمليات التخصيب الخاصة بـ خامات النحاس المؤكسدة ويمكن تقسيم خامات النحاس المختلطة بالأكسجين والكبريت إلى فئتين رئيسيتين: التطفو والتخصيب الكيميائي. وينقسم التطفو بدوره إلى التطفو المباشر، والتطفو بالكبريت، والتطفو بالفصل.

(1) التعويم

① التعويم بالكبريتيد

أ. عملية التعويم بالكبريت التقليدية
تتضمن هذه الطريقة أولاً إجراء عملية الكبريتة لمعادن النحاس المؤكسدة باستخدام كبريتيد الصوديوم أو عوامل كبريتة أخرى (مثل هيدروسلفيد الصوديوم)، ثم استخدام الزانثات عالية النقاء كمجمعات في عملية التعويم. أثناء عملية الكبريت، كلما انخفض الرقم الهيدروجيني (pH) للمعجون، زادت سرعة عملية الكبريت. ومع ذلك، فإن عوامل الكبريت مثل كبريتيد الصوديوم تتأكسد بسهولة ولها وقت تفاعل قصير. لذلك، عند استخدام عملية الكبريتة لتعويم خامات النحاس المؤكسدة، يُفضل إضافة عامل الكبريتة على مراحل. يساعد كبريتات الأمونيوم وكبريتات الألومنيوم في عملية كبريتة المعادن المؤكسدة؛ وبالتالي، فإن إضافة هذين الكاشفين أثناء عملية التعويم بالكبريتة يمكن أن يحسّن تأثير التعويم بشكل ملحوظ. معادن أكسيد النحاس التي يمكن معالجتها بالكبريتنة هي بشكل أساسي كربونات النحاس، مثل المالاكيت والأزوريت؛ كما يمكن استخدامها لتعويم الكوبريت. ومع ذلك، فإن الكريسوكولا، دون معالجة مسبقة خاصة، يكون أداءها في الكبريتنة ضعيفًا، أو قد لا تتكبريت على الإطلاق.

ب. التعويم بالكبريتيد الحراري المائي: هذه الطريقة هي في الواقع تطوير لعملية التعويم بالكبريت التقليدية. وتكمن جوهرها في السماح للكبريت بالتفاعل كيميائيًا مع معادن أكسيد النحاس في ظروف الحرارة والضغط، مما ينتج عنه معادن كبريتيد النحاس الاصطناعية المستقرة وسهلة التخصيب. ثم يتم استخلاص هذه المعادن عن طريق التعويم في الماء الدافئ. وتكمن ميزتها في المعالجة المسبقة المحسّنة — أي الكبريت المسبق — للخام.

ويتمثل مبدأ هذه الطريقة فيما يلي: عندما ترتفع درجة حرارة الملاط الذي يحتوي على عامل الكبريتيد إلى مستوى معين، يولد الكبريت العنصري، نتيجة لتفاعل الأكسدة والاختزال الخاص به، أيون S²⁻ الذي يدخل في المحلول. وعندما يلتقي أيون S²⁻ بمعادن أكسيد النحاس، يحدث تفاعل كيميائي ينتج عنه معادن كبريتيد النحاس. وتكون تفاعل الأكسدة والاختزال للكبريت العنصري في المحلول المائي كما يلي: 4S + 4H₂O → 3S²⁻ + SO₄²⁻ + 8H⁺. ويحدث تفاعل الكبريت أولاً على سطح معادن أكسيد النحاس ثم يتغلغل تدريجيًا إلى داخل جزيئات المعدن. على سبيل المثال، تفاعل الكبريتة للمالاكيت هو: Cu(OH)₂·CuCO₃ + 8S + 2H₂O → 6CuS + 2H₂SO₄ + 3H₂CO₃. في عملية الكبريتنة بالماء الساخن، تؤثر درجة حرارة الكبريتنة وحجم جزيئات الخام ومحتوى الكبريت ومدة الكبريتنة بدرجات متفاوتة على تحويل أكسيد النحاس.

وتتمثل أكبر المشاكل التي تواجه هذه الطريقة في متطلبات درجات الحرارة المرتفعة، وارتفاع استهلاك الوقود، وطول مدة عملية الكبريتة. ولذلك، فإن خفض درجة حرارة الكبريتة وتقصير مدة العملية هما شرطان أساسيان لتطبيق هذه الطريقة على نطاق واسع في الإنتاج. حققت الأكاديمية الصينية للعلوم تقدمًا كبيرًا في هذا المجال. فقد اعتمدت تقنية التحفيز الكيميائي بنقل الطور لتعزيز تفاعل عدم التناسب للكبريت العنصري، مما أدى إلى خفض درجة حرارة الكبريتنة بشكل كبير وتقصير مدة الكبريتنة في عملية الكبريتنة الحرارية المائية. ② طريقة التعويم بالأحماض الدهنية تُعرف أيضًا باسم التعويم المباشر، حيث تستخدم طريقة التعويم بالأحماض الدهنية الأحماض الدهنية وصابونها كعوامل تجميع. وعادةً ما تُضاف مثبطات الشوائب مثل الزجاج المائي والفوسفات ومحسّنات اللب مثل كربونات الصوديوم.

تُعد الأحماض الدهنية وصابونها وسيلة ممتازة لتعويم المالاكيت والأزوريت. وتُظهر التجارب التي استخدمت فيها أحماض دهنية ذات سلاسل هيدروكربونية مختلفة لتعويم المالاكيت أنه طالما كانت السلسلة الهيدروكربونية طويلة بما يكفي، فإن قدرة الحمض الدهني على جمع المالاكيت تكون قوية جدًّا. وداخل نطاق معين، تكون قدرة الكاشف على التجميع متناسبة طرديًا مع الكمية المستخدمة. وفي الممارسة العملية للإنتاج، تُستخدم في الغالب الأحماض الكربوكسيلية المختلطة المشبعة أو غير المشبعة من C10 إلى C₂O. ولا تناسب هذه الطريقة سوى خامات أكسيد النحاس التي لا تحتوي الشوائب فيها على كربونات. وعندما تحتوي الصخور غير المعدنية على كميات كبيرة من معادن الحديد والمنغنيز، تتدهور مؤشرات الأداء؛ علاوة على ذلك، تعمل الرواسب اللزجة أيضًا على تعطيل الأحماض الدهنية، مما يحد من تطبيق هذه الطريقة.

130 > أسئلة وأجوبة حول تكنولوجيا تكرير المعادن واللافلزات ③ التطفو بالأمينات: يُعد التطفو، الذي يستخدم الأمينات كمجمعات، طريقة شائعة لمعالجة خامات أكاسيد المعادن غير الحديدية (خامات النحاس والرصاص وأكسيد الزنك)، وهو مناسب لمعالجة خامات المالاكيت والأزوريت وكلوريد النحاس.

تُعد الأمينات عوامل تجميع فعالة لخامات أكسيد النحاس، لكن انتقائيتها ضعيفة، كما أنها تجمع أيضًا الكثير من الشوائب. ولذلك، غالبًا ما تتطلب عملية الأمينات إزالة الطين مسبقًا. ومع ذلك، بالنسبة لخامات أكسيد النحاس الطينية، قد تؤدي إزالة الطين المسبقة إلى فقدان النحاس. لذلك، فإن مفتاح نجاح عملية الأمينات يكمن في إيجاد عوامل فعالة لإزالة الطين من الشوائب. وتشمل العوامل الفعالة لإزالة الطين من الشوائب حاليًا: مسحوق الأعشاب البحرية، وسلفونات اللجنين أو سلفونات اللجنين السليلوزي، وحمض البولي أكريليك.

④ التعويم بالمستحلب: معادن أكسيد النحاس يتم أولاً إخضاعها لعملية الكبريتيد، ثم تُضاف إليها عوامل تكوين مركبات النحاس لتكوين سطح معدني مستقر ومحب للزيوت. بعد ذلك، يُطبق مستحلب زيتي محايد على السطح المعدني، مما يخلق حالة قوية مقاومة للماء وقابلة للطفو، مما يسمح للمعادن بالالتصاق بقوة بفقاعات الهواء والطفو.

يتضمن جوهر عملية التعويم بالمستحلب ثلاثة جوانب: أولاً، استخدام مركبات عضوية انتقائية لتكوين مركبات معقدة مع النحاس، بهدف تكوين طبقة مستقرة محبة للزيوت على سطح المعدن. وتشمل عوامل تكوين المركبات المعقدة مع النحاس البنزوتريازول-تولويلتريازول، والميركابتوبنزوثيازول، وديفينيلغوانيدين. ثانياً، إضافة مستحلبات زيتية غير قطبية لتحسين الالتصاق بين المعادن وفقاعات الهواء. وتشمل مستحلبات الزيت غير القطبية البنزين والكيروسين وزيت الديزل. ثالثاً، استخدام مثبطات انتقائية مثل البوليمرات الأكريلية وسيليكات الصوديوم.

⑤ طريقة التعويم باستخدام عامل مخلب وزيت محايد: بالنسبة لخامات أكسيد النحاس الصعبة المعالجة (مثل الكريسوكولا)، تتميز طرق التعويم المذكورة أعلاه بانتقائية ضعيفة ومعدلات استرداد منخفضة. وللاسترداد الفعال لخامات أكسيد النحاس الصعبة المعالجة، من الضروري إيجاد عوامل تجميع ذات انتقائية قوية. لذلك، تم اقتراح طريقة التعويم باستخدام عوامل مخلبية وزيت محايد.

تشير هذه الطريقة إلى استخدام مجمع يتكون من عامل مخلب وزيت محايد. تُظهر نتائج الأبحاث أن استخدام عوامل مخلبية كمجمعات لا يوفر فقط انتقائية عالية وتأثير تجميع فعال، بل يضمن أيضًا مؤشر فصل عاليًا مع تقليل استهلاك الكواشف. علاوة على ذلك، تتمتع العوامل المخلبية أيضًا بتأثيرات تثبيطية انتقائية. ومع ذلك، وبسبب التكلفة العالية للعوامل المخلبية، فإن الترويج لها وتطبيقها في الإنتاج محدودان إلى حد ما. حاليًا، تشمل عوامل التخليط المستخدمة الأصباغ القاعدية المُستبدلة بالأوكتيل مثل أخضر المالاكيت، وأوكتيلوكسيم البوتاسيوم، والبنزوتريازول، ومستحلبات الزيوت المحايدة، ودياسيتات الإيمين المُستبدلة بـ N، والبولي أمينات، ومكثفات الهاليدات العضوية.

(2) طريقة التخصيب الكيميائي: على الرغم من أن عملية التعويم تُستخدم غالبًا لمعالجة خامات النحاس المؤكسدة التي يصعب معالجتها، وكذلك خامات النحاس المختلطة بين المؤكسدة والكبريتيدية، إلا أن نتائج التعويم بالنسبة للعديد من خامات النحاس المؤكسدة ليست مثالية. تتميز بعض خامات النحاس المؤكسدة بمحتوى عالٍ من النحاس المرتبط، وحجم جسيمات دقيق، ومحتوى عالٍ من الطين، مما يجعل عملية التعويم صعبة. في السنوات الأخيرة، حققت عمليات التخصيب الكيميائي (الهيدروميتالورجيا) أو العمليات المركبة لمعالجة خامات النحاس المؤكسدة، وخاصة خامات النحاس المؤكسدة المقاومة للمعالجة، نتائج ممتازة، مما يدل على جدواها القوية. تقدم هذه العمليات مزايا مثل بساطة التدفق، وانخفاض الاستثمار، وانخفاض استهلاك الطاقة، وتلوث ضئيل، وتكاليف إنتاج منخفضة، مما يجعلها محورًا رئيسيًّا للبحوث في مجال معالجة خامات النحاس المؤكسدة، وتستخدم على نطاق واسع في إنتاج صناعة النحاس.

تتمثل عملية الترشيح لخام النحاس في المقام الأول في الترشيح الحمضي، حيث يُستخدم عادةً حمض الكبريتيك المخفف كعامل ترشيح. وتُعد هذه العملية مناسبة للخامات التي تحتوي في الغالب على شوائب حمضية، وتُستخدم عادةً لاستخراج النحاس من الخامات منخفضة الجودة والخامات السطحية والخامات المتبقية. حاليًّا، يمثل النحاس المنتج باستخدام عملية SX-EW (الترشيح الحمضي - الاستخلاص - الاستخلاص الكهربائي) حوالي 22% من إجمالي إنتاج النحاس العالمي. وإلى جانب الترشيح الحمضي، يكتسب الترشيح بالأمونيا اهتمامًا متزايدًا؛ وهذه العملية مناسبة لـ خامات النحاس المؤكسدة التي تحتوي على كميات كبيرة من الشوائب القلوية والطين. وأثناء عملية الترشيح بالأمونيا، تُضاف عادةً مادة (NH₄)₂CO₃ أو (NH₄)₂SO₄ كعوامل ترشيح بالأمونيا.