Mchakato wa uboreshaji kwa Madini ya shaba

7.2.1 Aina na Amana za Madini ya Shaba

Shaba hutumika zaidi katika matumizi ya viwandani, vifaa vya umeme/elektroniki na bidhaa za watumiaji kama vile vyombo vya jikoni. Kulingana na takwimu za mwaka 2019, China ina akiba kubwa zaidi ya shaba duniani. Hutumika katika aloi kadhaa kama vile: (1) kutengeneza chuma cha pua kwa kuchanganya na chuma na nikeli, (2) kutengeneza shaba kwa kuchanganya na bati, (3) kutengeneza brasi kwa kuchanganya na zinki.

7.2.1.1 Amana za madini ya shaba

Aina za kiviwanda za akiba za shaba duniani ni pamoja na akiba ya shaba ya porphyry, akiba ya mchanga yenye shaba, akiba ya pyrite yenye shaba, akiba ya sulfide ya shaba na nikeli, akiba ya shaba, uranium na dhahabu, akiba ya shaba asilia, akiba ya mshipa, akiba ya kabonati na akiba ya skarn. Aina nne za kwanza ndizo muhimu zaidi, zikichangia asilimia 961 ya akiba yote ya shaba duniani. Akiba za shaba za porfiri zinachangia zaidi ya nusu ya akiba yote ya shaba duniani.

Aina za viwanda za amana za shaba nchini China ni pamoja na amana ya shaba ya porfiri, amana ya pyriti yenye shaba, amana ya shaba ya tabaka, amana ya shaba ya skarn, amana ya mchanga wa mchanganyiko yenye shaba, amana ya sulfidi ya shaba na nikeli, na amana ya shaba ya mshipa. Kuna migodi kadhaa mikubwa na mikubwa mno ya shaba yenye akiba iliyothibitishwa ya zaidi ya tani milioni 5 nchini China, ikiwemo Hami huko Xinjiang, Qulong huko Tibet, Pulang huko Yunnan, Jiangxi na Jiangda Yulong huko Tibet, n.k.

Sifa za akiba za shaba za China ni kama ifuatavyo:

(1) Maeneo matano dhahiri ya mkusanyiko: sehemu za kati na za chini za Mto Yangtze, Changdu, kusini mwa Sichuan hadi katikati mwa Yunnan, Jinchuan Baiyin katika Mkoa wa Gansu na Zhongtiaoshan.

(2) Wengi wao ni amana kamili zenye vipengele vingi vinavyohusiana. Dhahabu inayohusiana na shaba inachangia 78% ya akiba ya dhahabu inayohusiana ya China, fedha inayohusiana na shaba inachangia 26% ya akiba ya fedha inayohusiana ya China, kobalt inayohusiana na shaba inachangia nusu ya akiba ya kobalt ya China, na idadi kubwa ya metali za kundi la platinamu, molibdenamu, risasi, zinki, salfa, n.k., ambazo huleta faida kubwa za kiuchumi kwa maendeleo na matumizi ya migodi ya shaba.

(3) Kati ya akiba zilizothibitishwa, 87% ni madini ya sulfidi, 10% ni madini yaliyoksidishwa na 3% tu ni madini mchanganyiko.

7.2.1.2 Aina za Viwandani

Kulingana na kiwango cha madini ya oksidi ya shaba katika udongo wa madini, udongo wa madini ya shaba unaweza kugawanywa kuwa udongo wa oksidi ya shaba ambapo kiwango cha oksidishaji ni zaidi ya 30%, madini mchanganyiko ya shaba ambapo kiwango cha oksidishaji ni 10%-30%, au madini ya sulfidi ya shaba ambapo kiwango cha oksidishaji ni chini ya 10%. Kulingana na vipengele vyake vya thamani, madini ya shaba yanaweza kugawanywa kuwa madini ya shaba peke yake na madini ya shaba changamano, kama vile madini ya shaba sulfuri, madini ya shaba nikeli, n.k. Madini ya shaba sulfuri humaanisha madini ambayo madini yake lengwa ni shaba sulfidi na chuma sulfidi. Hupatikana hasa katika mifuko ya piritia yenye shaba, na machache katika mifuko ya shaba ya skarn. Madini ya shaba na chuma hurejelea madini yanayojumuisha magnetite pamoja na madini ya shaba. Risasi, zinki, nikeli, kobalt, molibdenamu, oksidi ya tungsteni, bismuthi, dhahabu, fedha na pyriti mara nyingi huhusiana na visima vya shaba na vinapaswa kutathminiwa kwa kina na kufikiriwa kuvunwa wakati viwango vyake vinapofikia thamani fulani.

Muundo wa madini ya shaba unaweza kuwa mkubwa (mzito) au uliosambazwa.

7.2.1.3 Aina Asilia za Madini ya Shaba

Kuna zaidi ya aina 250 za madini ya shaba na madini yanayobeba shaba yanayopatikana katika gamba la dunia, yakitokea hasa kama sulfidi na misombo yake inayofanana, oksidi za shaba, shaba asilia, salfeti, kabonati na siliketi ya shaba. Minerali nyingi zenye shaba zina rangi angavu na za kuvutia, kama vile chalcopyrite ya rangi ya manjano ya dhahabu, malachite ya kijani angavu, covellite ya bluu iliyokolea, n.k.

Shaba ni aina ya elementi inayopendelea sulfidi, na madini ya shaba kwa kawaida hupatikana kama madini ya sulfidi. Ni chini tu ya hali ya uoksidishaji mkali ndipo oksidi hutengenezwa. Kulingana na asili na muundo wa kemikali, madini ya shaba yanaweza kugawanywa katika madini ya sulfidi ya shaba ya msingi kama vile chalcopyrite, madini ya sulfidi ya shaba ya pili kama vile chalcocite, na madini ya oksidi ya shaba kama vile malachite.

Shaba pia ina mvuto fulani kwa chuma, ambao unaweza kuungana na chuma, nikeli, kobalt na vipengele vingine katika magma ya msingi na magma ya msingi sana.

Sulfidi kuu za shaba ni pamoja na chalcopyrite (CuFeS₂) yenye shaba 34.56%, bornite (Cu₃FeS₃) yenye shama 76.33%, chalcocite (Cu₂S) yenye shaba 79.83%, na covellite (CuS) yenye shaba 66.44%.

Madini makuu ya oksidi ya shaba ni malakiti (CuCO₃·Cu(OH)₂), yenye kiwango cha shaba cha 57.5%, azuriti (2CuCO₃·Cu(OH)₂) na kiwango cha shaba cha 55.3%, cuprite (Cu₂O) na kiwango cha shaba cha 88.8%, chrysocolla (CuSiO₃·nH₂O) na kiwango cha shaba cha 36.1%.

Chalcopyrite ni madini muhimu ya msingi ya shaba. Madini mengi ya sekondari ya shaba hutokana nayo. Suluhisho la CuSO₄ linaweza kuundwa wakati chalcopyrite inapopata oksijeni kwenye uso, na malachite au azurite huundwa wakati mawe ya chokaa yanapokutana na eneo la oksidishaji. Chini ya hali za upunguzaji, chalcopyrite ya msingi, pyrite, na galena zinaweza kuingia katika mmenyuko na kutengeneza chalcocite (Cu₂S), covellite (CuS), bornite (Cu₅FeS₄) na kadhalika, na hivyo kuunda eneo la pili la utajiri wa amana ya shaba.

7.2.2 Uwezo wa kuelea wa sulfidi za shaba

Madini ya sulfidi kwa kawaida yana uwezo mzuri wa kuelea na vichafu vinaweza kuondolewa kwa ufanisi kwa njia ya kuelea. Hata hivyo, sulfidi za chuma, kobalt, molibdenamu na metali nyingine mara nyingi hupatikana katika sulfidi za shaba. Kwa hiyo, lengo la flotation ya sulfidi ya shaba ni jinsi ya kurekebisha tabia ya flotation ya madini mbalimbali ya sulfidi kwa kudhibiti vigezo vya mchakato wa flotation.

Kutokana na uwezo sawa wa kuelea wa madini ya sulfidi, kwa kawaida yanahitaji kutenganishwa kwa flotation ya hatua nyingi. Zaidi ya hayo, operesheni ile ile ya flotation katika kila hatua kwa kawaida inahitaji kufanywa mara kadhaa mfululizo, kama vile roughing moja, kusafisha mara mbili na kukusanya mara mbili, n.k., ili kufikia utenganisho wenye ufanisi.

Uwezo wa kuelea wa madini ya sulfidi ya shaba unaonyesha mpangilio fulani. Yale yasiyo na chuma, kama chalcocite na covellite, yana uwezo mzuri wa kuelea na ni vigumu kushushwa na cyanidi na chokaa. Madini yenye chuma, kama chalcopyrite na bornite, hushushwa kwa urahisi na cyanidi na chokaa katika mazingira ya alkali.

Anioni za wakusanyaji wa xanthate huvutwa kimwili hasa na kationi ya Cu²⁺, hivyo madini yenye Cu nyingi kwenye uso yana mwingiliano mkubwa na xanthate. Mpangilio wa mwingiliano kutoka imara hadi dhaifu ni chalcocite, covellite, bornite, na chalcopyrite.

Uwezo wa kuelea wa madini ya sulfidi ya shaba pia huathiriwa na ukubwa wa kristali, ukubwa wa mgawanyiko, na kama ni ya msingi au ya pili. Ni vigumu kuelea ikiwa kristali na mgawanyiko ni vidogo sana. Sulfidi ya shaba ya pili ni rahisi kuoksidishwa, jambo linalofanya iwe vigumu zaidi kuelea kuliko sulfidi za shaba za msingi.

7.2.2.1 Chalcopyrite (CuFeS₂)

Chalcopyrite si rahisi kuoksidishwa na inaweza kudumisha uwezo wake wa kuelea kiasili katika slurry isiyo na asidi na yenye alkali dhaifu kwa muda mrefu. Lakini uwezo wake wa kuelea utapungua katika slurry yenye alkali kali ya pH>10 kutokana na uundaji wa hidroksidi ya chuma kwenye uso wake.

Kikolezo kinachotumika zaidi kwa chalcopyrite ni xanthate, ambacho kinaweza kuitengeneza chalcopyrite yote kuelea katika upana wa pH 3–12. Dithiophosphate, dithiocarbamate na thionocarbamate pia ni vikolezo vya chalcopyrite. Uchaguzi wa butyronitrile xanthate ni bora kuliko ule wa xanthate na unaweza kutumika kwa ufufuaji wa chalcopyrite yenye arsenopyrite.

Chalcopyrite hupunguzwa kwa urahisi na cyanidi na kioksidishaji katika slurry ya alkali. Cyanidi mara nyingi hutumika katika kutenganisha shaba na risasi, wakati kioksidishaji mara nyingi hutumika katika kutenganisha shaba na molibdenamu. Chumvi ya shaba kama sulfate ya shaba wakati mwingine hutumika kuamsha chalcopyrite ambayo tayari imepunguzwa.

Uso wa chalcopyrite utaoksidishwa unapopondwa vizuri ndani ya maji, na kisha asidi ya xanthic inaweza kuunda mnyonyo imara na Cu²⁺ kwenye uso. Hata hivyo, esteri ya thiamine, xanthate mara mbili, n.k. zinahitaji kuongezwa kwenye mashine ya kusaga mpira ili zikabiliane na uso mpya ulioachiliwa wakati zikitumika kama wakusanyaji.

7.2.2.2 Bornite (Cu₅FeS₄)

Uwezo wa kuzama wa bornite uko kati ya chalcocite na chalcopyrite. Ni rahisi zaidi kwa bornite kuoksidishwa kuliko chalcopyrite, na hivyo koleza zaidi hutumika kuliko kwa chalcopyrite.

Bornite inaweza kuelea katika slurry ya asidi na ya alkali dhaifu kwa kutumia xanthate kama kikusanyaji, lakini uwezo wa kuelea hupungua wakati pH>10. Katika slurry ya asidi kali, uwezo wa kuelea wa bornite hupungua sana. Bornite inaweza kushushwa kwa urahisi na cyanidi. Sodiamu sulfidi au kiasi kidogo cha asidi ya salfuri vinaweza kuboresha uwezo wa kuzama kwa bornite.

7.2.2.3 Chalcocite (Cu₂S) na Covellite (Cu₂S·CuS₂)

Chalcocite ina uwezo bora wa kuelea, lakini ni rahisi zaidi kuoksidishwa kuliko chalcopyrite.

Xanthate na dithiophosphate ni vikusanyaji bora kwa chalcocite. Chalcopyrite yote inaweza kuelea kwa kutumia ethyl xanthate, ethyl dithiophosphate na ethyl double dithiophosphate katika wigo mpana wa pH kutoka 1 hadi 13. Chalcocite haisumbuki na pH, na bado inaweza kuelea katika pH ya juu kwa sababu ethylxanthate ya shaba (cuprous ethylxanthate) ni imara zaidi kuliko hidroksidi ya shaba (cupric hydroxide).

Vichochezi vya chalcocite ni pamoja na Na₂SO₄, Na₂S₂O₃, K₃Fe(CN)₆, K₄Fe(CN)₆ na kiasi kikubwa cha Na₂S. Sianidi ina athari ndogo kwa chalcocite kwa sababu ioni za shaba kwenye uso zinaendelea kuyeyuka, na hivyo kufanya sianidi kupoteza ufanisi wake.

Uwezo wa kuelea wa covellite ni sawa na ule wa chalcocite.

7.2.2.4 Tennantite (3Cu₂S·As₂S₃)

Tennantite ina ugumu mdogo na upole mkubwa. Ni laini na huchakaa kwa urahisi. Wakati butyl xanthate inapotumika kama kikusanyaji, pH inayofaa zaidi kwa uelea wa tennantite ni 11 hadi 12.

Karboniati ya sodiamu ni kidhibiti bora cha mazingira kuliko chokaa, kwa sababu inaweza kupunguza tennantite wakati CaO huru iko juu ya 400 g/m³. Sulfidi ya sodiamu inaweza kuamsha uso wa tennantite uliooksidishwa kwa kipimo kidogo (30 mg/L) na hivyo kuboresha uwezo wake wa kuelea, lakini kuongeza kipimo kunaweza kuizuia kabisa.

7.2.2.5 Sulfidi za Chuma

Madini ya sulfidi ya chuma hutumika hasa katika uzalishaji wa asidi ya sulfuri, na ni malighafi muhimu katika tasnia ya kemikali. Zinapatikana kwa wingi katika akiba za sulfidi, hivyo ni lazima zitenganishwe na shaba.

(1) Pirit (FeS₂). Uoksidishaji kidogo utaimarisha uwezo wa kupaa wa pyrite, lakini uoksidishaji kupita kiasi utapunguza uwezo wake wa kupaa. Pyrite inaweza kukusanywa kwa kutumia xanthate, dithiophosphate, na dithiocarbamate. pH ya laini ina athari dhahiri kwenye uwezo wake wa kupaa. Mchanganyiko wa asidi au wa alkali dhaifu husaidia kuundwa kwa xanthate mara mbili kwenye uso wa pyrite, jambo linalofanya pyrite iwe rahisi kuelea. Katika mazingira ya asidi kama vile pH=2, uundaji wa salfa ya msingi unaweza kuboresha uwezo wa kuelea wa pyriti, lakini katika mchanganyiko mzito wa alkali unaosababishwa na chokaa, uso wake hupunguzwa uwezo wa kuelea kwa kufunikwa na FeO(OH). Sianidi na chokaa vyote viwili vinaweza kupunguza uwezo wa kuelea wa pyriti. Chokaa mara nyingi hutumika kudhoofisha pyrite ili kuitenganisha na chalcopyrite na sphalerite. Pyrite iliyodhoofishwa inaweza kuamilishwa kwa kupunguza pH kwa asidi ya salfuri, au kwa sodiamu kabonati au dioksidi kaboni. Kopro salfeti mara nyingi huongezwa wakati wa uamilishaji.

(2) Pyrrhotite (FeSₙ₊₁). Pyrrhotite ni laini na huchakaa kwa urahisi. Ni vigumu kiasi kuifungua kwa maji ya kusimamisha. Katika pulp ya alkali na asidi dhaifu, Cu²⁺ au kiasi kidogo cha sodiamu sulfidi hutumika kuamsha, kisha xanthate ya kiwango cha juu hutumika kuikusanya. Ili kupunguza ukolezi wa pyrrhotite, chokaa, cyanidi, karboniati ya sodiamu, n.k. zinaweza kutumika. Permanganeti ya potasiamu inaweza kutumika kupunguza ukolezi wa pyrrhotite katika baadhi ya matukio maalum kama vile utenganishaji kutoka kwa arsenopyrite au pentlandite ambazo huamilishwa na sulfati ya shaba au sulfide ya sodiamu.

(3) Marcasite (FeS₂). Marcasite ni sawa na pyrite kwa upenyezaji, lakini ni rahisi zaidi kuipenyezwa kuliko pyrite.

Mchoro 7.1 ni mchakato wa usindikaji wa madini ya sulphidi ya shaba moja.