04 تیر 1394 منتشرشده در مقالات نوشته شده توسط 

هیدرو متالورژی در ایران مطلب ویژه

این مورد را ارزیابی کنید
(0 رای‌ها)

 

  • اهمیت فرآوری هیدرو متالورژیکی

فرایندهای استخراج پیرومتالورژیکی شامل روشهای مرسوم تولید فلزات از ذخایر مواد معدنی می باشد. چون در روش پیرومتالورژی دماهای بالایی به کار می رود، کانی با عیار بالا یا کنسانتره غنی باید در دسترس باشد. اگر کانی یا کنسانتره مورد استفاده از درجه خلوص بالایی برخوردار نباشد و میزان ناخالصی های آن زیاد باشد، میزان زیادی از انرژی و حرارت صرف ناخالصی ها خواهد شد و به کمک ذوب به منظور سرباره سازی نیاز می باشد. از طرف دیگر استفاده از کانی با درجه خلوص پایین هزینه های آسیا کردن و تغلیظ مواد را افزایش می دهد. با این ترتیب استفاده از سنگ معدن با عیار پایین فرایند استخراج پیرومتالورژیک را به یک فرایند غیر اقتصادی تبدیل می کند و در این صورت استخراج هیدرو متالورژیکی برای چنین رسوبات کم عیاری می تواند اقتصادی باشد.

 

 

  • استخراج هیدرو متالورژیکی

استخراج هیدرو متالورژیکی استخراج و تولید فلزات از ذخایر تجدناپذیر با استفاده از انجام واکنش‌هایی در محیط آبی می‌باشد. در بازیافت هیدرو متالورژیکی فرایندهای یکسانی برای ذخایر قابل واگردان به کار می‌رود. به‌کارگیری متوالی این فرایندها برای تولید فلزات از هر منبعی، فرآوری هیدرو متالورژیکی نامیده می‌شود. این روش فرآوری معمولاً شامل لیچینگ، غنی‌سازی محلول حاصل از لیچینگ به روش‌های شیمیایی یا الکتروشیمیایی، خالص‌سازی و بازیابی فلزات می‌شود.

یک عامل لیچینگ اغلب می تواند برای حل کردن کانی ارزشمند از یک کانی انتخاب شود، به طوریکه اغلب ناخالصی ها بدون تاثیر باقی بمانند. چنین عملیاتی می تواند بدون تغلیظ و از این رو بدون نیاز به آسیا کردن تا اندازه های خیلی ریز انجام شود. در صورتی که خرد کردن کمی نیاز باشد یا اصلا خرد کردن انجام نشود، هزینه به میزان بیشتری کاهش خواهد یافت.

کاربرد روش هیدرومتالورژیکی به طور فزاینده ای می تواند به قراضه آلیاژی تعمیم داده شود چون اجزای تشکیل دهنده زیادی در آلیاژ وجود دارد. یک مثال مهم در این مورد بازیابی سوپر آلیاژها و موادی از این قبیل که در توربین های گازی و فرایندهای دما بالا استفاده می شوند، می باشد. در این زمینه دامنه گسترده ای از آلیاژها وجود دارد که شامل فولادهای پرآلیاژ و گروهی از آلیاژهای پایه است که کروم، نایوبیوم و مولیبدن عناصر اصلی تشکیل دهنده آنها می باشند.

از این رو روش استخراج هیدرو متالورژی برای منابع تجدیدپذیر کم عیار و مهم تر از آن برای بازیافت قراضه و سایر مواد ثانویه به نظر عملی می رسد. در نتیجه تولید و بازیافت اغلب فلزات غیر آهنی حتما به‌صورت فرایندهای مرتبط با استخراج هیدرومتالورژیکی انجام خواهد شد.

فرآوری هیدرومتالورژیکی به قسمت های زیر تقسیم می‌شود:

 

1-2 لیچینگ کانه ها، کنسانتره ها و مواد ثانویه

لیچینگ فرایند حل کردن مقداری جامد از یک کانی یا کسنانتره است که معمولا با یک محلول آبی از یک عامل لیچ کننده انجام می‌شود. این اصطلاح را می توان برای حل کردن مواد ثانویه مانند قراضه، باقی مانده ها و باطله ها تعمیم داد. در شرایط ایده آل، عمل لیچینگ منجر به تولید یک کانی بی‌ارزش که به قدر کافی از مواد با ارزش تخلیه شده است و یک محلول غنی از فلز مورد نظر می‌شود.

به وسیله عملیات لیچینگ در شرایط خاصی می توان برخی از ناخالصی ها را از کنسانتره جدا نمود که این به معنی بالابردن عیار کنسانتره و اصطلاحا تحت عنوان تغلیظ هیدرومتالورژیکی شناخته شده می باشد.

 

2-2 فرایند جداسازی، تصفیه و غنی سازی

فرایندهای لیچینگ به ندرت کاملا انتخابی هستند، در نتیجه محلول لیچ به دست آمده از مرحله قبل حاوی ناخالصی می باشد و اغلب قبل از بازیابی فلز مورد نظر نیاز به تصفیه دارد.

روش‌های جداسازی و غنی سازی عبارتند از:

  • فرایند تعویض یونی با استفاده از رزین های جامد
  • فرایندهای جذبی با استفاده از ذغال فعال
  • فرایند رسوب دادن شیمیایی
  • فرایندهای مایع-مایع استخراج حلالی

 

3-2 بازیابی و خالص سازی فلزات

بسیاری از فلزات به‌صورت مرسوم با احیای کاتدی در یک پیل الکترولیتی از محلول بازیابی می شوند. در این حالت معمولا فلز به‌صورت یک رسوب جامد به دست می آید. در صورتی که نیاز باشد می توان با افزایش چگالی جریان، فلز مورد نظر را به‌صورت پودری به دست آورد.

از نظر تئوری، احیای کاتدی هر فلزی امکان پذیر است؛ اما تعدادی از فلزات فعال به یک الکترولیت مذاب نیاز دارند. این الکترولیت باید معمولا در دمایی بالاتر از نقطه ذوب فلز رسوب کننده باشد که در نتیجه فلز مربوطه در حالت مذاب تولید می‌شود.

 

  • هیدرو متالورژی در ایران

صنعت هیدرو متالورژی در چند ساله اخیر در ایران پیشرفت قابل ملاحظه ای داشته است. از جمله از دلایلی که سبب روی آوردن صنایع مختلف به استفاده از روش هیدرو متالورژی شده است

در ایران از روش هیدرو متالورژی برای تولید فلزاتی از جمله: مس، نیکل، کبالت، کادمیوم، روی، سرب و . . . استفاده می‌شود. در زیر مختصری راجه به برخی از صنایع هیدرو متالورژی مختصری توضیحی داده خواهد شد.

1-3 مس

ذخایر قطعی مس کشور حدود 2 میلیارد تن برآورد شده است که با مد نظر قرار دادن عیار محتوای مس در این ذخایر، مس محتوای موجود حدود 18 میلیون تن برآورد شده است که در مقیاس جهان حدود 4 درصد ذخایر مس جهان را شامل می‌شود.

تعداد معادن مس کشور در حال حاضر 39 معدن شامل: کرمان 14 معدن، زنجان 5 معدن، آذربایجان شرقی 4 معدن، قزوین، سمنان، خراسان رضوی 3 معدن، خراسان جنوبی، یزد، قم، مرکزی، فارس، سیستان و بلوچستان و تهران هر کدام یک معدن می باشد.

از معادن فوق‌الذکر 17 معدن در کشور فعال که بزرگترین آن‌ها شامل معدن مس سرچشمه با ذخیره قطعی 826 میلیون تن هست که مجموع تولید معادن فعال مس در سال 1389 برابر 37663873 تن ماده معدنی بوده است.

جهت تولید مس از کانسنگ‌های اکسیدی و سولفیدی، روش هیدرو متالورژی به‌ویژه روش هیپ لیچینگ () و لیچینگ حوضچه‌ای و یا باکتری لیچینگ استفاده می‌شود. در این روش‌ها مس موجود در محلول به‌دست‌آمده از لیچینگ به کمک روش استخراج حلالی جداشده و توسط روش الکترووینینگ تبدیل به مس خالص می‌شود. روش هیدرو متالورژی شامل مراحل استخراج کانسنگ، خردایش، آگلومراسیون، تلقیح باکتری و نهایتاً انحلال و پالایش است.

 

1-1-3 اصول روش هیدرو متالورژی در استخراج مس

روش هیدرو متالورژی شامل مراحل زیر است

  • استخراج کانسنگ معدنی
  • خردایش کانسنگ (و در صورت لوزم آگلومراسیون)
  • انحلال مس موجود در کانسنگ به دو روش لیچینگ و بیولیچینگ
  • پالایش محلول حاوی مس به روش استخراج با حلال
  • الکترووینینگ (جداسازی مس کاتدی از محلول پالایش‌شده توسط جریان برق)

طی فرآیند لیچینگ، کانسنگ حاوی کانی‌های عناصر (مانند مس) قابل‌حمل توسط یک عامل شیمیایی (مانند اسیدسولفوریک)، با قرار گرفتن در مجاورت محلول آبی حاوی این عامل در شرایط شیمیایی و انحلال فیزیکی مناسب، دچار انحلال شده و عناصر موردنظر در این انحلال به‌صورت یون درآمده و از آن جدا می‌شوند. روش لیچینگ خود به انواع مختلف شامل لیچینگ توده‌ای، لیچینگ درجا، لیچینگ با همزن، لیچینگ حوضچه‌ای و لیچینگ تحت‌فشار تقسیم می‌شود. درروش لیچینگ توده‌ای یا هیپ‌لیچینگ، کانسنگ به‌صورت توده‌ای در محلی انباشته‌شده و محلول حاوی عامل شیمیایی از بالابر روی آن ریخته می‌شود تا در اثر جریان ثقل از میان خلل و فرج موجود در توده کانسنگ عبور کرده و کانی موردنظر را حل کند که این روش به‌ویژه برای کانسنگ‌های اکسیده مس کاربرد دارد.

بیولیچینگ بخش زیادی از ذخایر معدن مس جهان، متشکل از انواع کانسنگ‌های سولفیدی می‌باشد که امکان انحلال کامل کانی‌های مس موجود در آن‌ها به کمک اسیدسولفوریک وجود ندارد. بنابراین یافتن راه‌حلی جهت به‌کارگیری حجم عظیم کانسنگ‌های سولفیدی با روش لیچینگ، همواره در سرلوحه امور پژوهشی و تحقیقاتی کشورهای صاحب این صنعت قرار داشته است. یکی از راهکارهای پیشنهادشده در این زمینه کمک گرفتن از عملکرد انواع عوامل بیولوژیکی به‌ویژه باکتری‌های مختلف است. با بررسی‌ها و پژوهش‌های گوناگون صورت گرفته طی 50سال گذشته مشخص گردید که فنّاوری لیچینگ با عوامل بیولوژیکی یا به‌اختصار بیولیچینگ، به‌ویژه در مورد کانسنگ‌های سولفیدی کم‌عیار اقتصادی‌تر می‌باشد. بیولیچینگ به مفهوم استفاده از قابلیت میکروارگانیسم‌ها همراه با دمش هوا در عملیات انحلال سولفید‌های فلزی به‌منظور بازیابی و تولید فلزات می‌باشد.

 

2-1-3 طرح هیدرو متالورژی شرکت ملی صنایع مس ایران (مجتمع سرچشمه)

طبق برنامه تولید مس کاتد در مجتمع سرچشمه، از آغاز بهره‌برداری تا پیش از راه‌اندازی واحد لیچینگ، کانسنگ‌های سولفیدی راهی کارخانه تغلیظ شده و کانسنگ‌های اکسیده به دمپ ویژه‌ای ارسال می‌گردید که میزان این ذخیره اکسیده تا 27میلیون تن با عیار 62/0درصد مس افزایش پیدا کرد. تلاش در جهت به‌کارگیری این حجم ذخیره مس با راه‌اندازی دو خط هیپ‌لیچینگ و از تابستان 1376 با راه‌اندازی کارخانه SX/EW در مجتمع مس سرچشمه در قالب طرح هیدرو متالورژی به ثمر رسید و ظرفیت تولید مس کاتد مجتمع تا حدود 12000تن در سال افزایش یافت.

ضرورت اجرای پروژه بیولیچینگ در شرکت ملی صنایع مس ایران (مجتمع مس سرچشمه)
یکی از نگرانی‌های فعلی در مورد آینده کارخانه موجود SX/EW مجتمع مس سرچشمه، کاهش تدریجی ذخایر کانسنگ‌ مس اکسیدی در معدن است. بنابراین با توجه به اتمام این ذخایر در مدت کوتاهی پس‌ازآن کارخانه SX/EW فعلی (با ظرفیت 12000تن مس کاتد در سال) بدون خوراک خواهد ماند. این در حالی است که جهت احداث این کارخانه بالغ‌بر 50 میلیون دلار سرمایه‌گذاری صورت گرفته است. بنابراین یافتن راهکاری جدید و امکان‌پذیر، جهت جلوگیری از توقف خط تولید این کارخانه که تنها 10سال از راه‌اندازی آن می‌گذرد، در سرلوحه برنامه‌های مدیریت ارشد شرکت مس قرار گرفت.

 

2-3 نیکل، کادمیوم و کبالت

فلزات نیکل و کادمیم ازجمله فلزات استراتژیکی هستند که کاربردهای فراوانی دارند. موارد مصرف نیکل در صنایعی مانند پتروشیمی، دفاعی، هوا و فضا، الکترونیک، ساخت سوپر آلیاژها، سکوهای نفتی، راکتورهای هسته­ای، کاتالیست­های صنعتی، توربین­های گاز، ژنراتورهای هسته­ای و فسیلی، تجهیزات صنایع غذایی و ... است. ۷۵ درصد کادمیم در صنایع باطری‌سازی و ۲۵ درصد آن جهت آبکاری، پوشش‌ها و رنگ‌ها و ... مورداستفاده قرار می‌گیرد.

 

1-2-3 منابع کبالت و نیکل در ایران

1-1-2-3 ناحیه انارک

در اين ناحيه کانی‌های نيكل و كبالت در معادن قديمي مس كني،تالمسي و همچنين كانسارهاي سه برز،چاه شور ،گودمراد ،چشمه آب شوراب و چشمه كريم گزارش‌شده است.در معدن مس كني و تالمسي كاني سازي در سنگ‌های آتش‌فشانی آندزيتي ائوسن رخ‌داده و پی‌سنگ اين نواحي بيشتر اولترابازيك است.

2-1-2-3 كانسار بايچه باغ در ناحيه ماه‌نشان زنجان

در اين ناحيه سنگ‌های آتشفشاني آندزيت،آندزيت-بازالت ،آگلومرا و برش آندزيتي همراه با سنگ‌های آتشفشاني اسيدي ديده می‌شود.پی‌سنگ اين ناحيه از سنگ‌های اولترامافيك و مافيك بوده و كاني سازي توسط محلول‌های گرمابي دما بالا تشكيل گرديده است.مهم‌ترین کانی‌های كبالت اين كانسار اسمالتيت و كبالتيت می‌باشد. اين كانسار به‌صورت پلي متال مس،سرب،نيكل و كبالت است كه در گذشته مورد بهره‌برداری قرارگرفته ولي اكنون تعطيل است.

 

3-1-2-3 کانسار قمصر

ر شمال و جنوب قمصر سنگ‌های رسوبي از نوع سنگ‌آهک و ماسه‌سنگ رخنمون دارند .دايكهاي بازيك در بعضي از قسمت ها ،در سنگهاي فوق تزريق و سبب كاني سازي در شکستگی‌ها و همبري دايكهاي بازيك با سنگهاي رسوبي شده است.

 

4-1-2-3 كانسار كبالت معدن لاجورد قمصر كاشان

اين كانسار از نوع رگه‌ای و كاني سازي در داخل يك رگه اصلي و تعدادي رگه فرعي و پاکت‌های پراكنده در داخل سيستم شکستگی‌های اصلي و فرعي منطقه صورت گرفته است .كاني سازي در اين كانسار به‌صورت جانشيني در داخل سنگ‌آهک و در مجاورت دايكهاي ميكروديوريتي به شکل مانيتيت حاوي کانی‌های مس ،كبالت و پيريت تشکیل‌شده است. زمان تشكيل رگه‌ها و تجمع ماده معدني بعد از اليگو ميوسن (كه زمان تشكيل آهک‌های سازند قم است) می‌باشد.ذخيره كبالت در اين كانسار با احتساب رگه‌های فرعي و پاکت‌های پراكنده از ماده معدني تا 400 هزار تن برآورد می‌شود.

 

5-1-2-3 كانسار كبالت اقليد

در شمال و شمال شرق استان فارس (شمال شهرستان اقليد) در نوار دگرگونه زون سنندج-سيرجان واحدهاي زمین‌شناسی شامل شيل و ماسه‌سنگ دگرگون شده اسليتي و فيليتي رخنمون دارد كه حاوي عدسی‌های آهن و منگنز بوده و كاني سازي كبالت همراه با مس ،سرب ،روي و آرسنيك نيز در تعدادي از اين عدسی‌ها شناسایی‌شده است .مهم‌ترین رخنمون آن‌ها كانسار كبالت اقليد می‌باشد.در اين كانسار كاني سازي استراتوباند با سنگ ميزبان دگرگوني ژوراسيك به‌صورت عدسی‌های آهن منگنز دار تمركز دارد.ذخيره احتمالي اين كانسار 530000 هزار تن برآورد شده است.

 

2-2-3 استخراج نیکل و کبالت به روش هیدرو متالورژی

مراحل استخراج نیکل و کبالت از سنگ معادن و یا قراضه‌ها شامل مراحل زیر می‌باشد:

  • خردایش و دانه‌بندی
  • لیچینگ مواد اولیه
  • خالص‌سازی محلول به‌دست‌آمده از لیچینگ
  • جدایش نیکل و کبالت
  • تولید نیکل فلزی به روش الکترولیز یا ترکیبات نیکل

معمولاً برای لیچینگ منابع اولیه و ثانویه از اسیدسولفوریک استفاده می‌شود. در مرحله خالص‌سازی از فرایند رسوب دادن و یا استخراج حلالی استفاده می‌شود. فرایند رسوب دادن به‌وسیله تنظیم pH با NaOH یا محلول آمونیاک انجام می‌شود که معمولاً یون آهن از محلول به‌طور کامل حذف می‌شود. در فرایند حذف ناخالصی‌ها به روش استخراج حلالی از حلال‌های آلی D2EHPA و CYANEX 272 استفاده می‌شود. این حلال‌ها ناخالصی‌ها را استخراج می‌کنند و باعث تغلیظ محلول حاصل از لیچ می‌شود. اساس فرایند استخراج حلالی در شکل فوق نشان داده‌شده است.

 ازآنجایی‌که کبالت و نیکل در جدول تناوبی در کنار هم قرار دارند، پس خواص شیمیایی تقریباً یکسانی دارند و به همین دلیل جدایش آن‌ها از یکدیگر به‌آسانی انجام نمی‌شود. جدایش کامل این دو عنصر از یکدیگر به روش رسوب دادن تقریباً غیرممکن می‌باشد؛ به همین دلیل برای جدایش این دو عنصر از روش استخراج حلالی به‌وسیله دو حلال D2EHPA و CYANEX 272 استفاده می‌شود.

 

1-2-2-3 استخراج نیکل از کیک لیچ روی

در پسماندهای کارخانه‌های روی معروف به کیک تصفیه سرد که به‌طور میانگین شامل 35 درصد روی ، 20 درصد کادمیوم و 4 درصد نیکل می‌باشد.

دانش فنی و فنّاوری تولید فلزات نیکل و کادمیم به‌صورت کامل در پایلوت دانشگاه زنجان بومی‌سازی شد و موازنه‌ی جرم و انرژی تک‌تک مراحل فرایند به دست آمد. خلوص فلز کادمیم و نیکل تولیدشده در این طرح 99.95درصد می‌باشد که قابل‌رقابت با محصولات خارجی است. ازجمله مزایای این طرح می‌توان به: راندمان بیشتر از 90 درصد نیکل و کادمیم؛ و خلوص بالای فلزات نیکل و کادمیم تولیدی ؛خلوص بالای فلز روی تولیدی؛ قابلیت تولید محصولات جانبی سرب ومس ؛کاهش مصرف انرژی ؛ هزینه‌ی تولید بسیار پایین ؛ سودآوری بالا اشاره کرد .

بازدید 7679 بار
آخرین ویرایش در پنج شنبه, 04 تیر 1394 ساعت 05:30

ارتباط با ما

آدرس

ایران - تهران - دانشگاه علم و صنعت - دفتر مرکز پژوهش و فناوری علم و توسعه.

تلفن و فکس

77240664 - 021

021 - 77240667

ایمیل

این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید