بررسی و مقایسه روشهای نوین و سازگار با محیط زیست استخراج مس از کانسنگ

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس محیط زیست – دانشگاه یزد

2 دانشجوی کارشناسی ارشد آلودگیهای محیط زیست- علوم و تحقیقات اهواز

چکیده

بررسی اثرات زیست محیطی اکتشاف و استخراج منابع معدنی، امروزه به عنوان بخش جدایی‌ناپذیر پروژه‌های معدنی در کشورهای توسعه یافته می‌باشد. در اقتصاد معدنی نوین، فعالیت‌های اکتشافی و استخراجی، تا بدانجا توجیه اقتصادی می‌یابد که موجودیت بشر را به خطر نیندازد. بدین ترتیب درک صحیح از ابعاد زیست‌محیطی یک مساله سبب می‌گردد تا فعالیت‌های اقتصادی، اندیشمندانه هدایت شود .اثرات زیست محیطی مرحله‌ی استخراج معادن، به مفهوم جابجایی سنگ‌ها و مواد تشکیل دهند‌ه‌ی زمین برای دستیابی به ماده‌ی معدنی، مهم‌ترین بخش آلودگی‌های زیست محیطی معدن‌کاری را به خود اختصاص داده است. بهم‌ریختگی وجابجایی زمین به‌ویژه در معادن روباز همچون میراثی جاودان بر پیکر‌ه‌ی زمین باقی خواهد ماند تا در ترکیب با فرایندهای سطحی منجر به واکنش‌هایی گردد که مهم‌ترین محصول این واکنش‌ها، تولید آلودگی است. وفور عنصر مس در طبیعت و تمرکز آن در کانسارهای سولفیدی، سبب می­شود تا در اثر اکسایش کانی‌های سولفیدی به ‌ویژه پیریت در حضور هوا، آب و باکتری‌ها، پدیده‌ای به نام نشت اسیدی معادن (AMD) بوجود آید. این پدیده مهم‌ترین وشایعترین مسئله‌ی آلودگی زیست محیطی معدن‌کاری سولفیدی در جهان محسوب می­شود. استفاده از بیوتکنولوژی و بیولیچینگ در استحصال مس به خصوص تولید مس ازکانسنگ های کم عیار مس به جای روش های متدوال و مرسوم، از جمله پیرومتالورژی (ذوب) نه تنها باعث کاهش تبعات زیست محیطی تولید مس می­شود، بلکه افزایش تولید، کاهش زمان تولید،کاهش هزینه عملیاتی و سرمایه‌گذاری در استحصال آن را نیز در پی خواهد داشت. در این مقاله با توجه به مطالب گفته شده، به بررسی روشهای نوین و سازگار با محیط زیست استحصال مس از کنسانتره (بیولیچینگ مس و هیدرومتالورژی) و مقایسه آن با روش متداول پیرومتالورژی (ذوب) پرداخته خواهد شد. 

کلیدواژه‌ها


بررسی و مقایسه روشهای نوین و سازگار با محیط زیست استخراج مس از کانسنگ

 

نرگس اعتمادی فر1

 Email: narges.etemadifar@gmail.com

  1. کارشناس محیط زیست – دانشگاه یزد

سارا دبیریان2، پونه شینی دشتگل3

Email: Sara.Dabirian@gmail.com,Pooneh.sheini@gmail.com

       2.دانشجوی کارشناسی ارشد آلودگیهای محیط زیست- علوم و تحقیقات اهواز

3.دانشجوی کارشناسی ارشد آلودگیهای محیط زیست- علوم و تحقیقات اهواز

 

چکیده :

بررسی اثرات زیست محیطی اکتشاف و استخراج منابع معدنی، امروزه به عنوان بخش جدایی‌ناپذیر پروژه‌های معدنی در کشورهای توسعه یافته می‌باشد. در اقتصاد معدنی نوین، فعالیت‌های اکتشافی و استخراجی، تا بدانجا توجیه اقتصادی می‌یابد که موجودیت بشر را به خطر نیندازد. بدین ترتیب درک صحیح از ابعاد زیست‌محیطی یک مساله سبب می‌گردد تا فعالیت‌های اقتصادی، اندیشمندانه هدایت شود .اثرات زیست محیطی مرحله‌ی استخراج معادن، به مفهوم جابجایی سنگ‌ها و مواد تشکیل دهند‌ه‌ی زمین برای دستیابی به ماده‌ی معدنی، مهم‌ترین بخش آلودگی‌های زیست محیطی معدن‌کاری را به خود اختصاص داده است. بهم‌ریختگی وجابجایی زمین به‌ویژه در معادن روباز همچون میراثی جاودان بر پیکر‌ه‌ی زمین باقی خواهد ماند تا در ترکیب با فرایندهای سطحی منجر به واکنش‌هایی گردد که مهم‌ترین محصول این واکنش‌ها، تولید آلودگی است. وفور عنصر مس در طبیعت و تمرکز آن در کانسارهای سولفیدی، سبب می­شود تا در اثر اکسایش کانی‌های سولفیدی به ‌ویژه پیریت در حضور هوا، آب و باکتری‌ها، پدیده‌ای به نام نشت اسیدی معادن (AMD) بوجود آید. این پدیده مهم‌ترین وشایعترین مسئله‌ی آلودگی زیست محیطی معدن‌کاری سولفیدی در جهان محسوب می­شود. استفاده از بیوتکنولوژی و بیولیچینگ در استحصال مس به خصوص تولید مس ازکانسنگ های کم عیار مس به جای روش های متدوال و مرسوم، از جمله پیرومتالورژی (ذوب) نه تنها باعث کاهش تبعات زیست محیطی تولید مس می­شود، بلکه افزایش تولید، کاهش زمان تولید،کاهش هزینه عملیاتی و سرمایه‌گذاری در استحصال آن را نیز در پی خواهد داشت. در این مقاله با توجه به مطالب گفته شده، به بررسی روشهای نوین و سازگار با محیط زیست استحصال مس از کنسانتره (بیولیچینگ مس و هیدرومتالورژی) و مقایسه آن با روش متداول پیرومتالورژی (ذوب) پرداخته خواهد شد.

کلمات کلیدی: مس ،بیولیچینگ ،آلودگی، محیط زیست ،بیوتکنولوژی

 

 

مقدمه:

مس یکی از پرمصرف ترین و مفیدترین عناصر فلزی است که از دیر باز در زندگی بشر مورد استفاده قرار گرفته است. تاریخچه احداث اولین کارخانه ذوب مس به 6000سال قبل در ایران( تل ابلیس کوههای اطراف کرمان)باز می گردد.مینرال غالب کانسارهای مس سولفیدی است و نوع مینرال موجود در سنگ مس تعیین کننده روش استحصال از معادن مس است .استحصال مس از کنستانتره سولفیدی که شامل سولفید مس و سولفید آهن است با روش حرارتی(ذوب یا پیرومتالوژی) و  از خاکهای اسیدی به روش هیدرومتالورژی(لیچینگ)صورت می گیرد.هم اکنون از 15 میلیون تن مس تولیدی در جهان 80% به روش حرارتی و 20% با روش غیر حرارتی(لیچینگ) تولید می شود.تولید سالانه400 هزار تن SO2درجریان فرآیند استحصال مس به روش حرارتی، و سهمی که SO2وارد شده به فضا در آلودگی محیط زیست ایفا می کند ضرورت بکارگیریروشهای سازگار با محیط زیست را بیشتر آشکار می کند.استفاده از روش هیدرومتالورژی به عنوان جایگزین ذوب از دیر باز مورد مطالعه قرار گرفته است و موفقیت هایی هم در این زمینه به دست آمده است.استخراج مس از طریق هر کدام از روشهای پیرومتالورژی-هیدرومتالورژی و یا پروسه های مرکب از هر دو دارای ویژگیهای خاص خود می باشد.اما هیچ کدام از این پروسه های توسعه یافته به طور کامل رضایت بخش نبوده و لذا روشها و تکنولوژیهای جدید در این زمینه همچنان در حال ابداع می باشد .بهره گیری از تکنولوژی و فن آوری های جدید مانند بیولیچینگ و بیواکسیداسیون راهی بسیار موثر به منظور استحصال مس از کانی های کم عیار مس،طلای مقاوم و دیگر منابع فلزی است که علاوه بر سادگی عملیات،کاهش هزینه عملیاتی و تاثیرات مخرب زیست محیطی کمتری به دنبال دارد.

انحلال مستقیم کانه های سولفیدی مس به ویژه کالکوپیریت با استفاده از باکتریهای اسید دوست و تبدیل SO2تولید شده به اسیدسولفوریک و تبدیل آن به کود شیمیایی از جمله مزایای استفاده از روش بیولیچنگ و هیدروکوپر در استحصال از منابع مس در مقایسه یا سایر روشهای استخراج مس است.

 

 

 

چگونگی تولید کنسانتره مس:

  برای تولید کنسانتره مس[1]، سنگ معدن استخراج شده از معدن پس از خردایش و آسیاب به ذرات ریزی تبدیل می شوند. در کارخانه تغلیظ نرمه ها با آب و مواد شیمیایی مخلوط شده، وارد سلول های تغلیظ می شوند و با دمش هوا به درون سلول ها، کف ایجاد شده به همراه خود ترکیبات مس را به سطح سلول می آورد و در نهایت کنسانتره­ای با عیار بیش از 20درصد به دست می آید.

