صهر النحاس ينطوي على استخراج النحاس من خاماته, في المقام الأول من خلال طريقتين: علم المعادن الحراري و علم المعادن المائية.
علم المعادن الحراري: طريقة صهر النحاس السائدة
تظل المعالجة الحرارية للمعادن هي الطريقة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لصهر النحاس, خاصة للمعالجة خامات كبريتيد. تتضمن العملية درجات حرارة عالية لاستخراج النحاس من خامه, مع عدة خطوات رئيسية لضمان استعادة المعادن بكفاءة:
1. تلبيس خام و التعويم
الخطوة الأولى في معالجة المعادن الحرارية هي تضميد الخام, والذي يتضمن فصل المعادن الثمينة عن النفايات الموجودة في الخام. تُستخدم بشكل شائع طرق الفصل الفيزيائي مثل الفصل بالجاذبية والفصل المغناطيسي, لكن التعويم هو الأكثر أهمية. في التعويم, يتم خلط خام النحاس مع الماء والمواد الكيميائية, مما تسبب في التصاق جزيئات خام النحاس بالفقاعات. تطفو هذه الفقاعات على السطح, تشكيل الرغوة, ويتم فصل خام النحاس عن المعادن الأخرى, تحسين كفاءة العمليات اللاحقة.
2. التكليس (تحميص)
ثم يتم إخضاع مركزات التعويم ل التكليس أو تحميص, حيث يتم تسخينها لإزالة الشوائب مثل الكبريت والأكسجين. هذه الخطوة تحول خامات النحاس كبريتيد داخل خام النحاس المؤكسد ويساعد على تطاير أو تحلل العناصر غير المرغوب فيها. هناك نوعان من التحميص:
- تحميص شبه مؤكسد يستخدم عندما يكون محتوى الكبريت منخفضا.
- تحميص مؤكسد بالكامل يتم استخدامه للمركزات ذات المحتوى العالي من الكبريت, لضمان أكسدة شاملة قبل مزيد من المعالجة.
3. صهر
الصهر هو جوهر استخراج النحاس, حيث يخضع الخام المحمص لمزيد من التفاعلات الكيميائية عند درجات حرارة عالية. الهدف هو فصل النحاس عن الحديد والشوائب, إنتاج ماتي الغنية بالنحاس. عمليتان الصهر الرئيسيتان هما:
- صهر فلاش: في هذه الطريقة, يتم حقن المركز المجفف جيدًا في فرن التفاعل, حيث يتعرض للهواء الغني بالأكسجين. يخضع التركيز للصهر السريع, والمنتجات المنصهرة الناتجة (ماتي والخبث) يتم فصلها في خزان الترسيب. هذه الطريقة فعالة للغاية, لإنتاج كل من غاز النحاس المطفي وغاز ثاني أكسيد الكبريت, والتي يمكن معالجتها بشكل أكبر لاستعادة الكبريت.
- صهر الحمام: في هذه الطريقة, يتم نفخ الهواء الغني بالأكسجين في حمام منصهر من مادة ماتي والخبث, مع إضافة التركيز. يتم تحريك الحمام بقوة, ضمان الصهر الكامل. تشمل أنواع أفران صهر الحمام الأفقية, رَأسِيّ, الروتاري, والأفران الثابتة. نوع الضربة المستخدمة - جانبية, قمة, أو القاع - يؤثر على كفاءة وخصائص عملية الصهر.
4. تهب
بعد الصهر, الخطوة التالية هي تهب, مما يساعد على تحسين النحاس عن طريق أكسدة وإزالة الشوائب مثل الكبريت والحديد. تتم هذه العملية عادة في محولات PS, ولكن التقنيات الأحدث مثل التكرير المستمر و تكرير فلاش أصبحت أيضًا أكثر شيوعًا.
5. التكرير
التكرير ينقي النحاس بشكل أكبر, وهناك طريقتان أساسيتان مستخدمتان:
- تكرير المعادن الحرارية: تستغل هذه العملية الاختلافات في تقارب الشوائب المختلفة للأكسجين. تتم إزالة الشوائب عن طريق الأكسدة, الخبث, أو التطاير.
- التكرير الكهربائي: تتضمن هذه الطريقة التحليل الكهربائي لإزالة أي شوائب متبقية, إنتاج النحاس عالي النقاء (النحاس الكاثود) بنقاء يصل إلى 99.99%. التكرير الكهربائي هو الأسلوب الأكثر استخدامًا لإنتاج النحاس المكرر.
علم المعادن المائية: خيار أكثر صداقة للبيئة
تعد المعالجة بالمعادن المائية طريقة فعالة أخرى لصهر النحاس, خاصة ل خامات منخفضة الدرجة و خامات النحاس المؤكسدة. تعتمد هذه التقنية على التفاعلات الكيميائية بدلاً من الحرارة العالية لاستخلاص النحاس من الخام, تقديم العديد من المزايا البيئية, على الرغم من أنها أقل كفاءة بشكل عام من معالجة المعادن الحرارية.
1. سحق خام
الخطوة الأولى في علم المعادن المائي هي سحق وطحن الخام, زيادة مساحة السطح والسماح بتفاعل أفضل مع محلول الترشيح. هذه الخطوة حاسمة لتحسين كفاءة عملية الترشيح اللاحقة.
2. معالجة الترشيح
ثم يتم إخضاع الخام المسحوق إلى الترشيح علاج, حيث يتم خلطه مع مذيب مناسب - عادة محلول حمض الكبريتيك المخفف. يقوم حمض الكبريتيك بإذابة معادن النحاس الموجودة في الخام, تكوين كبريتات النحاس في المحلول. يمكن القيام بهذه الخطوة في ترشيح الكومة, الترشيح المهتاج, أو ترشيح الخزان, اعتمادا على خصائص خام.
3. فصل الترشيح
بعد الترشيح, ال المادة المرتشحة (المحلول الذي يحتوي على النحاس المذاب) يتم فصلها عن النفايات الصلبة (بقايا) بواسطة الترشيح. تضمن هذه الخطوة أن النحاس المذاب جاهز للمرحلة التالية من الاستخراج.
4. استخراج وتنقية
يتم استخلاص أيونات النحاس من المادة المرتشحة باستخدام مستخرج. يتم بعد ذلك تنقية النحاس المستخرج لإزالة أي شوائب متبقية. يمكن أن تتضمن خطوة التطهير هذه استخراج المذيبات, حيث يرتبط العامل الكيميائي بشكل انتقائي مع أيونات النحاس, أو تساقط طرق استخدام عوامل الاختزال.
5. التحليل الكهربائي أو الاستبدال
أخيراً, يتم تقليل أيونات النحاس إلى النحاس المعدني من خلال أي منهما التحليل الكهربائي أو استبدال العمليات:
- في التحليل الكهربائي, يتم تقليل أيونات النحاس عند الكاثود لتكوين معدن النحاس النقي, والتي يتم جمعها ومعالجتها إلى النحاس الكاثود.
- استبدال ينطوي على استخدام معدن أكثر تفاعلا, مثل الحديد, لإزاحة النحاس من المحلول, ترسيب النحاس في الحالة الصلبة.
خاتمة
بينما علم المعادن الحراري هو أكثر كفاءة ويستخدم على نطاق واسع لخامات النحاس عالية الجودة وكبريتيد, علم المعادن المائية يقدم بديلاً أكثر صداقة للبيئة للخامات منخفضة الجودة أو المؤكسدة.
