فرآیند استخراج مس

سنگهای معدنی مس:

مس حدود 3-10*5 درصد در پوسته زمین را تشکیل می دهد،که در نتیجه در قشر زمین برای استخراج مس مناسب تر است.مس به سه صورت در طبیعت یافت می شود،سنگهای اکسیدی بیشتر در سطح قشر زمین وجود دارد و تغییرات جوی و فعل وانفعالاتی که در طبیعت صورت می گیرد باعث می شود که سنگهای سولفوره، تبدیل به سنگهای اکسیده شوند  ومهم ترین سنگهای اکسیده عبارتند از:

2)سنگهای سولفوره:

سنگهای سولفوره بر عکس سنگهای اکسیده پائین تر و در عمق بیشتری از قشر زمین قرار گرفته اند.

قسمت اعظم سنگهای مس را سنگهای سولفوره تشکیل می دهند مهم ترین این سنگها عبارتند از:

3)مس طبیعی:

مس گاهی به صورت آزاد در طبیعت یافت می شود.اغلب این مس به صورت دانه های ریز در داخل کنگلومرا یافت می شود.گاهی نیز به صورت:

1-سنگهای سولفیدی 2-سنگهای اکسیدی 3-مس طبیعی

1)سنگهای اکسیدی:

صورت قطعات بزرگ در کانادا یافت شده اندچنین مسی حیت تا درجه خلوص 92/99 در صد می تواند وجود داشته باشد.

 

معادن مس: معادن مس در دنیا به صورت روباز و زیر زمینی وجود دارد که امروز 50%مس دنیا از معادن روبازاستخراج می گردد.

مشروط برا ینکه حداقل مس موجود در سنگ معدن به طریق روباز4/.%در صد باشد ودر معادن زیر زمینی حداقل 7/.%در صد مس

داشته باشدکه درصورت اقتصادی بودن استخراج می شود.

در ایران مس در نقاط مختلفی از کشوروجود دارد،از مهمترین مادن مس در ایران مس سرچشمه کرمان است معدن مس سرچشمه یکی

از بزرگترین معادن مس و مولیبدن جهان است که حدود 25 میلیون سال پیش در امتداد رشته کوه زاگرس تشکیل گردید ومیزان استخراج

مس در این معدن روزانه 40 هزار تن سنگ سولفوره مس می باشد.

منطقه کانی سازی مس سرچشمه محدوده ای بیضی شکل به ابعاد حدود 1200*2300 متروعمقی حدود 612 متر ومجموع ذخایر آن بالغ

بر 400/887/223/1 تن با عیار 69% می باشد.

عملیات استخراج در معدن شامل 4 مرحله 1)حفاری 2)انفجار 3)بارگیری 4)باربری است  که بعد از این مرحله وارد قسمت پر عیار کردن می شود.

پر عیار کردن:

مرحله به بعد سنگ معدن وارد قسمت پر عیار کردن می شود که فرایندی چند گانه است ومی توان آنرا به سه قسمت تقسیم کرد:

1)سنگ شکنها   2) آسیابها    3) فلوتاسیون

1) سنگ شکن ها :

شامل دو دسته سنگ شکن اولیه و ثانویه تقسیم میشود که بر حسب نیاز از چند نوع سنگ شکن استفاده می شود واین قسمت پر هزینه ترین قسمت از نظر مصرف انرژی می باشد.

2) آسیابها:

قسمت نرم کردن شامل انواع آسیاها بوده ومتداولترین ای ن آسیاها آسیای گلوله ای می باشد واگر منظور نرم کردن بسیار زیاد باشد آسیای میله ای وسپس آسیای گلوله ای را به طور سری قرار می دهند.

3) فلوتاسیون:

قسمت سوم عملیات پرعیارکردن فلوتاسیون است،که براساس جذب انتخابی هوا توسط سطح جامدی که در یک مایع غوطه ور شده واین سطح توسط معرفهای فلوتاسیون قبلا مورد یک سری عملیات قرار گرفته قرار دارد. مخلوط مواد جامد وآب که به آن مقدار کمی از معرفهای فلوتاسیون اضافه شده است. از داخل سلولهایی که به شدت به هم زده شده وحباب هوا به داخل آن دمیده می شود، عبور می کند ودر نتیجه سطوح جامدی که توسط معرفهای فلوتاسیون مورد عمل قرار گرفته و فیلمی از معرف روی آنرا پوشانده و سطح آنرا آبران کرده است جذب هوا کرده وشناور می گردد. معرفهایی که روی سطح ذرات تشکیل فیلم می دهند کلکتور می نامند، و بدین ترتیب هر کلکتور روی کانه خاص با ترکیب شیمیایی وبا شبکه بلوری معین تشکیل فیلم داده وسطح آنرا آماده برای جذب حباب هوا میکند وسایر ذرات که کلکتور روی آنها فیلمی تشکیل نداده است، فاقد جذب هوا بوده و در نتیجه شناور نخواهد شد و بدین ترتیب می توان ذرات خاصی را از مجموع ذرات شناور کرده و جدا کرد.

استخراج مس ازسنگ معدن مس به دو روش:   1)پیرو متالورژی(متالورژی خشک)          2) هیدرو متالورژی (متالورژی تر)

روش پیرو متالورژی:          

در این روش از کانه سولفیدی استفاده می‌شود. پس از طی مراحل عملیات استخراج (حفاری- انفجار- بار گیری – باربری)سنگ معدن وارد سنگ شکن اولیه(سنگ شکن فکی)شده و بعدخرد شدن وارد سنگ شکن ثانویه شده و به ابعادی در حدود 12 میلی متر در آمده و در نهایت واردآسیای گلوله ای شده و بامواد شیمیایی وشیر آهک ترکیب شده وبه صورت دوغاب در آمده و اندازه دانه ها در این مرحله به 74 میکرون می رسدسپس دوغاب حاصله وارد قسمت سوم پر عیار کردن یعنی فلوتاسیون شده  وکنستانتره مس ومولیبدن به دست می آید  ه پس جدا سازی مولیبدن کنستانتره مس وارد قسمت صافی شده  وبه شکل خمیره در می آیدو سپس وارد کوره های خشک کن شده ورطوبت آن گرفته شده رادرکوره های روربر و یا شعله ای ذوب می‌کنند، حاصل این کوره ترکیبی از مس و سایر مواد ناخالصی نظیرگوگرد،آهن،طلا و ... می‌باشد که تقریباً حاوی 45 درصد مس می‌باشد و آن را مات مس می‌نامند.مات مس را در کوره های مبدل یا کنورتر ریخته و با عبور هوا و اکسیژن از آن, ناخالصیها و به خصوص آهن و گوگرد را اکسیده می‌کنند وبه سرباره انتقال می‌دهند. این مس نیز ناخالص است و به دلیل وجود عناصر مختلف و مواد غیر فلزی و تخلخل بیش از اندازه آن را مس بلیستر یا مس جوشدار و یا مس خام می‌نامند.مس خام در این مرحله بیش از 3/99 درصد مس دارد وسپس توسط پاتیلهایی وارد کوره های آند شده ودر این کوره هابا تزریق گاز پروپان ناخالصی های موجود مجدداٌ سوخته و خارج می شود درجه خلوص آن تاعیار 7/99درصد نیز می‌رسد.و سپس خروجی کوره اند به چرخ ریخته گری وارد می شود.مذاب مس خام به صورت صفحاتی بزرگ ریخته و آنها را به عنوان آند در الکترولیز مس به کار می‌برند.وکاتد را که از صفحات مس بسیار خالص تشکیل یافته را به همراه آند(مس خام)درمحلول الکترولیت اسید سولفوریک و سولفات مس است وارد می کنند. پس از عبور جریان معین و حساب شده، مس به صورت یک یون دو ظرفیتی از آند جدا شده و بر روی کاتد می‌نشیند. عناصر و فلزات ناخالص در محلول الکترولیت حل نمی‌شوند و از این رو در کف کوره الکترولیز به صورت لجن رسوب می‌کنند. کاتدها را که حاوی مس الکترولیز شده می‌باشند و معمولاً در مرحله اول الکترولیز حدود 9/99 درصد مس دارند، ذوب کرده و در شکل و اندازه های معین و بر اساس برنامه تنظیمی‌می‌ریزند.پس از آنکه آند در عملیات الکترولیز تصفیه شد و به کاتد پیوست، اکنون کاتد به عنوان مس خالص آماده ورود به عرصه صنعت و بازار کار می‌باشد که در این موقع ممکن است کاتد از روشهای نورد به فرمهای متنوع شکل گیرد واز طریق کشش به شکل سیم در مصارف برقی ویا به صورت لوله در مصارف برودتی به کار گرفته شود. بخش دیگری از کاتد راهی کارخانه های آلیاژ سازی شده ودر تولید آلیاژهای مس به کار گرفته می‌شود.

روش هیدرو متالورژی :

در این روش از کانه اکسیدی، سولفیدی کم عیار یا کنسانتره سولفیدی تشویه شده برای استخراج مس استفاده می‌شود. همانطور که در بخش اول گفته شد سنگهای اکسیدی کم عیار که استخراج مس از آن به روش پیرو متالورژی مقرون به صرفه نیست پس از بررسی های انجام گرفته روش هیدرو متالورژی(انحلال سنگ اکسید در اسید سولفوریک)و استخراج مس از محلول توسط حلال و الکترو وینینگ از سایر روشها انتخاب شد.که طی مراحل زیر مس خالص بدست می آید:

بعد از بستر سازی یک منطقه شیب دار و مناسب جهت کارتوسط ماشین  آلات سنگین و کشیدن یک پلاستیک پلی اتیلن وقرار دادن یک لوله پلی اتیلن جهت خروج محلول حاصل خاک های اکسیدی را روی ان پخش می کنند وبا ریختن اسید سولفوریک بر روی خاک اکسیدی محلولی به صورت  CuSo4_ FeSo4  وارد لوله پلی اتیلن شده  وبه حوضچه انحلال می ریزد.

استخراج الکترولیتی مس :

در این مرحله مس فلزی از محلول غلیظ مس (از استخراج حلالی یا لیچینگ با اسید غلیظ) را با استفاده از یک روش الکتروشیمیایی استخراج می‌کنند. این روش هم همانند روش تصفیه الکترولیتی در روش پیرومتالورژی می‌باشد، با این تفاوت که در آنجا آند استفاده شده از جنس مس بود، ولی در اینجا از جنس سرب می‌باشد و ولتاژ سلول الکتروشیمی‌2 تا 5/2 ولت می‌باشد.در طی واکنش انجام شده در سلول الکتروشیمی ‌یون مس داخل محلول بر روی آند سربی رسوب می‌دهد:  Cu2+ + 2e- --> Cuبعد از مدتی مس رسوب داده شده بر روی آند سربی را با کاردک جدا می‌کنند و حال مس فلزی با درجه خلوص بسیار بالا آماده است.

الکترولیز مس:

مس آندی حاصل از مرحله قبل به صورت قطعاتی (معمولاً 40 عدد) به عنوان آند و همان تعداد قطعه دیگر به عنوان کاتد در یک وان الکترولیز قرار می‌گیرند.

کاتد مورد استفاده از جنس مس خالص می‌باشد. حال آندها به یک قطب و کاتدها به قطب دیگر متصل می‌شوند. ولتاژی در حدود 0.2-3V به دو سر آندها و کاتدها اعمال می‌شود. آندها به تدریج خورده می‌شوند و به صورت یون Cu2+ در می‌آیند، یونها وارد الکترولیت می‌شوند و روی سطح کاتد احیا می‌شوند و طی اینفرآیند مس تصفیه می‌شود و عیار آن به 99/99% افزایش می‌یابد. در طی فرآیند الکترولیتی فوق واکنشهای زیر اتفاق می‌افتد:

الف) بر روی آند: مس آندی با دادن دو الکترون به یون مس تبدیل می‌شود: Cua --> Cu2+ + 2e-

ب) بر روی کاتد: یون با گرفتن دو الکترون به صورت مس کاتدی روی کاتد رسوب می‌دهد:

Cu2+ + 2e- --> Cuc

به این ترتیب واکنش زیر انجام می‌شود: 

Cua --> Cuc و در نهایت به صورتهای مختلف جهت مصارف خاص تولید و به بازار عرضه می شود.