لیچینگ و بیولیچینگ مس

لیچینگ (به انگلیسی: Leaching) یا استخراج مایع-جامد فرایندی است در شیمی و صنایع شیمیایی که طی آن ماده‌ای مشخص، با انحلال در حلال از ماده جامد جدا شده و سپس ماده هدف به روش‌های مختلف از حلال استخراج می‌شود.روش‌های هیدرومتالورژی تولید مس مانند لیچینگ و بیولیچینگ، بخش عمده‌ای از تولید مس در جهان را تشکیل می‌دهند. این روش‌ها هم به دلیل سازگاری‌شان با محیط‌زیست و هم بالا بودن صرفه اقتصادی‌شان، هر روز بیش از گذشته مورد توجه قرار می‌گیرند. لیچینگ و بیولیچینگ یکی از روش‌های مهم فراوری مس در مجتمع مس سرچشمه است زیرا ماده معدنی موجود در سرچشمه کانسنگی سخت است که نیاز به روش‌های جدید فراوری دارد.

اصول کلی بیولیچینگ مس

اکثر معادنی که از روش بیولیچینگ برای استحصال فلزات استفاده می‌کنند، معادنی هستند که در منطقه نیم‌کره جنوبی واقع شده‌اند. این به خاطر شرایط آب و هوایی خاص این مناطق است که برای رشد باکتری و عملیات آنها مفیدتر هستند. ماده معدنی مس استخراج شده تا ابعاد موردنظر خرد شده و به منظور آگلومره شدن ذرات ریز با ذرات درشت و کار با باکتری‌ها با اسیدسولفوریک در دستگاه‌های آگلومراسیون مخلوط می‌شوند. به منظور کاهش میزان رطوبت موجود برای خوب آگلومره شدن آب یا رافینت (رافینت محلولی است که از مسیر بازگشتی جدایش محلول الکترووینینگ به دست می‌آید) اضافه می‌شود. اگر ماده معدنی از نوع خیلی مصرف کننده اسید نباشد میزان اسید مصرفی برای آماده‌سازی ماده معدنی می‌تواند از محلول رافینت تامین شود.‏ رافینت معمولا شامل میزان کمی از باکتری است که منجر به اکسید شدن مس می‌شود (باکتری ابتدا توسط لوله‌هایی بر روی کپه‌های ماده معدنی ریخته می‌شوند تا سنگ سولفوری را به اکسیدی تبدیل کند. سنگ آگلومره و آماده شده برای اسیدشویی به محوطه‌ای فرستاده می‌شود که در محلی به ارتفاع ۶-۱۰ متر بر روی زمینی که قبلا مسطح شده است و یا بر بالای ماده معدنی که قبلا اسیدشویی شده است ریخته می‌شود. به منظور تامین هوای موردنیاز برای عملیات باکتری‌ها لوله‌های پلاستیکی با سوراخ‌های مخصوص هوادهی بر روی پد قرار داده می‌شوند.‏ بادبزن‌های فشار پایین هوای مورد نیاز برای سیستم تهویه زیر ماده معدنی را تامین می‌کنند.‏ پدهای ایجاد شده توسط میزان مشخصی از محلول که شامل باکتری نیز هستند مورد پاشش قرار می‌گیرند و این باکتری‌های موجود سنگ سولفوری را به اکسیدی تبدیل می‌کنند و در اسید حل می‌شوند، محلول باردار شده ‏‎(PLS)‎‏ (شامل مقدار مشخصی است) در زیر توده جمع می‌شوند و بعضا دوباره به بالای هیپ عملیات برگردانده می‌شوند و یا مستقیما اگر میزان مس در حد مورد نظر باشد به مرحله ‏EW/SX‏ (جدایش محلول/ الکترووینینگ) برای بازیابی مس فرستاده می‌شوند. رافینت دو مرتبه به توده‌های اسیدشویی قرار گرفته، بازگردانده می‌شوند. زمان اسیدشویی برای عملیات‌های مختلف متفاوت است اما به طور ایده‌آل در حدود ۲۰۰ روز برای ماده معدنی مس ثانویه است. بازیابی مس در حدود ۸۵-۷۵ درصد متغیر است.

در شرایط کنونی بازار مس تولید به روش لیچینگ، اقتصادی است؟

در روش لیچینگ آن‌چه اهمیت دارد نوع کانسنگ و عیار ماده معدنی است. این دو عامل هستند که تعیین می‌کنند استفاده از این روش برای تولید صرفه اقتصادی دارد یا خیر. حدود دو دهه پیش در معدن مس سرچشمه با توجه به وجود خاک‌های کم‌عیار اکسیدی مس، روش لیچینگ هم از لحاظ اقتصادی و هم از لحاظ سهولت انجام کار مناسب تشخیص داده شد و به همین دلیل کارخانه لیچینگ سرچشمه در سال‌های قبل احداث شد. در حال حاضر در معدن مس سرچشمه منابع اکسیدی تمام شده است و فقط منابع کم‌عیار سولفیدی مس می‌تواند در اختیار امور لیچینگ قرار گیرد. در روش لیچینگ، تولید کردن از منابع سولفیدی بسیار سخت‌تر از تولید از منابع اکسیدی است. همین محدودیت منابع در دسترس؛ یعنی تمام شدن منابع اکسیدی و منابع سولفیدی ثانویه و تنها موجود بودن منابع سولفیدی اولیه مس که نسبت به فرایند لیچینگ سرسخت هستند، باعث شده تولید لیچینگ سرچشمه از ظرفیت طراحی کارخانه که حدود ۱۴هزار تن مس کاتدی در سال بوده است، تقریباً کاهش ۵۰ درصدی داشته باشد. با این وجود تولید در این کارخانه همچنان سودآور است.در سال ۱۳۹۶ در این کارخانه ۷۱۷۰ تن مس کاتدی تولید شده است که حدود ۵۰۰۰ تن آن از لیچینگ خاک معدنی و مابقی تولید مس از دورریز الکترولیت پالایشگاه و لیچینگ غبار دودکش‌های کارخانه ذوب بوده که کارخانه آن در سال ۱۳۹۱ تأسیس شده است. میزان تولید پیش‌بینی‌شده برای امسال با توجه به کاهش خوراک لیچینگ و کم‌عیار شدن خاک معدنی، ۶۶۰۰ تن مس کاتدی است.

برنامه‌ای برای استفاده از روش‌های جدید لیچینگ

روش‌های جدید برای استحصال مس از کانی‌های سولفیدی انجام شده است. در چند سال گذشته هم در سطح شبه‌صنعتی و هم در مقیاس صنعتی از روش بیولیچینگ استفاده شده است . در سطح صنعتی اتفاق‌های خوبی در همین اواخر سال ۱۳۹۶ افتاده و قرار است این روش در چند فاز اجرایی، به مرحله صنعتی و عملی برسد.

صرفه اقتصادی روش بیولیچینگ مس

مقرون‌به‌صرفه بودن یک روش تولید مس، علاوه بر هزینه‌های سرمایه‌گذاری، بستگی به شرایطی نظیر قیمت جهانی مس، هزینه‌های جاری تولید و… دارد اما به‌طور خاص و در شرایط فعلی، برای خاک معدن سرچشمه طبق بررسی‌های انجام شده، استفاده از بیولیچینگ مقرون‌به‌صرفه است و سوددهی مناسبی خواهد داشت.

میزان تولید مس در دنیا به روش بیولیچینگ

پیش‌بینی‌ها از میزان تولید مس به روش هیدرومتالورژی در دنیا این بود که در شرایط کنونی بیش از ۲۰ درصد تولید جهانی مس به این روش باشد، اما با وجود افزایش تولید مس در روش هیدرومتالورژی، به دلیل توسعه فرایندهای پیرومتالورژی، اکنون تولید مس با روش‌های هیدرومتالورژی بین ۱۵ تا ۱۷ درصد از کل تولید مس در دنیا است. بخشی از تولید مس در این روش به‌صورت بیولیچینگ سنگ معدنی کم‌عیار از نوع سولفیدهای ثانویه است، اما گزارش دقیقی از درصد آن منتشر نشده است.

اقدامات لازم در زمینه بیولیچینگ

مشکل اصلی در حال حاضر میزان بازیابی مس از خاکی است که در اختیار امور لیچینگ قرار می‌گیرد. از طرفی هم رفتن به سمت فرایند بیولیچینگ نیازمند تجهیزات و امکانات خاصی است که باید تهیه شود، بنابراین می‌توانیم تا زمان فراهم آمدن تجهیزات جدید، فرآیند هوادهی را به‌عنوان اولین فاز از این طرح عملی کنیم. هوادهی به تنهایی هم می‌تواند به شکل قابل توجهی بازیابی مس از خاک معدنی را افزایش دهد.
برنامه ما پیاده‌سازی عملیات هوادهی در سال جاری است. پیش‌بینی ما هم این است که در بیش از ۱۲۰هزار مترمربع از سطح موجود هوادهی انجام دهیم. انتظار می‌رود با این کار حدود ۱.۵میلیون تن از خاکی که در اختیار ما قرار می‌گیرد را بتوانیم هوادهی کنیم و استحصال مس را در این بخش از خاک حتی تا بیش از ۱۰۰درصد نسبت به شرایط فعلی افزایش دهیم.

تاثیر فرایند لیچینگ بر روی محیط‌ زیست

لیچینگ فرایندی است که در آن خاک معدنی با استفاده از اسید تحت فراوری قرار می‌گیرد و در بخشی از فرایند از مواد ارگانیک هم استفاده می‌شود. بنابراین اگر این دو ماده به محیط اطراف راه داشته باشند، قطعاً به آن آسیب می‌زنند. اما طراحی سیستم لیچینگ به شکلی است که راه‌های نشت این مواد را به محیط مسدود کرده است. تمام هیپ‌هایی که روی آن خاک‌ریزی انجام می‌شود و تحت پاشش محلول‌های اسیدی قرار می‌گیرند، توسط لایه‌ای از پلی‌اتیلن ایزوله شده‌اند و عملاً نباید نفوذی اتفاق بیفتد و اگر هم موردی در شرایط خاص مثل آسیب دیدن این لایه اتفاق بیفتد، نشت‌یاب‌هایی زیر هیپ‌ها قرار گرفته که نشتی‌ها را نشان می‌دهند و درصورتی‌که نشتی بیش از حد مجاز باشد، باید اصلاحات لازم انجام گیرد. خوشبختانه تا به امروز مورد حادی اتفاق نیفتاده است.

اقدامات لازم در زمینه بومی‌سازی در لیچینگ

بنا به یک تعریف، انجام همین فرایند بیولچینگ را هم می‌توان یک کار بومی در نظر گرفت. زیرا مطالعاتی که برای یک نوع خاص خاک معدنی و برای عملیات لیچینگ و بیولیچینگ در سرچشمه انجام شده و می‌شود مختص به همین خاک معدنی است و ممکن است برای دیگر جاها اصلاً قابل‌استفاده نباشد.لازم به ذکر است قبلاً مطالعاتی برای طرح توسعه لیچینگ انجام شده بود که در آن با شرکتی در آفریقای جنوبی همکاری کردیم و تلاش‌مان این بود که بیولیچینگ را در معدن دره‌زار پیاده کنیم. ما آن زمان هم به‌صورت مشترک با آن شرکت خارجی، به تکنولوژی‌ای دست پیدا کردیم که دومین در دنیا بود و در جای دیگری استفاده نشده بود. از سوی دیگر همین کاری که روی بازیابی مس از کانی کالکوپریت انجام می‌دهیم شاید فعلاً در کمتر جایی مورد استفاده قرار گیرد. زیرا در دیگر جاها به دلایل مختلف مثل داشتن منابع معدنی دیگری برای خوراک لیچینگ، شاید در حال حاضر نیاز به این تکنولوژی نداشته باشند اما ما به این کار نیاز داریم. این کاری که ما در لیچینگ انجام داده‌ایم تنها با همکاری مرکز تحقیق و توسعه و دانشگاه شهید باهنر کرمان انجام شده که در نوع خودش می‌توان گفت منحصربه‌فرد است و نتایج به‌دست‌آمده از آن هم در مقایسه با آنچه در دنیا گزارش شده، بسیار قابل توجه و ویژه است.

نمونه‌ای از کاربرد بیولیچینگ مس

اکثر معادنی که از روش بیولیچینگ برای استحصال فلزات استفاده می‌کنند، معادنی هستند که در منطقه نیم‌کره جنوبی واقع شده‌اند. این به خاطر شرایط آب و هوایی خاص این مناطق است که برای رشد باکتری و عملیات آنها مفیدتر هستند و در مناطقی مثل شمال آمریکا به دلیل شرایط آب و هوایی سرد کار باکتری‌ها در این مناطق با مشکل روبه رو می‌شود و در این مناطق تنها از باکتری‌های سرمادوست می‌توان استفاده کرد و از سال ۱۹۸۰، ۱۱ معدن مس و یک معدن به صورت برجا از روش بیولیچینگ استفاده کرده‌اند.‏نمونه خیلی خوب صنعتی استفاده شده از روش بیولیچینگ، معدن کبرادابلانکا در شمال شیلی است. محوطه این عملیات درون منطقه آلتی پلانو در سطح تراز ۴۴۰۰ متر واقع شده است که به خاطر شرایط خاص این منطقه کار باکتری‌ها در دمای سرد و فشار کم اکسیژن در مناطق مرتفع با مشکل روبه رو می‌شوند. در معدن مذکور ۱۷۳۰۰ تن در روز ماده معدنی سولفیدی تا ۱۰۰ درصد زیر ۹ میلیمتر سنگ‌شکنی می‌شوند، با اسید سولفوریک و آب گرم آگلومره می‌شوند و بعدا بر روی پدهایی به ارتفاع ۵/۶-۶ متر انباشته می‌شوند. پدها توسط لوله‌های مخصوص هوادهی که در زیر هیپ‌ها نصب شده‌اند و توسط فن‌هایی با فشار پایین هوادهی می‌شوند، مجهز شده‌اند. فعالیت باکتری‌ها در این معدن با بیشترین میزان موفقیت همراه است و بازیابی عملیات در حدود ۹۰-۸۰ درصد از سنگ معدنی سولفوری است که در حدود ۷۵۰۰ تن مس در سال تولید می‌کند. هزینه‌های به وجود آمده در معدن که شامل معدنکاری نیز می‌شود در حدود ۵۰ سنت به ازای هر پوند از ماده معدنی است.

خلاصه بررسی اقتصادی طرح لیچینگ و بیولیچینگ مس

ظرفیت سالیانه : ۵۰۰۰ تن
نرخ برابری دلار : ۱۴۰۰۰ تومان
مساحت زمین موردنیاز : ۳۰۰۰۰ مترمربع
زیربنای ساختمان ها : ۴۰۰۰ مترمربع
تعداد نیروی انسانی مورد نیاز : ۶۵ نفر
میزان سرمایه گذاری ثابت : ۹۰ میلیارد تومان
ارزش ماشین آلات و تجهیزات : ۶۵ میلیارد تومان
نرخ بازده داخلی : ۲۹ درصد

درصورت تمایل به این مطلب امتیاز دهید: