Şu maden için zenginleştirme işlemi: Bakır Cevheri

7.2.1 Bakır Cevherlerinin Türleri ve Yatakları

Bakır, ağırlıklı olarak endüstriyel uygulamalarda, elektrikli/elektronik ekipmanlarda ve mutfak eşyaları gibi tüketim ürünlerinde kullanılmaktadır. 2019 verilerine göre, Çin dünyanın en büyük bakır rezervine sahiptir. Bakır, çeşitli alaşımlarda kullanılır; örneğin: (1) demir ve nikel ile paslanmaz çelik yapmak için, (2) kalay ile bronz yapmak için, (3) çinko ile pirinç yapmak için.

7.2.1.1 Bakır Cevheri Yatakları

Dünyadaki endüstriyel bakır yatakları arasında porfir bakır yatağı, bakır içeren kumtaşı yatağı, bakır içeren pirit yatağı, bakır-nikel sülfür yatağı, bakır-uranyum-altın yatağı, doğal bakır yatağı, damar yatağı, karbonat yatağı ve skarn yatağı yer almaktadır. İlk dört tür en önemlileridir ve dünyadaki toplam bakır rezervlerinin %'sini oluşturur. Porfirik bakır yatakları, dünyadaki bakır rezervlerinin yarısından fazlasını oluşturur.

Çin’deki endüstriyel bakır yatakları arasında porfir bakır yatağı, bakır içeren pirit yatağı, tabakalı bakır yatağı, skarn bakır yatağı, bakır içeren kumtaşı yatağı, bakır-nikel sülfür yatağı ve damar bakır yatağı yer almaktadır. Çin'de, Sincan'daki Hami, Tibet'teki Qulong, Yunnan'daki Pulang, Jiangxi ve Tibet'teki Jiangda Yulong gibi, kanıtlanmış rezervleri 5 milyon tonun üzerinde olan birkaç büyük ve çok büyük bakır madeni bulunmaktadır.

Çin’deki bakır yataklarının özellikleri şunlardır:

(1) Beş belirgin yoğunlaşma bölgesi: Yangtze Nehri’nin orta ve aşağı kesimleri, Changdu, Sichuan’ın güneyinden Yunnan’ın merkezine kadar uzanan bölge, Gansu Eyaleti’ndeki Jinchuan Baiyin ve Zhongtiaoshan.

(2) Bunların çoğu, birçok ilgili bileşene sahip kapsamlı yataklardır. Bakırla ilişkili altın, Çin’in ilişkili altın rezervlerinin 78%’sini oluşturur; bakırla ilişkili gümüş, Çin’in ilişkili gümüş rezervlerinin 26%’sini oluşturur; bakırla ilişkili kobalt, Çin’in kobalt rezervlerinin yarısını oluşturur; ayrıca çok sayıda platin grubu metali, molibden, kurşun, çinko, kükürt vb. de bakır madenlerinin geliştirilmesi ve kullanımına büyük ekonomik faydalar sağlamaktadır.

(3) Kanıtlanmış rezervlerin 87%’si sülfürlü cevher, 10%’si oksitlenmiş cevher ve sadece 3%’si karışık cevherdir.

7.2.1.2 Endüstriyel Tipler

Cevherdeki bakır oksit minerallerinin nispi içeriğine göre, bakır cevheri, oksidasyon oranı 30%’den fazla olan bakır oksit cevheri, oksidasyon oranı 10%-30% arasında olan karışık bakır cevheri veya oksidasyon oranı 10%'den az olan bakır sülfür cevheri olarak sınıflandırılabilir. Değerli bileşenlere göre bakır cevheri, tek bileşenli bakır cevheri ve bakır sülfür cevheri, bakır nikel cevheri gibi karmaşık bakır cevherleri olarak sınıflandırılabilir. Bakır sülfür cevheri, ana mineralleri bakır sülfür ve demir sülfür olan cevheri ifade eder. Bu cevher esas olarak bakır içeren pirit yataklarında bulunur; az sayıda da skarn bakır yataklarında görülür. Bakır-demir cevheri, bakır minerallerine ek olarak manyetit içeren cevheri ifade eder. Kurşun, çinko, nikel, kobalt, molibden, tungsten oksit, bizmut, altın, gümüş ve pirit genellikle bakır yataklarıyla ilişkilidir ve içeriği belirli bir değere ulaştığında geri kazanılması için kapsamlı bir şekilde değerlendirilmeli ve dikkate alınmalıdır.

Bakır cevherinin yapısı, masif (yoğun) veya dağınık olabilir.

7.2.1.3 Bakır Minerallerinin Doğal Türleri

Yerkabuğunda 250'den fazla çeşit bakır minerali ve bakır içeren mineral bulunur; bunlar başlıca sülfür ve benzeri bileşikler, bakır oksitler, doğal bakır, sülfat, karbonat ve silikat formlarında görülür. Bakır içeren minerallerin çoğu, altın sarısı kalkopirit, parlak yeşil malakit, koyu mavi kovelit gibi parlak ve göz alıcı renklere sahiptir.

Bakır, sülfofilik bir elementtir ve bakır cevheri genellikle sülfür cevheri olarak bulunur. Yalnızca güçlü oksidasyon koşullarında oksit oluşur. Oluşum şekli ve kimyasal bileşimlerine göre bakır mineralleri, kalkopirit gibi birincil bakır sülfür mineralleri, kalkosit gibi ikincil bakır sülfür mineralleri ve malakit gibi bakır oksit mineralleri olarak sınıflandırılabilir.

Bakır ayrıca belirli bir demir afinitesine sahiptir; bu afinite sayesinde bazik ve ultrabazik magmada demir, nikel, kobalt ve diğer elementlerle birleşebilir.

Başlıca bakır sülfürleri arasında 34,56% bakır içeren kalkopirit (CuFeS₂), 76,33% bakır içeren bornit (Cu₃FeS₃), 79,83% bakır içeren kalkosit (Cu₂S) ve 66,44% bakır içeren kovelit (CuS) yer alır.

Başlıca bakır oksit cevherleri arasında, bakır içeriği 57,5% olan malakit (CuCO₃·Cu(OH)₂), bakır içeriği 55,3% olan azurit (2CuCO₃·Cu(OH)₂) (bakır içeriği ,3%), kuprit (Cu₂O) (bakır içeriği ,8%) ve krizokolla (CuSiO₃·nH₂O) (bakır içeriği ,1%)dır.

Kalkopirit, önemli bir birincil bakır mineralidir. Birçok ikincil bakır minerali bu mineralden kaynaklanır. Kalkopiritin yüzeyinde oksitlenme meydana geldiğinde CuSO₄ çözeltisi oluşabilir; oksitlenme bölgesinde kireçtaşı ile karşılaşıldığında ise malakit veya azurit oluşur. İndirgeme koşulları altında, birincil kalkopirit, pirit ve galenit reaksiyona girerek kalkosit (Cu₂S), kovelit (CuS), bornit (Cu₅FeS₄) vb. oluşturabilir ve böylece bakır yatağının ikincil zenginleşme bölgesini oluşturur.

7.2.2 Bakır Sülfürlerin Yüzdürme Özelliği

Sülfür mineralleri genellikle iyi bir yüzdürme özelliğine sahiptir ve gang, yüzdürme yoluyla etkili bir şekilde ayrılabilir. Bununla birlikte, bakır sülfürlerinde sıklıkla demir, kobalt, molibden ve diğer metallerin sülfürleri bulunur. Bu nedenle, bakır sülfür flotasyonunda odak noktası, flotasyon proses parametrelerini kontrol ederek çeşitli sülfür minerallerinin flotasyon davranışını nasıl ayarlayabileceğimizdir.

Sülfür minerallerinin yüzdürme özelliklerinin birbirine yakın olması nedeniyle, genellikle çok aşamalı flotasyon yoluyla ayrılmaları gerekir. Ayrıca, etkili bir ayırma elde etmek için her aşamadaki aynı flotasyon işleminin genellikle arka arkaya birkaç kez tekrarlanması gerekir; örneğin bir kaba flotasyon, iki temizleme flotasyonu ve iki arındırma flotasyonu gibi.

Bakır sülfür minerallerinin yüzdürme özelliği belirli bir düzen gösterir. Kalkosit ve kovelit gibi demir içermeyen mineraller, benzer derecede iyi yüzdürme özelliğine sahiptir ve siyanür ile kireç tarafından kolayca bastırılamazlar. Kalkopirit ve bornit gibi demir içeren mineraller ise alkali ortamda siyanür ve kireç tarafından kolayca bastırılır.

Ksantat toplayıcılarının anyonları, esas olarak Cu²⁺ katyonu ile kimyasal olarak adsorbe edilir; bu nedenle, yüzeyinde daha fazla Cu bulunan mineraller ksantat ile güçlü bir etkileşime girer. Reaksiyonun güçlüden zayıfa doğru sıralaması şöyledir: kalkosit, kovelit, bornit ve kalkopirit.

Bakır sülfür minerallerinin yüzdürme özelliği, kristal boyutu, dağılma boyutu ve birincil mi yoksa ikincil mi olduklarından da etkilenir. Kristal ve dağılma çok ince ise yüzdürme işlemi zordur. İkincil bakır sülfür kolayca oksitlenir; bu da birincil bakır sülfürlere kıyasla yüzdürme işleminin daha zor olmasına neden olur.

7.2.2.1 Kalkopirit (CuFeS₂)

Kalkopiritin oksitlenmesi kolay değildir ve nötr ile zayıf alkali çamurda doğal yüzdürme özelliğini uzun süre koruyabilir. Ancak, yüzeyinde demir hidroksit oluşumu nedeniyle pH>10 olan güçlü alkali çamurda yüzdürme özelliği azalacaktır.

Kalkopirit için en yaygın olarak kullanılan toplayıcı ksantattır; bu madde ile tüm kalkopirit, 3-12 aralığındaki geniş bir pH aralığında yüzdürülebilir. Ditiofosfat, ditiokarbamat ve tiyonokarbamatlar da kalkopirit toplayıcılarıdır. Butironitril ksantatın seçiciliği, ksantatınkinden daha yüksektir ve arsenopirit içeren kalkopiritin yüzdürülmesinde kullanılabilir.

Kalkopirit, alkali çamurda siyanür ve oksidan tarafından kolayca ayrıştırılır. Siyanür genellikle bakır ve kurşunun ayrıştırılmasında kullanılırken, oksidan ise genellikle bakır ve molibdenin ayrıştırılmasında kullanılır. Bakır sülfat gibi bakır tuzları, zaman zaman halihazırda ayrıştırılmış olan kalkopiriti aktive etmek için kullanılır.

Kalkopirit, su içinde ince öğütüldüğünde yüzeyi oksitlenir ve bu durumda ksantik asit, yüzeydeki Cu²⁺ ile kolayca sağlam bir adsorpsiyon oluşturur. Bununla birlikte, tiamin esteri, çift ksantat vb. maddeler, toplayıcı olarak kullanıldıklarında, yeni açığa çıkan taze yüzeyle temas etmeleri için bilyalı değirmene eklenmelidir.

7.2.2.2 Bornit (Cu₅FeS₄)

Bornitin yüzdürülebilirliği, kalkosit ile kalkopirit arasında yer alır. Bornitin oksitlenmesi kalkopirite göre daha kolaydır ve bu nedenle kalkopirite kıyasla daha fazla toplayıcı tüketilir.

Bornit, toplayıcı olarak ksantat kullanılarak hem asitli hem de zayıf alkali çamurda yüzdürülebilir; ancak pH>10 olduğunda yüzdürülebilirlik azalır. Güçlü asitli çamurda ise bornitin yüzdürülebilirliği önemli ölçüde bozulur. Bornit, siyanür tarafından kolayca bastırılabilir. Sodyum sülfür veya az miktarda sülfürik asit, bornitin yüzdürme özelliğini iyileştirebilir.

7.2.2.3 Kalkosit (Cu₂S) ve Kovelit (Cu₂S·CuS₂)

Kalkosit en iyi yüzdürme özelliğine sahiptir, ancak kalkopiritten daha kolay oksitlenir.

Ksantat ve ditiyofosfat, kalkosit için iyi toplayıcılardır. Tüm kalkopirit, 1 ile 13 arasındaki geniş bir pH aralığında etil ksantat, etil ditiyofosfat ve etil çift ditiyofosfat ile yüzdürülebilir. Kalkosit pH'a duyarlı değildir ve bakır(I) etilksanat, bakır(II) hidroksitten daha kararlı olduğu için yüksek pH değerlerinde bile yüzdürülebilir.

Kalkosit üzerinde baskılayıcı etki gösteren maddeler arasında Na₂SO₄, Na₂S₂O₃, K₃Fe(CN)₆, K₄Fe(CN)₆ ve büyük miktarda Na₂S bulunur. Siyanür, kalkosit üzerinde çok az bir baskılama etkisine sahiptir; çünkü yüzeydeki bakır iyonları sürekli olarak çözünür ve bu da siyanürün etkinliğini kaybetmesine neden olur.

Kovellitin yüzdürme özelliği, kalkositinkine benzerdir.

7.2.2.4 Tennantit (3Cu₂S·As₂S₃)

Tennantit, sertliği düşük ve kırılganlığı yüksek bir maddedir. Yapışkan bir yapıya sahiptir ve kolayca oksitlenir. Toplayıcı olarak butil ksantat kullanıldığında, tennantit flotasyonu için en uygun pH değeri 11 ile 12 arasındadır.

Sodyum karbonat, kireçten daha iyi bir ortam düzenleyicidir; zira serbest CaO değeri 400 g/m³’ün üzerinde olduğunda tennantiti baskılayabilir. Sodyum sülfür, düşük dozajda (30 mg/L) oksitlenmiş tennantit yüzeyini aktive ederek yüzdürme özelliğini artırabilir, ancak dozajın artırılması bu özelliği tamamen ortadan kaldırabilir.

7.2.2.5 Demir Sülfürleri

Demir sülfür mineralleri, esas olarak sülfürik asit üretiminde kullanılır ve kimya endüstrisi için önemli bir hammaddedir. Bu mineraller sülfür yataklarında yaygın olarak bulunur; bu nedenle bakırdan ayrıştırılmaları gerekmektedir.

(1) Pirit (FeS₂). Hafif bir oksidasyon, piritin yüzdürme özelliğini artırır; ancak aşırı oksidasyon bu özelliği azaltır. Pirit, ksantat, ditiofosfat ve ditiokarbamat ile toplanabilir. Hamurun pH değeri, piritin yüzdürme özelliği üzerinde belirgin bir etkiye sahiptir. Asidik veya zayıf alkali çamur, piritin yüzeyinde çift ksantat oluşumuna yardımcı olur ve bu da piritin yüzdürülmesini kolaylaştırır. pH=2 gibi asidik ortamlarda, elementer kükürt oluşumu piritin yüzdürme özelliğini artırabilir; ancak kireç kaynaklı güçlü alkali çamurda, yüzey FeO(OH) tabakası ile kaplanarak bastırılır. Hem siyanür hem de kireç piritin yüzdürme özelliğini bastırabilir. Kireç, piriti kalkopirit ve sfaleritten ayırmak amacıyla genellikle piriti bastırmak için kullanılır. Bastırılmış pirit, sülfürik asit ile pH'ı düşürerek veya sodyum karbonat ya da karbondioksit kullanılarak aktive edilebilir. Aktivasyon sırasında genellikle bakır sülfat eklenir.

(2) Pirrotit (FeSₙ₊₁). Pirhotit yapışkan bir yapıya sahiptir ve kolayca oksitlenir. Yüzdürülmesi nispeten zordur. Alkali ve zayıf asitli hamurda, aktivasyon için Cu²⁺ veya az miktarda sodyum sülfür kullanılır; ardından toplama işlemi için yüksek kaliteli ksantat kullanılır. Pirhotiti bastırmak için kireç, siyanür, sodyum karbonat vb. kullanılabilir. Potasyum permanganat, bakır sülfat veya sodyum sülfür ile aktive edilen arsenopirit veya pentlanditten ayrıştırma gibi bazı özel durumlarda pirhotiti bastırmak için kullanılabilir.

(3) Markazit (FeS₂). Markazit, yüzdürülebilirlik açısından pirit ile benzerdir, ancak piritten daha kolay yüzdürülür.

Şekil 7.1, tek bileşenli bakır sülfür cevherinin işlenmesine yönelik bir süreçtir.