2: روشهای استحصال مس

1_2: استحصال مس به روش حرارتی:

در روش حرارتی کنسانتره سولفیدی خشک شده و در کوره ذوب می شود. در این مرحله  لایه مات که شامل سولفید آهن و مس است در زیر لایه سرباره تشکیل می شود؛ دمای کوره حدود 1300_1200 درجه سانتی گراد است. معمولاً عیار مس در مات بیش از 30 درصد است. در صورتی که مس موجود در سرباره قابل ملاحظه باشد با استفاده از کوره الکتریکی بازیابی می شود و در غیر این صورت دورریز می شود. مات مس مذاب به کنورتور منتقل شده و با استفاده از دمش هوا طی دو مرحله ناخالصی های آن که آهن و گوگرد می باشد حذف می گردد و مس بلیستر[1] تولید می شود . آهن را در مرحله اول دمش با افزودن سیلیس خارج می کنند. در روش های حرارتی گوگرد موجود در کنسانتره که حدود دوبرابر مس است به دی اکسید گوگرد SO2 تبدیل می شود، لذا سالانه حدود 400 هزار تن SO2 در فضا پراکنده می شود. جهت جلوگیری از آلودگی محیط زیست، بایستی به نحوی از پراکنده شدن آن در فضا جلوگیری شود؛ به عنوان مثال SO2 به اسید سولفوریک تبدیل واز آن کود شیمیایی تولید شود. مس بلیستر با عیار 5/ 98 درصد در کوره های تصفیه حرارتی طی دو مرحله با هوا و گاز طبیعی، گوگردزدایی و اکسیژن زدایی می شود. سپس به صورت آند جهت پالایش الکتریکی ریخته گری می گردد. پس از پالایش، مس کاتد با عیار 99/99درصد به دست می آید که به صورت ورق کاتد و یا با ذوب مجدد به صورت اسلب، بیلت و مفتول به بازار عرضه می شود.

لذا بطور مختصر می­توان گفت که تولید حجم زیادی گازso2 و لزوم هدایت این گاز برای تولید اسید سولفوریک و در نتیجه افزایش انرژی مورد نیاز در این فرایند ، افزایش هزینه و اتلاف زمان برای استخراج مس، از محدودیت های استحصال مس به این روش است.

 

2_2: استحصال مس به روش هیدرومتالوژری:

استخراج مس از خاک های اکسیدی به روش هیدرومتالورژی[7] نیز امکان پذیر می باشد. بدین صورت که باطله های اکسیدی تولید شده در معادن مس و نیز کانی های اکسیدی مس، با اسید سولفوریک لیچ شده و از محلول مس دار بدست آمده با استفاده از روش استخراج انحلالی و الکترودینینگ، مس کاتدی تولید می شود. دراین روش ، کنسانتره مس در راکتورهای دارای هم زن و در شرایط اکسیدی تجزیه و حل می شود. اما کالکوپیریت که مینرال غالب مس است در حضور اسیدسولفوریک به راحتی حل نمی شود لذا برای حل آن شرایط قلیایی و اتوکلاوهای دما و فشار بالا نیاز است و این امر خود به عنوان محدودیتی برای این روش تلقی می شود.

 

3_2: روشHydro Copper

اساس کار در این روش مبتنی بر روش هیدرومتالورژی است؛ با این تفاوت که در این روش لیچینگ با استفاده از محلولهای کلریدی صورت می پذیرد. در تحقیقات آزمایشگاهی انحلال کالکوپیریت زیر نقطه جوش آب با استفاده از یون مس دو ظرفیتی (اکسیدان) به اثبات رسیده است. مزیت دیگر محلول های کلریدی، پایداری مس یک ظرفیتی و گوگرد خالص     (S) است که در اثر تجزیه و انحلال مینــرال سولفیدی (کالکوپیریت) به دست می آید. در لیچینگ با اسید سولفوریک انرژی بیشتری صرفه جویی می شود زیرا در لیچینگ با اسیدسولفوریک، مس و گوگرد به مراتب بالاتری اکسید می شوند، مس به ظرفیت 2 و گوگرد به ظرفیت 6 می رسد.
  
   فرآیند  هیدروکوپر شامل سه بخش است:
1. لیچینگ کنسانتره مس (لیچینگ ، خالص سازی محلول و رسوبCu2O )
2. تولید مس (احیاء Cu2O، ذوب و ریخته گری)
3.تولید مواد شیمیایی (الکترولیز قلیائی_ کلر)
  
1_3_2: لیچینگ کنسانتره مس  

1_1_3_2:لیچینگ 

 

 کنسانتره مس (به ویژه کالکوپیریت) با استفاده از مس دوظرفیتی[6]در محیط کلریدی لیچ می شود.عمل لیچینگ در فشار معمولی در سه مرحله انجام شده و مس دو ظرفیتی (کلر مس) باعث انحلال مس و دیگر سولفیدها می شود:
   4Cu+ + Fe2+ + 2S0  CuFeS+ 3Cu2+

 آهن فرو با هوا به مرتبه بالاتر یعنی آهن فریک اکسید شده و به شکل گوتیت یا هماتیت رسوب می کند:

2Cu+ + FeOOH + 2S0                          CuFeS2 + 3Cu2+ + 0/75O2+ 0.5H2O
  
    سولفیدهای دیگر موجود در کنسانتره هم تجزیه می شوند ، برای مثال:

Zn + 2Cu+ + S0                            ZnS + 2Cu+
  
 در این روش کنسانتره در جریان متقابل محلول و فشار معمولی در دمای 100_80  درجه سانتی گراد با استفاده از مخازن و تیکنرهای هم زن دار لیچ می شود. در هر مرحله از لیچ برای جداسازی مایع و جامد از تیکنر استفاده می شود. محلول زیر تیکنر مرحله سوم باطله نهایی لیچینگ است که در یک فیلتر تسمه ای خلأ1صافی و شسته می شود. فیلترکیک ابتدا با محلول کلرید سدیم و مجدداً با آب شسته شده و فیلتر می شود. فیلتر کیک در آب قرار داده می شود تا ترکیبات کلریدی آن به حداقل ممکن برسد و سپس دورریز می گردد . زمان لیچینگ کنسانتره 20_10 ساعت و راندمان انحلال 98درصد است. عمده گوگرد به صورت خالص درآمده اما مقدار اندکی از آن اکسید و به سولفیت تبدیل می شود محلول حاصل از لیچینگ 80_60 گرم بر لیتر مس یک ظرفیتی (کاپروس) و10گرم بر لیتر مس دو ظرفیتی (کاپریک) دارد. با دمیدن هوا به راکتورها،  PH بین 5/2_5/1 کنترل می شود و از هیچ اسید و بازی استفاده نمی شود. فرآیند لیچینگ با PH و موازنه اکسیداسیون احیاء (Redox) کنترل می شود.
 در مرحله اول لیچینگ یون های کاپریک تاحد ممکن با کنسانتره تازه احیاء می شوند در این مرحله از هوا استفاده نشده و یا بسیار کم استفاده می شود.

 در مرحله دوم میزان هوای اکسیدان و سرعت لیچینگ به بالاترین میزان خود می رسد. اگر سرعت هوای اکسیدان بسیار زیاد شود باعث افزایش PH شده و مس به صورت هیدرواکسی کلرید مس رسوب می کند که باید از این امر جلوگیری شود. در مرحله سوم لیچینگ، پتانسیل اکسیداسیون_ احیاء زیادی برقرار می شود.
  
  
2_1_3_2: خالص سازی محلول
 برای اینکه اکسید مس رسوب کند می بایست محلول آن دارای خلوص زیادی باشد، لذا خالص سازی محلول بسیار اهمیت دارد. این بخش شامل چهار مرحله است: حذف مس دوظرفیتی، رسوب نقره و روی، سرب و... و پالایش محلول با استفاده از تبادل یونی که به ترتیب انجام می شود.
  

  
3_1_3_2: رسوب اکسید مس
مس موجود در محلول بااستفاده از محلول هیدرواکسید سدیم (که از بخش الکترولیز قلیایی _ کلر) به دست آمده به صورت اکسید مس رسوب می کند:
   Cu2O + 2NaCl + H2O2                               Cucl2+ 2NaOH
__________________________________________________________________________________

1.Vacum Belt Filter


 اکسید مس در دوسری از راکتورها، به شکل بلور با اندازه متوسط 20_10میکرومتر رسوب می کند. اکسید مس بعد از رسوب با فیلترتسمه ایی خلا فیلتر می شود. فیلتر کیک روی تسمه با آب شسته می شود، محلول آبی NaCl حاصل از فیلتر به بخش الکترولیز قلیایی _ کلر برمی گردد.

  
   2_3_2: تولید مس  

1_2_3_2: احیاء اکسید مس
  
   اکسید مس مرطوب، از فیلتر به مخزن مربوطه برای تغذیه به کوره دوار منتقل شده و با استفاده از سیستم تغذیه به کوره به طور پیوسته شارژ می شود. در مجاور جریان هیدروژن_ نیتروژن در دمای 400_500درجه سانتی گراد اکسید مس به پودر مس فلزی تبدیل می شود.
  

2Cu(s) + H2O                                  Cu2O(s) + H2 (g)

     
2_2_3_2: ذوب پودر مس و ریخته گری
   پودر مس[2] در کوره القایی ذوب شده و مذاب مس اکسیژن زدایی می گردد. سطح مذاب با لایه ای از پودر گرافیت پوشیده شده و حفاظت می شود. یک سیستم خاص پودر مس را به زیر این لایه جهت ذوب می فرستد.
   کیفیت مس به دست آمده درحد درجه یک LME1 است و قابل ریخته گری به شکل دلخواه می باشدکه بااستفاده از واحد ریخته گری امکان تولید مفتول میسر می­شود.
  
  
3_3_2:تولید مواد شیمیائی
   در بخش الکترولیز قلیایی _ کلر، مواد شیمیائی، در یک چرخه وارد و خارج می شوند. با استفاده از محلول NaCl که از مرحله رسوب اکسید مس وارد شده، مواد قلیایی و کلریدی مورد نیاز تولید می شود.
    

 

  1_3_3_2: الکترولیز قلیایی _کلر  
 در اثر محلول کلرید سدیم این واکنش انجام می شود:
  
 2NaOH + Cl2 + H2                                                   2NaCl+ 2H2O
  محلول استفاده شده جهت الکترولیز باید دارای ناخالصی های بسیار کمی به ویژه منیزیم باشد. لذا در مرحله تصفیه محلول از روش تبادل یونی استفاده می شود. هیدرواکسید سدیم تولید شده به بخش رسوب اکسید مس ارسال می شود. از گاز کلر برای اکسیداسیون یون مس دوظرفیتی (کاپریک) و از هیدروژن برای احیاء اکسید مس استفاده می شود.
     
__________________________________________________________________________________

 

 

1 بورس فلزات لندن

 

2_3_3_2: اکسیداسیون محلول مس
 نیمی از محلول لیچینگ کنسانتره به راکتور اکسیداسیون وارد شده و در اینجا با استفاده از گاز کلر، مس یک ظرفیتی به مس دوظرفیتی تبدیل می شود.
  
2Cu+ + Cl2                                                                 2Cu2+ + 2Cl _
  
 این واکنش در دو راکتور دارای همزن بسیار سریع انجام می شود و محلول مجدداً به بخش لیچینگ برمی گردد.

از جمله مزایای استفاده از روش هیدروکوپر می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • واحد به صورت مجتمع بوده و از اتوماسیون بالایی برخوردار است.
  • ملاحظات زیست محیطی و ایمنی رعایت شده است.
  •  گوگرد به صورت خالص (S0)ست و گاز SO2 متصاعد نمی شود.  
  •  هرنوع کنسانتره مس قابل پذیرش است.
  • فلزات قیمتی به ویژه طلا قابل بازیابی و استحصال است.

 

4_2: استفاده از روش بیولیچینگ

1_4_2: اصول کلی بیولیچینگ مس:

. روش بیولیچینگ شیوه ای نوین[3]، اقتصادی و البته زیست محیطی برای استحصال مس بخصوص از معادن کم عیار مس به شمار می رود که طی دو دهه اخیر افزایش بسیار یافته است،تحقیقات پراکنده بسیاری برای ترکیب فرآیند بیولیچینگ _ بیواکسیدانت برای استحصال از هر دو کنسانتره مس و طلا انجام گرفته ولی تا امروزه به مرحله ی کاربرد عملی نرسیده. اساس کار در این روش مشابه روش لیچینگ است اما تفاوت های عمده آن این است که امکان انحلال مستقیم کانه های سولفیدی مس به ویژه کالکوپیریت با اسید سولفوریک میسر نمی باشد، لذا در روش بیولیچینگ از[8] باکتری)باکتری های سرما دوست مانند (Thiobacillus ferrooxidansدرمرحله لیچینگ استفاده می کنند تا امکان انحلال کالکوپیریت میسر شود، سپس با استخراج انحلالی و الکترووینینگ مشابه روش معمولی لیچینگ، مس کاتدی تولید می شود. برای رسیدن به این منظور  ماده معدنی مس استخراج شده تا ابعاد مورد نظر خرد شده و به منظور آگلومره شدن ذرات ریز با ذرات درشت و کار با باکتری ها، با اسید سولفوریک در دستگاههای آگلومراسیون مخلوط می شوند.به منظور کاهش میزان رطوبت موجود برای خوب آگلومره شدن آب یا رافینت (محلولی که از مسیر بازگشتی جدایش محلول الکتروینیننگ یه دست می آید)اضافه می شود.اگر ماده معدنی از نوع مصرف کننده شدید اسید نباشد میزان اسید مصرفی برای آماده سازی ماده معدنی می تواند از محلول رافینت تامین شود. رافینت معمولا شامل میزان کمی باکتری است که منجر به اکسید شدن مس می شود.باکتری ابتدا توسط لوله هایی بر روی کپه های ماده معدنی ریخته می شود تا سنگ سولفوری به اکسیدی تبدیل شود.سنگ آگلومره و آماده شده برای اسید شویی به محوطه ای فرستاده می شود که در محلی به ارتفاع 10_6 متر بر روی زمینی که قبلا مسطح شده یا بر بالای ماده معدنی که قبلا اسید شویی شده ریخته می شود.هوای مورد نظر برای عملیات باکتریایی توسط لوله های پلاستیکی با سوراخ های مخصوص هوادهی که بر روی پد قرار گرفته است تامین می شود و هوای مورد نیاز برای سیستم تهویه زیر ماده معدنی توسط بادبزن های فشار تامین می گردد. بر روی پدها میزان مشخصی از محلول که شامل باکتری نیز می باشد ریخته می شود و این باکتری ها سنگ سولفوری را یه سنگ اکسیدی تبدیل می کنند و در اسید حل می شوند،محلول باردار شده(pls) در زیر توده جمع می شود و بعضا دوباره به بالای هیپ عملیات برگردانده می شود و یا اگر میزان مس در حد مورد نظر باشد مستقیما به مرحله EW/SX (جدایش محلول / الکترووینینگ) برای بازیابی مس فرستاده می شوند. محلول رافینت برای بار دوم به توده های اسید شویی شده بازگردانده می شود.زمان اسید شویی برای عملیات های مختلف متفاوت است اما به طور ایده آل در حدود 200 روز برای ماده معدنی مس ثانویه به طول می انجامد.میزان بازیابی و استحصال مس در این روش در حدود 85_75 درصد است.

درجه حرارت بهینه ،ماده غذایی کافی برای تغذیه باکتریها،وجود ذخیره اکسیژن کافی،سنگ معدن با تراکم مناسب،زمان رسوب فاکتورهای اصلی  برای رسیدن به نتیجه مطلوب در فرآیند بیولیچینگ به شمار می آیند.نتایج مطالعات[4]       Sadowski(2002)  برفرآیند بیولیچینگ کنسانتره مس و طلا نشان داد که در حضور یون آهن فرآیند بیولیچینگ بهتر صورت می گیرد.در واقع تغییر شکل یون Fe+3 به Fe+2 بیانگر میزان فعالیت باکتریایی است و وجود انواع مختلفی از سولفید قابل تجزیه در حین عملیات لیچینگ مانند پیریت(به میزان 3%) به عنوان عامل محرک در محلول عمل خواهد کرد و باعث افزایش یون Fe+3 خواهد شد.طبق این نتایج استحصال مس به صورت مطلوب و در حد 86% بعد از 13 روز و با حضور یون Fe و مقدار اندکی پیریت میسر است.

 

2_4_2: روشهای مختلف بیولیچنگ مس[5]

1_2_4_2: بیولیچینگ توده ای:

این مدل در مقیاس های بزرگ روش اسید شویی توده ای مس برای باطله و یا مواد معدنی مس به عنوان یک طرح کاملا اقتصادی کاربرد ویژه دارد.از جمله ویژگیهای این روش به پایین بودن هزینه عملیاتی و همچنین پایین بودن میزان Ew/Sx  (جدایش محلول / الکترووینینگ) می توان اشاره کرد.

 

 

2_4_2_2: بیولیچینگ لایه های نازک:

این روش تنها برای مواد معدنی اکسیدی به کار می رود.روش لایه های نازک شامل خردایش و بیولیچینگ مواد معدنی سولفیدی مس ثانویه در هیپ های کوچک است.

 

 

3_4_2_2: بیولیچینگ مخزنی:

اولین بیولیچینگ مس و کنسانتره آن با استفاده  از رآکتورهای مخزنی به منظور دستیابی به سینتیک سریع تر بوده است ، از این روش به خاطر بازیابی پایین آن از کالکوپیریت و اقتصادی بودن روش نسبت به روش ذوب پیوسته تنها در مقیاس آزمایشگاهی استفاده شده است.بیولیچینگ کنسانتره کالکوپیریت در حضور یون های کاتیونی مثل نقره منجر به سریع تر شدن سینتیک آزمایش و بازیابی بالای مس در جزییات آزمایشگاهی می شود.

 

 

بحث و نتیجه گیری:

صنعت فرآوری مواد معدنی به عنوان بخش مکمل در فعالیتهای معدنی به حساب می‌آید. مهمترین وظیفه این بخش از صنعت تبدیل سنگ معدن استخراج شده به کنسانتره قابل مصرف در کارخانه‌های ذوب و تولید شمش می‌باشد.به طور کلی عملیات کانه‌آرایی شامل مراحل خردایش،(سنگ شکنی – آسیا)، طبقه بندی (سرند کردن)، جدایش ثقلی، جدایش مغناطیسی، جدایش الکترواستاتیکی، فیلتراسیون، فلوتاسیون و لیچینگ می‌باشد. هر یک ازمراحل فوق بسته به نوع و حجم عملیات طراحی شده،ازتجهیزات مختلف و در حجمهای گوناگون استفاده می‌شود.اغلب مراحل از سه شاخه جریان خوراک ورودی، کنسانتره و باطله تشکیل شده است.علاوه بر این هر یک از مراحل عملیات دارای اثرات زیست محیطی خاص خود می‌باشد که این اثرات اغلب شامل آلودگی آب، آلودگی هوا و در مواردی تولید سر و صدا می‌باشد.

آلودگی هوا در مراحل مختلف عملیات خردایش شامل سنگ شکنی و آسیا ایجاد می شود و آلودگی آبی نیز بیشتر در مراحل تغلیظ مشاهده می شود. یکی از عمده ترین منابع آلودگی آب معرفهای شیمیایی مصرفی طی عملیات فرآوری و به خصوص فرآیندهای فلوتاسیون و لیچینگ می باشد.

در جدول زیر به بررسی پیامدهای زیست محیطی درمراحل مختلف فرآوری مس و راهکارهایی برای پیشگیری از آنها پرداخته می شود.

جدول 1:آنالیزگرد و خاک تولیدی در مراحل مختلف فرآوری مس

نام مرحله

آلاینده مرحله

ترکیب شیمیایی

محیط آلوده شونده

راههای پیشگیری

سنگ شکن(فکی _مخروطی)

 

گرد و غبار

 

 

استفاده از سیستمهای Scrubber

آسیا

گردوغبار

منگنز 

هوا

استفاده از سیکلون و فیلترهای پارچه ای و آب پاشی خوراک

جیوه

آنتیموان

کرم 

نیکل

آرسنیک

سلنیم 

کادمیم 

جدایش مغناطیسی(شدت جریان بالا در مورد هماتیت و شدت جریان پایین در مورد مگنتیت)

نشت اسید از لوله ها ی انتقال اسید و لاینرهای مصرفی در ساختمان هیپ

اسید سولفوریک

آب های سطحی، زیرزمینی و زمینهای اطراف

نصب سیستمهای نمایشگر و حساس به سیانید در هیپ و مسیرهای انتقالی

فلوتاسیون(اسید چرب:باز داشت کننده،روغن کاج:کف ساز،سیلیکات سدیم:فعالساز،هیدروکسید سدیم:آماده ساز)

گاز خروجی از تانکها

H2S

هوا

نصب سیستم تهویه بر روی تانکها

آگلومراسیون

پسماند (لجن) 

فلزات پایه، باارزش و مواد آلی

آب های سطحی و زیرزمینی 

استفاده از سیستمهای سانتریفوژ جهت جداسازی ذرات ریز آلی

تصفیه

گازهای خروجی از کوره

So2

هوا

نصب فیلترهای مناسب در دهانه دودکش

 

جدول 2:مسایل زیست محیطی مراحل عملیات فرآوری مواد معدنی

نام واحد

نام بخش

مسایل زیست محیطی

روشهای کنترل و کاهش آلودگی

لیچینگ

لیچینگ مخزنی

انتشار بخارات گازی  

SO2, HCN

 از تانکهای لیچینگ

نصب سیستمهای تهویه 

نشت محلول لیچ کننده از بدنه تانک

کنترل تانکهای لیچینگ براساس استانداردهای موجود 

آلوده شدن محیط کار یا انبار مواد شیمیایی در اثر نشت یا ریختن محلول لیچ کننده

نگهداری و انبار مواد شیمیایی براساس استانداردهای موجود

استخراج با حلال _الکتروودینگ

تولید پسآب (محلول بدون بار)

انتقال پسآب به سدباطله 

رزینهای مصرفی

بازیافت رزینهای مصرفی 

هیپ لیچینگ

نفوذ محلول لیچ‌کننده به لایه‌های زیرین زمین و آلوده کردن منابع آبی منطقه

نصب سیستمهای نمایشگر و حساس نسبت به نشت محلول لیچ کننده درساختمان هیپ، زیرسازی مناسب هیپ 

انتشار گرد و خاک بهنگام عملیات احداث هیپ

مرطوب کردن منطقه در حین احداث هیپ 

نشت لوله‌های انتقال محلول لیچ‌کننده به هیپ و آلوده کردن خاک

کنترل تأسیسات هیپ در زمانهای معین 

تخریب ساختار منطقه در اثر احداث هیپ

 

رهاسازی لوله ها و لاینرهای مستعمل پس از پایان عمر هیپ در منطقه

تولید توده عظیمی از باطله پس از پایان عمر هیپ

کاشت پوشش گیاهی مناسب بر روی هیپ 

 

علاوه بر این خطرات زیست محیطی که طی مرحله ی  فرآوری سنگ معدن مس می تواند به وجود آید،خطر ناشی ازباطله های حاصل از استخراج مواد معدنی و یا مواد باطله تولیدی حاصل از کارخانه های فرآوری که از دیگر مشکلات معدنکاری می باشند را نیز نباید فراموش کرد چرا که انباشت این مواد در محیط سبب اشغال فضای گسترده ای می شود، همچنین با گذشت زمان و قرار گرفتن در معرض هوا پیامدهای بعدی را بهمراه دارد.بنابراین بهره گیری از بیوتکنولوژی سازگار با محیط زیست مانند بیولیچینگ در فرآوری نه تنها صرفه جویی در منابع انرژی و اقتصادی را به همراه دارد بلکه پیامدهای سوء بعدی زیست محیطی و اقتصادی در مراحل بعدی تولید را نیز به دنبال نخواهد داشت.

 

منابع و مراجع:

 

 [1]رضایی،بهرام،1371، تکنولوژی فرآوری مواد معدنی،انتشارات موسسه تحقیقاتی و انتشاراتی نور

L.partman, Howard [2]،ترجمه:یاوری، مهدی: اصول مهندسی معدن، انتشارات دانشگاه صنایع و معادن ایران ،1381

[3] GERICKE.M and PINCHES.A, BIOLEACHING OF COPPER SULPHIDE CONCENTRATE

USING EXTREME THERMOPHILIC BACTERIA ,Minerals Engineering, Vol. 12, No. 8, pp. 893-904, 1999

 

[4] Sadowski.Z, E. Jazdzyk,

Karas.H,Bioleaching of copper ore flotation concentrates, 2002

 

[5] Breed, A.W., Dempers, C.J.N., Hansford, G.S., 2000. Studies on the

Bioleaching of refractory concentrates. The Journal of the South

African Institute of Mining and Metallurgy (November/December),

389–397.

[6] Lowry, O.H, Rosebrough, N.J., Farr, A.L., Rendall, R.J., 1951.

Journal of Biological Chemistry 193, 267–269.

[7] Polulin, R., Lawrence, R.W., 1996. Economic and environmental

niches of biohydrometallurgy. Minerals Engineering 9 (8), 799–810.

Rivera-Santillan, R.E., Ballester Perez, A., Izquiedo, M.L, Gonzalez,

[8] F., 1999. Bioleaching of a copper sulphide flotation concentrate

using mesophilic and thermophilic microorganisms. In: Amils, R.,

Ballester, A. (Eds.), Biohydrometallurgy and the Environment

Toward the Mining of the 21st Century. Elsevier, Amsterdam, pp.61–80

 2:

 

 



[1] Blister copper

 

 [1]رضایی،بهرام،1371، تکنولوژی فرآوری مواد معدنی،انتشارات موسسه تحقیقاتی و انتشاراتی نور

L.partman, Howard [2]،ترجمه:یاوری، مهدی: اصول مهندسی معدن، انتشارات دانشگاه صنایع و معادن ایران ،1381

[3] GERICKE.M and PINCHES.A, BIOLEACHING OF COPPER SULPHIDE CONCENTRATE

USING EXTREME THERMOPHILIC BACTERIA ,Minerals Engineering, Vol. 12, No. 8, pp. 893-904, 1999

 

[4] Sadowski.Z, E. Jazdzyk,

Karas.H,Bioleaching of copper ore flotation concentrates, 2002

 

[5] Breed, A.W., Dempers, C.J.N., Hansford, G.S., 2000. Studies on the

Bioleaching of refractory concentrates. The Journal of the South

African Institute of Mining and Metallurgy (November/December),

389–397.

[6] Lowry, O.H, Rosebrough, N.J., Farr, A.L., Rendall, R.J., 1951.

Journal of Biological Chemistry 193, 267–269.

[7] Polulin, R., Lawrence, R.W., 1996. Economic and environmental

niches of biohydrometallurgy. Minerals Engineering 9 (8), 799–810.

Rivera-Santillan, R.E., Ballester Perez, A., Izquiedo, M.L, Gonzalez,

[8] F., 1999. Bioleaching of a copper sulphide flotation concentrate

using mesophilic and thermophilic microorganisms. In: Amils, R.,

Ballester, A. (Eds.), Biohydrometallurgy and the Environment

Toward the Mining of the 21st Century. Elsevier, Amsterdam, pp.61–80

 2: