7.2.4 Zenginleştirme Oksitlenmiş Bakır Cevherleri

Oksitlenmiş bakır cevheri rezervleri az miktardadır; genellikle yatağın üst kısmındaki oksidasyon bölümünde yer alırlar ve maruz kaldıkları fiziksel ve kimyasal koşullar son derece karmaşıktır; dolayısıyla cevher özellikleri de son derece karmaşıktır. Son yıllarda, oksitlenmiş bakır cevherlerinin ayrıştırılması, düşük tenörlü, yüksek çamurlanma oranına ve yüksek oksidasyon oranına sahip refrakter oksitlenmiş bakır cevherleri yönünde kademeli olarak gelişmiştir.

7.2.4.1 Oksitlenmiş Bakır Minerallerinin Yüzdürme Özelliği

Malakit (Cu₂(OH)₂CO₃) 57,5% Cu içerir ve iyi bir yüzdürme özelliğine sahiptir. Yağ asitleri (oleik asit vb.) ve bunların sabunları ya da hidroksamik asit ile doğrudan toplanabilir. Malakit ayrıca sülfidizasyon flotasyonu ile işlenebilir; bu işlemde mineral, sodyum sülfür ile aktive edilir ve ardından yüksek dereceli ksantat ile toplanır. Amonyum sülfat ilavesi, sülfürleşmeyi hızlandırabilir.

Kuprit (Cu₂O) 88,8% Cu içerir ve malakit ile benzer bir yüzdürme özelliğine sahiptir.

Azurit (Cu₃(CO₃)₂(OH)₂) 55,3% Cu içerir ve malakit ile benzer bir yüzdürme özelliğine sahiptir. Tek farkı, yağ asitleri ve bunların sabunları ile toplanırken malakitten daha iyi yüzdürme özelliğine sahip olmasıdır; ancak sülfidleştirme flotasyonunda daha uzun bir aktivasyon süresine ihtiyaç duyar.

Krizokolla ((Cu,Al)₂H₂Si₂O₅(OH)₄·nH₂O) bileşiği 36,2% Cu içerir ve son derece hidrofilik yüzeyi nedeniyle yüzdürme özelliği zayıftır. Bunun başlıca nedeni, bu minerallerin bileşim ve dağılım açısından kararsız kolloidal mineraller olmasıdır. Toplayıcı adsorpsiyon tabakası yalnızca mineral yüzeyindeki gözeneklerin içinde oluşabilir ve oldukça kararsızdır.

Bakır sülfat pentahidrat (CuSO₄·5H₂O) ve atacamit (Cu₂(OH)₃Cl) çözünür minerallerdir; ham maddenin içinde kolayca çözünürler ve flotasyon sırasında atık maden içinde tamamen kaybolurlar. Bu minerallerin çözünmesi, ham maddedeki bakır iyonlarının konsantrasyonunu artırabilir ve flotasyon işleminin seçiciliğini bozarak reaktif tüketimini artırabilir.

Brochanit (CuSO₄·3Cu(OH)₂) çözünürlüğü çok düşüktür ve yüzdürülmesi zordur; atık maden çamurunda kaybolur.

7.2.4.2 Zenginleştirme Yöntemleri Oksitlenmiş Bakır Cevheri

Flotasyon, oksitlenmiş bakır cevherinin zenginleştirilmesinde ilk tercihtir ve bu süreçte çeşitli flotasyon reaktifleri kilit rol oynar. Oksitlenmiş minerallerin çoğunun yüzdürülebilirliği genellikle zayıf olduğundan, doğrudan flotasyon yoluyla iyi sonuçlar elde etmek zordur. Bu durumda sülfürleştirme flotasyonu kullanılır. Ancak azurit, atacamit ve krizokolla gibi bazı minerallerin flotasyonu tatmin edici sonuçlar vermez. Tek bir flotasyon işlemiyle geri kazanılamayan mineraller için ise çoğunlukla kimyasal zenginleştirme ile flotasyonun birleşimi kullanılır. Ancak bu yöntem, ciddi çevre kirliliğine ve yüksek enerji tüketimine yol açtığı için gelişimi sınırlıdır.

Oksitlenmiş bakır cevherinin zenginleştirme yöntemleri aşağıda açıklanmaktadır:

(1) Toplayıcı olarak ksantat kullanılan sülfürleştirme flotasyonu
Bu yöntemde, oksitlenmiş mineralleri aktive etmek için sodyum sülfür veya diğer kükürtlendirme maddeleri (örneğin sodyum hidrosülfür) kullanılır ve ksantat toplayıcıları yüksek kalitededir. Bu yöntem, örneğin aşağıdaki bakır karbonatlarına uygulanır: malakit, azurit, vb., ya da kuprit. Krizokolla Ön işlem yapılmadan kükürtlenmesi zordur.

(2) Yağ asidini toplayıcı olarak kullanan doğrudan flotasyon
Yağ asitleri ve sabunlar toplayıcı olarak kullanıldığında, genellikle su camı ve fosfat gibi atak azaltıcılar ile sodyum karbonat gibi pH düzenleyicilere ihtiyaç duyulur. Bu yöntem, atak maddesi karbonat içermeyen bakır oksit cevherlerine uygulanabilir. Gangda çok sayıda demir ve manganez minerali bulunduğunda, flotasyon sonuçları kötüleşir.

(3) Süzme ve çöktürme flotasyonu
Bu yöntemde, yüzdürülmesi zor ancak çözünmesi kolay olan bakır oksitlerin süzülmesi için asit, genellikle sülfürik asit kullanılır. Daha sonra bakır, demir tozu ile değiştirilir ve metal olarak çökelir; ardından bakırı geri kazanmak için yüzdürme işlemi uygulanır. Bu yöntem, krizokolla gibi refrakter minerallere veya yüksek çamurlanma özelliğine sahip ancak ayrışma indeksi düşük olan diğer refrakter bakır oksitlere uygulanır.

(4) Ayırma ve yüzdürme
Bu yöntem, kırılmış cevheri 0,1%-1,0% tuz ve 0,5%-2,0% toz kömürle karıştırıp yaklaşık 900 ℃'de kavurmayı içerir; bu işlem sonucunda bakır, kömür parçacıklarının yüzeyinde metal halinde ayrışır. Kavrulmuş kumlar soğutulduktan sonra öğütülür ve flotasyon yoluyla toplanarak bakır konsantresi elde edilir. Bu yöntem, çamurlanma eğilimi yüksek olan refrakter bakır oksit minerallerine uygulanır ve tatmin edici sonuçlar verebilir.

(5) Biyolojik yöntem
Bu yöntem, metalik minerallerin bazı bileşenlerinin bakteriler ve bunların metabolitleri tarafından oksitlenip indirgenmesi ve faydalı bileşenlerin çözünür veya çökelmiş halde hammaddelerden ayrıştırılmasıyla gerçekleştirilen mikrobiyal liç işlemini kullanır. Bu yöntem, düşük tenörlü bakır cevherini ve hatta atık cevherlerini işleyerek maden kaynaklarından tam olarak yararlanılmasını sağlar. Bu yöntem, 20 mm'nin altındaki düşük tenörlü bakır cevherini doğrudan liçleyebildiğinden, ilgili nakliye, kırma ve öğütme maliyetlerini azaltarak yatırım maliyetini düşürebilir. Ayrıca çevre kirliliğinin az olması ve atık su deşarjının olmaması gibi avantajlara sahiptir; üretilen kükürt ise sülfürik asit hazırlamak için kullanılabilir. Dezavantajlarından biri, minerallerin bakteriler tarafından uzun süreli oksidasyon sürecine tabi tutulması ve hızlı, büyük ölçekli bakteri yetiştiriciliğinin zorluğudur; bu da yöntemin endüstriyel kullanımını sınırlamaktadır.

7.2.5 Bakırın Çıkarılması

7.2.5.1 Pirometalurji
Pirometalurji, esas olarak bakır sülfürün işlenmesinde kullanılan geleneksel bir bakır eritme yöntemidir. Dünyadaki bakırın 80%'den fazlası ateşle eritilmektedir. Pirometalurjik işlem Şekil 7.2'de gösterilmiştir; bu işlemde mat, esas olarak bakır, demir ve kükürtten oluşan bir eriyiktir.

7.2.5.2 Hidrometalurji
Hidrometalurji, esas olarak oksitlenmiş bakır cevherlerinin işlenmesinde kullanılan yeni bir bakır eritme yöntemidir. Bu işlem nazik bir işlem olmakla birlikte, çözücü fiyatı, aşındırıcılık, mineral bileşimi ve benzeri faktörler nedeniyle kısıtlamalara tabidir. İşlem akışı Şekil 7.3’te gösterilmiştir.

(1) Fesih: Bakır cevherinden elde edilen hammaddeler, çözünür bakır tuzu elde etmek amacıyla asitle liçlenir veya bakterilerle işlenir. Asitli liç işleminin etkinliğini ve hızını artırmak amacıyla, bazen cevher önceden aktif hale getirilmek üzere kavrulur.

(2) Elektroliz: Arıtılmış çözünür bakır tuzları, elektrolitik bakır ürünleri elde etmek üzere doğrudan elektrolize edilir.