استخراج مس از كنسانتره سولفيدي اكتيو شده مكانيكي از طريق فروشويي
در اسيد سولفوريك

صادق محمديان1، علي سعيدي2، رضا ابراهيمي3، هادي ناصريخبر4 و صديقه زيدآبادي5
دانشجوي كارشناسي ارشد، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه آزاد نجفآباد
استاد، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه صنعتي اصفهان
استاديار، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه آزاد نجفآباد
مدير واحد ليچينگ، مجتمع مس ميدوك شهر بابك
پژوهشگر امور تحقيق و توسعه، مجتمع مس سرچشمه
phd_smo@yahoo.com

چكيده
در اين تحقيق، استخراج مس از كنسانتره مس اكتيو شده معدن ميدوك بهكمك فروشويي در محلول اسيد سولفوريك رقيق مـورد بررسـيقرار گرفت . همچنين اثر فعالسازي مكانيكي بر فرآيند تشويه بررسي شد و نهايتاً اثر توأم فعالسازي و تشويه بر فروشويي مورد بررسي قـرارگرفت. نمونههايي از كنسانتره سولفيدي همراه با آهك تحت اتمسفرهاي هوا و اكسيژن، در زمانهاي مختلف فعالسازي شد . سپس بهكمك آناليز حرارتي (TG-DSC) حداقل دما و زمان لازم براي تشويهي اين نمونهها بهدست آمد . نمونههاي فعال سازي شـده در دمـاي 750 درجـه سانتيگراد بهمدت 20 دقيقه تحت اتمسفرهاي آرگون و هوا تشويه شدند. نمونههاي تشويه شده تحت اتمـسفر هـوا و يـك نمونـه كنـسانترهفعالسازي نشده (بهعنوان شاهد ) در زمانهاي مختلف فروشويي شدند. نتايج آناليز فازي بهكمكXRD نـشان داد در اثـر تـشويه نمونـههـايفعال شده تحت اتمسفر هوا، مقدار قابل توجهي از گوگرد موجود در كنسانتره به CaSو 4CaSO تبديل ميشود. نتـايج آنـاليز جـذب اتمـينشان داد نزديك به 70 درصد بازيابي مس براي نمونه هاي تشويه شده تحت اتمسفر هوا در 30 دقيقه نخست از فروشويي صورت ميگيرد و افزايش زمان تا 4 ساعت تأثير كمي بر بازيابي مس دارد. بهدليل نامحلول بودن CaSو 4CaSO در اسيد، گوگرد در پسمانده جامد فروشـويي باقي ماند. اين پسمانده شاملFe2O3 ،CaSO4 ،CaS و سيليكاتهاي نامحلول كنسانتره ميباشد.

واژه هاي كليدي:
كنسانتره سولفيدي مس، فعالسازي مكانيكي، تشويه، فروشويي.

1- مقدمه
بــهطــور كلــي اســتخراج مــس از ســنگ معــدن بــا روشــ ـهاي پيرومتـــالورژي، هيدرومتـــالورژي و الكتروشيـــميايي صـــورتمـيگيرد [1]. اگر چـه تـاكنون روشهـاي پيرومتـالورژي غالـببودهاند، اما روشهاي جديد هيدرومتالورژي براي توليد فلـزات ازاواخر قرن نوزدهم توسعه يافتهاند [2]. روشـهاي هيـدرومتالورژيدر استخراج فلزات غيرآهني جايگاه ارزشمندي دارنـد. بـه همـينخاطر اخيـراً روشـهاي تركيبـي پيـرو و هيـدرومتالورژيكي بـراياستخراج مس از مينـرالهـاي سـولفيدي مـورد نظـر قـرار گرفتـه بهطوريكه گوگرد را بهصـورت سـولفيد و سـولفات كلـسيم درداخل مخلوط كنسانتره و آهك در حين تشويه نگه داشته شده ودر بخش هيدرومتالورژي بهصورت پسمانده جامد دفع ميشـوند [3 و 4].
فرآيند تـشويه كنـسانتره مـس در محـيط آهـك، بـهدليـل توليـدفازهاي ج ـامد گ ـوگردي، فـراواني و بهـاي كــم آهـك نـسبـتبـهديگر تركيبات بازي مورد توجه زيـادي مـيباشـند [5]. تبـديلكنسانتره سولفيدي مس بهتركيبات اكـسيدي مـس، اخيـراً مـوردتوجه قرار گرفته و مقالات متعددي در اين زمينه بهچـاپ رسـيدهاست [6]. اخيراً فرآيند تركيبي پيـرو و هيـدرومتالورژيكي در دومرحله شامل تشويه در حضور آهك براي دستيابي بهاكسيد مـسو مهار گوگرد و سپس انحـلال محـصول تـشويه در اسـيد مـوردمطالعه قرار گرفته كه در اين خصوص اطلاعات بـسيار كمـي درمنابع موجود است [7]. نتايج تحقيقات صـورت گرفتـه حـاكي ازآن است كه واكنش تشويه آهـك بـا سـولفيدهاي مـس فازهـاي CaS ،CaSO4 ،CuSO4 ،CuO.CuSO4 ،CuO و تركيبـــــــ ات اك سيدي آه ن را نتيج ه م يده د. در ادام ه مح صولات ت شويه مـي تواننـد د ر اسـيد رقيـق ح ل شـده و مـس موجـود در محل ول سولفات مس توسط فرآينـد الكتروليـز استحـصال شـود. بـهدليـلن امحلول ب ودن CaSو 4CaSO در اس يد، گ وگرد در پ سمانده جامد فروشويي باقي ميماند و اين پسمانده شامل CaSO4 ،CaS، 3Fe2O و سيليكاتهاي نامحلول كنـسانتره مـيباشـد . ايـن پـسمانده ممكن است بوسيله محلولهاي سيانيدي جهت بازيابي طلا و نقـرهتحت فروشويي قرار گيرد [8]. نتايج برخـي تحقيقـات اخيـر [9]، ن شان م يده د فع الس ازي مك انيكي مخل وط كن سانترهه اي سولفيدي مس و آهك واكـنشپـذيري آنهـا را در زمـان تـشويه بهمقدار قابل ملاحظهاي افزايش ميدهد كه خـو د باعـث افـزايشحلاليت مس در فرآيند فروشويي ميشود.

جدول (1): آناليز فازي كنسانتره سولفيدي مس ميدوك.
گانگ FeS2 CuS CuFeS2 Cu2S مينرال
20/6 33/4 5/3 8/5 32/2 درصد
وزني

جدول (2): آناليز عنصري كنسانتره سولفيدي مس ميدوك.
گانگ S Fe Cu عنصر
10/24 32 23/25 34/51 درصد
وزني

در اين تحقيق فروشويي كنسانتره فعال سازي نشده مس ميـدوكتوسط اسيد سـولفوريك رقيـق در شـرايط بهينـه بررسـي شـده وهمچنين تأ ثير تشويه در محيط آهك با اتمـسفر هـوا بـر رانـدمان حلسازي مس و تثبيت گوگرد بهشكل فازهاي جامـد غيـر قابـلحل در اسيد مورد مطالعه قرار ميگيرد.

مواد و روش تحقيق
2-1- مواد مصرفي
1- كنسانتره سولفيدي مورد مصرف از مجتمع مس ميدوك شهر بابك تهيه شد كه آناليز فازي و عنصري آن بهترتيـب در جـدول
(1) و (2) آورده شدهاست.
بهعنوان عامل فروشويي از اسيد سولفوريك تجـاري اسـتفادهشد.
از آهك صنعتي تكلـيس شـده بـا خلـوص بـالاي 98 درصـدوزني بهعنوان منبع اكسيد كلسيم استفاده شد.
تجهيزات
آن اليز حرارت ي (TG-DSC) ب ا اس تفاده از ي ك دس تگاه آن اليز
حرارتـي NETZSHمـدل STA409 صـورت گرفتـه و شـرايطآناليز در اين دستگاه با نرخ گرمايش K/min˚10، حداكثر دمـاي 1200 درجه سانتيگراد و اتمسفر آرگون تنظيم شد. بـراي انجـامتشويه تحت اتمسفر آرگون و هوا بهترتيب ازكوره هاي لولهاي و مــوفلي مــدل Atash1500 ســاخت شــركت Exition اســتفاده گرديد. آزمايشهاي فروشويي در يك بشر شيشهاي بر روي يـك هيتر مجهز بههمزن مغناطيسي انجام گرفت و براي كنتـرل درجـهحرارت از دماسـنج جيـوهاي بـا دقـت 5/0± درجـه سـانتيگـراد استفاده شد. براي آنـاليز فـازي از دسـتگاه اشـعه ايكـسPhilips مدل Xpert بـا پرتـوي CuKα و بـراي آنـاليز محلـول از دسـتگاهجذب اتمي شركت واريان مدل 240 استفاده شدهاست.
نحوه انجام آزمايشها
مقدار معيني اسـيد سـولفوريك توسـط آب مقطـر بـهحجـم 200 سي سي رسـانده شـد تـا غلظتهـاي 5، 7 و 10 درصـد وزنـي اسـيد سولفوريك تهيه شود. محلول تهيه شده روي هيتر قرار گرفتـه تـابهدرجه حرارت مورد نظر برسد. در سري اول آزمايشها مقـدار 5 گرم كنسانتره فعالسازي نشده بهمحلول افـزوده شـده و عمليـاتفروشويي با زدن كليد همزن آغاز شد. فرآيند فروشويي بـر رويكنسانتره فعال سازي نشده با نسبتهاي مختلف حجم اسيد بهوزن جامد انجام گرفت. در زمانهاي مشخص و بهمنظور نمونه برداري، 5 سي سي از محلول جهت آناليز شيميايي گرفته شده و بلافاصـلهتوسط 5 سي سي آب مقطر جايگزين ميگردد. نمونـه هـا پـس ازرقيقسازي توسط دستگاه جذب اتمي آناليز شدند.

شكل (1): الگوهاي پراش پرتو ايكس مخلوط پودري كنسانتره و آهك فعالسازي نشده، فعالسازي شده در اتمسفر هوا بهمدت 10 ساعت و فعالسازي شده در اتمسفر اكسيژن بهمدت 1 و 10 ساعت.
بهمنظور انجام آزمايشهاي فعالسازي مكانيكي، مقـدار 5/7 گـرممخل وط كن سانتره و آه ك (مخل وطي ب ا ن سبت م ولي گ وگرد كنــسانتره بــه آهــك 1: 1) بــهمــدت زمــان 10 ســاعت تحــتاتمسفرهاي هوا و اكسيژن در آسياي گلولهاي سياره اي با سرعت rpm 600 فعال سازي شد . بـدين منظـور از 5 عـدد گلولـه بـهقطـر4/25 ميليمتر و بـا وزن كـل 152 گـرم اسـتفاده شـد. نمونـه هـايفعال سازي شده در دماي 750 درجه سانتي گراد بهمدت 20 دقيقهتحت اتمسفر هوا تشويه شدند و پـس از آن توسـط پـراش اشـعهايك س (XRD) م ورد آن اليز ف ازي ق رار گرفتن د. ش رايط بهين ه فروشويي كه از بررسي اثر پارا مترهاي نسبت حجـم اسـيد بـهوزن جامــد، غلظــت اســيد و درجــه حــرارت فروشــويي كنــسانترهفعال سازي نشده تعيين شد، براي فروشويي نمونـههـاي حاصـل ازتشويه بهكار گرفته شد.

نتايج و مباحث
3-1- فعالسازي مكانيكي
بــراي مقايــسه بــين فاز هــاي موجــود در قبــل و بعــد از فرآينــدفعال سازي مكانيكي، از مخلـوط كنـسانتره و آهـك فعـالسـازي نشده آنـاليز فـازي XRD گرفتـه شـد. ايـن آنـاليز فـازي، تمـاميفازهاي سولفيدي مس و آهن موجود در كنسانتره را بههمراه فـاز2Ca(OH) (فاز هيدراتهCaO ) نشان داد (شكل 1).
نتايج آناليز فازي بهكمك XRDنشان دادند، فعالسازي بر روي مخلوط كنسانتره و آهك به مدت زمان 10 ساعت در محيط هوا، هيچگونه فاز جديدي شكل نميگيرد و تنها خردايش كريـستالي فازها را بهدنبال داشته است. همچنين ملاحظه شدكه با فعالسـازيمخلوط كنـسانتره و آهـك بـهمـدت زمانهـاي 1 و 10 سـاعت درمحيط اكسيژن، علاوه بر توزيـع آهـك در بـين ذرات كنـسانتره،منج ر ب هش كلگي ري مق دار خيل ي كم ي ف ازCaS م يش ود.
نمودارهاي پراش اشعه ايكـس نمونـههـاي فعـال شـده در محـيطاكسيژن نشان دادند كه تنها تفاوت در اين دو زمـان فعـالسـازي،افزايش خردايش كريستالي فازها در 10 ساعت فعالسازي نسبتبه 1 ساعت فعالسـازي بـودهاسـت . افـزايش بـينظمـي در زمينـه پ راش و اف ـزايش پهن اي پي ك ه ا در م دت زم ان 10 س اعت فعالسازي اين مسئله را تأييد مي كند. با اين وجود انتظار ميرفت بهدليل افزايش فعالسازي از 1 به 10 سـاعت، سـطح ويـژه ذراتكنسانتره بيشتر افزايش يابد و بـهدنبـال آن ميـزان واكـنشپـذيريسطوح ذرات با گاز اكسيژن بيشتر خواهد شد. اما از آنجـايي كـهحرارت ناشي از فعـالسـازي جهـت انجـام فرآينـد تـشويه كـافينيست، مقدار فاز CaS شكل گرفته از هـر دو نمونـه تـا حـدودييكسان بدست آمد.
در مقايسه الگوي پراش پرتو ايكـس نمونـه فعـالسـازي نـشده بـانمونههاي فعال سازي شده ، ملاحظه مـيشـود در اثـر آسـيابكاريفازه اي هيدرات ه ح ذف ش ده ان د. همچنـين ب هنظ ر م يرس د كالكوپيريت به سولفيد مس و آهن تجزيه شدهاست. نمودارهـايپراش اشعه ايكس نمونههاي فعـالسـازي شـده در محـيط هـوا واكسيژن، حذف پيك هاي مربوط به 2Ca(OH) را نشان ميدهنـد .
ولي اين نمودارها پيك هاي فاز جديدي كه حاويCa يا تركيبيازCaO باشد را نـشان ندادنـد. زوايـاي پيـكهـاي فـاز 2 FeSدر مخلوط كنسانتره و آهك فعال نشده با نمونههـاي فعـال شـده درمح يط ه وا و اك سيژن مقاي سه ش دند و معل وم ش د ك ه پ س از فعالسازي، زوايـاي فـاز 2FeS تغييـر نكـردهانـد . بنـابراي ن پـس از فعالسازي هيچگونه محلول جامـدي شـكل نگرفتـه و 2Ca(OH)

جدول (3): نمونههاي تهيه شده براي فرآيند تشويه با اتمسفر آرگون.
اتمسفر
تشويه كد نمونه پس از تشويه شرايط نمونه تهيه شده
زمان فعالسازي محيط فعالسازي
آرگون A1 10 ساعت هوا
A2 10 ساعت اكسيژن

آمورف شده بهطوريكه پيك هاي مربوط بهآن در زمينـه پـراشقرار گرفتـهانـد . فازهـاي 2CuFeS و CuS پـس از هـر دو محـيطفعالسازي نيز وجود دارند، ولي بهدليل مقدار وزني كـم آنهـا دركنسانتره اوليه و نيز بر اثر آمورف شدن، توسط آناليز فازي اشـعهايكس تشخيص داده نشدند.
3-2- تشويه
نمونههاي فعال سازي شده بـهمـدت 10 سـاعت در محـيط هـوا و اك سيژن، ب هدلي ل توزي ع يكنواخ تت ـر آه ك در ب ين ذراتكنسانتره، بهعنوان نمونـههـاي آمـادهسـازي شـده جهـت فرآينـدتشويه انتخاب شدند. تشويهي غير همدماي اين دو نمونـه توسـطآنـــاليز حرارتـــي (TG-DSC) مـــورد بررســـي قـــرار گرفـــت (شكلهاي 2 و 3). با توجه بهنمودار شكلهاي (2) و (3) ملاحظه م يش ود دم اي ش روع ت شويه ح دود 750 درج ه س انتي گ راد مي باشد، لذا براي آزمايشهاي هـمدمـا جهـت بررسـي سـينتيك تشويه دماي 750 درجه سانتيگراد و مدت زمان 20 دقيقـه بـرايتشويه هر دو نمونه در نظرگرفته شد . بهاين ترتيب نمونهها مطـابقجدول (3) تهيه شدند و مورد تشويه قرار گرفتند.
نمودار پراش اشعه ايكس دو نمونهA1 و A2 مشابه هم بـهدسـتآمد و بهعنوان مثال الگوي پراش اشعه ايكس نمونه A2 در شكل (4) آورده شدهاست. ملاحظه ميشـود در اثـر تـشويه در اتمـسفرآرگون حذف گوگرد كنسانتره از طريق شـكلگيـري فـازCaS انجام ميشود و اكسيداسيون آهن نيز از طريق واكنش بـا آهـكانجام شـدهاسـت . بـه عـلاوه تركيبـات جديـدي از مـس- آهـن وگوگرد تشكيل شدهاست.
نمونههاي مشابهي جهت فرآيند تشويه در اتمسفر هوا طبق جدول (4) تهيه شد.

شكل (2): منحنيهاي TG-DSCبراي مخلوط كنسانتره و آهك فعالسازي شده بهمدت زمان 10 ساعت تحت اتمسفر هوا.

شكل (3): منحنيهاي TG- DSC براي مخلوط كنسانتره و آهك فعالسازي شده بهمدت زمان 10 ساعت تحت اتمسفر اكسيژن.

شكل (4): الگوهاي پراش پرتو ايكس نمونههاي تشويه شده در اتمسفرهاي آرگون و هوا (U: نمونه فعال سازي نشده و تشويه شده در هوا، 2B: نمونه فعال شده و تشويه شده در هوا و 2A: نمونه فعال شده و تشويه شده در محيط آرگون).
جدول (4): نمونههاي تهيه شده براي فرآيند تشويه با اتمسفر هوا.
اتمسفر
تشويه كد نمونه پس از تشويه شرايط نمونه تهيه شده
زمان فعالسازي محيط فعالسازي
هوا B1 10 ساعت هوا
B2 10 ساعت اكسيژن

بهعنوان مثال الگوي پراش اشعه ايكـس نمونـه B2در شـكل (4) آورده شده است. تشويه با اتمسفر هوا نشان داد كه تثبيت گوگرداز طريق شكلگيـري فازهـاي CaS و 4CaSO صـورت گرفتـه و
مقدار قابل تـوجهي فـاز CuO از فازهـاي سـولفيدي مـس شـكلمي گيرد.
يك نمونه مخلوط كنسانتره و آهك فعالسـازي نـشده در دمـاي 750 درجه سانتي گراد بهمدت زمان 20 دقيقه مـورد تـشويه قـرارگرفت (نمونه U). البته مجموعه مواد كنسانتره و آهك بهمدت 5 دقيقه در هاون دستي مخلوط شده و سپس تحت تشويه با اتمسفرهوا قرار گرفتند. نمودار پراش اشـعه ايكـس ايـن نمونـه مقـداري2Ca(OH) را نشان ميدهد. در توضيح اين مسئله ميتـوان گفـتكه در استفاده از هاون دستي اختلاط مجموعـه مـواد كنـسانتره وآهك به خوبي صورت نگرفته است بهطوريكـه مقـدار كمـي ازآهك صرف تثبيت گوگرد و مابقي آن بهصـورت آهـك عمـلنكرده در بين مواد حاصل از تشويه باقي ميماند. همچنـين ميـزانتشكيل فازهاي CaSو 4CaSO در نمونـه U نـسبت بـهنمونـه B2 كمتر ميباشد ولي ميزان تشكيل فاز CuO در نمونهU قابل توجه است. اختلاط غيريكنواخت آهك و كنسانتره در نمونه U باعـثشدهاست كه مقدار كمي از گوگرد توسط تشكيل فازهـايCaS و 4CaSO تثبيت شود و قسمت عمده آن توسط شكلگيري گـازبهطور كلي واكنشهاي تشويه با اتمـسفر هـوا بـراي سـولفيدهايمـس – آهـن فعـالسـازي شـده در محـيط آهـك، بـصورت زي ر پيشبيني ميشوند:
CuFeS2 + 2CaO + 17/4O2 = CuO +
1/2Fe2O3 + 2CaSO4,∆G1023˚K = -1205 Kj/mole (1)
3/2Cu2S + FeS2 + 3/4O2 + 1/2CaO = 1/2CuFeS2 + (2)
1/2Cu5FeS4 + 1/2CaSO4,∆G1023˚K = -287 Kj/mole :واكنش (5) از تركيب دو واكنش (3) و (4) انجام ميشود
3/2Cu2S+3/2CaO+1/4O2 = Cu2O+3/2CaS+CuO (3)

Cu2O + 1/2O2 = 2CuO
3/2Cu2S + 3/2CaO + 3/4O2 = 3CuO +
3/2CaS,∆G1023˚K = -128 Kj/mole
Cu2S + CaO + 5/2O2 = 2CuO +
CaSO4,∆G1023˚K = -672 Kj/mole
CuS + CaO + 2O2 = CuO + (7)
CaSO4,∆G1023˚K = -435 Kj/moleفاز 3 Fe2Oعلاوه بر انجام واكنش (1)، ميتواند از انجام واكـنش
(10) طي دو مرحله بهوجود آيد:
2FeS2 + 2CaO + 3O2 = 2FeS + 2CaSO4
-18247173840

2FeS + 2CaO + 1/2O2 = Fe2O3 + 2CaS
2FeS2 + 4CaO + 7/2O2 = Fe2O3 + 2CaS +
2CaSO4,∆G1023˚K = -1195 Kj/mole طبـق واكـنشهـاي CaS از CaSO4 بهطور كلي شكلگيري فـاز
و (12) حدس زده ميشود:
CaO+SO2+1/2O2=CaSO4,∆G1023˚K= -460 Kj/mole (11)
CaS + 2O2 = CaSO4,∆G1023˚K = -600 Kj/mole در الگوي پراش اشعه ايكس نمونه B (شكل 4) مشاهده شد كه ش دت پي كه اي ف از اكـسيد آه ن (3Fe2O) ن سبت ب هش دت پيك هاي فاز اكسيد مس (CuO) بـه مراتـب كمتـر مـيباشـد . در صـورتي كـه انـرژي آزاد بـراي تـشكيل فـاز اكـسيد آهـن ن سبتبه اكسيد مس منفيتر مي باشد. بهعنوان مقايسه واكنشهـاي (6) و (10) را در نظ ر بگيري د. اولاً در آنـاليز فـازي ب هروش XRD از لامپ مسي استفاده شد در صورتيكه پرتوهـاي مـسي، تركيبـاتاكسيدي آهن را بهخوبي تركيبات اكسيدي مس نشان نميدهنـد . ثانياً، مقداري از فـاز 2 FeS(فـاز عمـده آهـن در كنـسانتره ) طبـقواك نش (2) ص رف ت شكيل فازه اي كال كوپيري ت و بورني ت
مي شود. البتـه احتمـال آن مـيرود كـه فـاز 3 Fe2Oشـكل گرفتـه آمورف بوده و مقداري از آن در زمينه الگوي پراش اشعه ايكسقرار گرفته باشد.
3-3- فروشويي
ب همنظ ور اف زايش مي زان انح لال و دس تيابي ب هش رايط بهين هفروش ويي، آزماي شهاي متع دد فروش ويي ب ر روي ي ك نمون هكنسانتره فعال سازي نشده انجـام شـد. بـه ايـن ترتيـب پارامترهـاينسبت حجم اسيد بـهوزن جامـد، غلظـت اسـيد و درجـه حـرارتفروشويي بهطور دقيق مورد بررسي قـرار گرفتنـد. بهبـود شـرايطفروشويي از بين تمامي غلظتهاي ر قيق اسيد، دراسيد بـا غلظـت6/106 گرم بر ليتر مشاهده شـد. بنـابراين بـراي رسـيدن بـهديگـرشرايط بهينه فروشـويي، از اسـيد بـا غلظـت 6/106 گـرم بـر ليتـراستفاده شد . نسبت حجم اسيد بهوزن جامد تأثير چنداني بر ميزانانحلال نداشت ولي با اين وجود نسبت حجم اسيد بـهوزن جامـد40 به 1 بهترين نتيجه كلي را در بر داشتهاست.
شكل (5- الف) نشان داد كه افـزايش دمـا برميـزان انحـلال مـساثري محسوس دارد. در اين شكل تأثير دما خـصوصاً در تغييـر از25 به 50 درجه سانتي گراد بهوضوح ديده ميشود. ميزان افزايشانحلال مس با افزايش دما به 65 درجـه سـانتيگـرا د اگـر چـه درمقايسه با 50 درجه سانتي گراد تغيير كمي نمودهاست ولـي منجـربهحـداكثر بازيـابي مـس در تمـامي زمانهـاي فروشـويي گرديـدهاست.
با بررسي شرايط فروشويي نمونه شاهد معلوم شد كه شرايط بهينهفروشويي در اسيد با غلظت 6/106 گرم بر ليتر، نسبت حجم اسيدب هوزن جام د 40 ب ه 1، دم اي 65 درج ه س انتيگ راد و پ س از گذشت 24 ساعت از زمان فروشويي حاصـل مـيشـود . حـداكثرميزان انحلال مس از فروشويي نمونه شاهد تحت شرايط بهينه يادشده، 36 درصد بدست آمد.

جدول (5): نمونههاي تهيه شده براي فرآيند فروشويي.
كد نمونه پس از فروشويي مراحل تهيه نمونه
1- فعالسازي
مكانيكي 2- تشويه با
اتمسفر هوا
LB1 10 ساعت در اتمسفر هوا 20 دقيقه در
دمايC ˚750
LB2 10 ساعت در اتمسفر اكسيژن 20 دقيقه در
دمايC ˚750

از شرايط بهينهي بدست آمده در فروشـويي نمونـه شـاهد، بـرايفروش ويي نمون هه اي ت شويه ش ده اس تفاده ش د . ب دين منظ ور نمونههاي تهيه شده طبق جدول (5) تحت فروشويي قرار گرفتند. بهمنظور مشخص شدن نرخ انحلال مس نمونههـاي LB1 و LB2 در اسيد سولفوريك، در ابتدا فروشويي با زمانهاي 2، 4، 6، 12 و24 ساعت انجام شد. نرخ بازيابي مس پس از گذشـت 4 سـاعتاز زمان فروشويي ثابت شد. بههمين خاطر نمونهبرداري از محلول فروشويي در فاصله زماني 30 تا 240 دقيقه (بـا پريـود 30 دقيقـه ) انجام شد.
همانطوركه از شكل (5- ب) مشاهده مي شود، براي هر دو نمونـه LB1 و LB2 انحــلال در 30 دقيقــه نخــست بــا ســرعت بــالاييپيشرفت مي كند، به نحويكه بخش اعظم بازيابي مـس بـراي هـردو نمونه در همين فاصله زماني صـورت مـيگيـرد . اگـر فرآينـدانحلال به 2 مرحله تقسيم شود، دليل عمده چنين رفتاري آشكاراميشود. در 30 دقيقه نخست (مرحله اول ) فاز CuO شكل گرفتـهاز فرآيند تـشويه بـهراحتـي در اسـيد رقيـق حـل شـده و سـرعتانحلال بالاست.
پريودهاي زماني پس از 30 دقيقـه (مرحلـه دوم) صـرف انحـلالفازهاي 2CuFeS و 4 Cu5FeSشدند، بهطوريكه سرعت انحـلاليكدفعه نزول فاحشي از خود در اين مرحله نشان داد. با اين حـالبعد از اتمام 4 ساعت از زمـان فروشـويي، ميـزان بازيـابي مـس ازفروش ويي نمون هه ايLB1 و LB2 ب هترتي ب 81 و 83 درص د حاص ل ش د. اولاً مقاي سه فروش ويي نمون هه اي LB1 و LB2 (5- ب) با فروشويي نمونه فعالسازي نشده (5- الف ) تـأثير قابـلملاحظه فعال سازي را بر فرآينـد فروشـويي نـشان مـيدهـد، ثانيـاً ملاحظه مي شود اصولاً مـي تـوان بـا جداسـازي و تثبيـت گـوگردبه صورت يك فاز جامد فرآيند فروشـويي را بـا بـازده و سـرعتقابل قبـول انجـام داد. همچنـين شـكل (6) نـشان داد كـه پـس ازسپري شدن 4 ساعت از فروشويي نمونههاي LB1 وLB2 ، ميزان بازيابي آهن تنها در حدود 7 درصد بودهاست. ايـن امـر ناشـي ازانحلال بسيار كم فاز 3 Fe2Oدر اسيد رقيق ميباشد.

شكل (6): نمودار تغييرات بازيابي آهن بر حسب زمان فروشويي براي
.LB2 و LB1 نمونههاي

شكل (5): نمودارهاي تغييرات بازيابي مس بر حسب زمان فروشويي براي نمونههاي (الف): كنسانتره فعالسازي نشده و (ب): اكتيو شده مكانيكي LB1 و .LB2
4- نتيجهگيري
بهطور كلي ميتوان نتايج را بهصورت زير خلاصه كرد:
فعال سازي مكانيكي بـر روي مخلـوط كنـسانتره و آهـك درزمانهاي 1 و 10 ساعت در محيط اكـسيژن منجـر بـهشـكل گيـريمقدار خيلي كمي فازCaS ميشود ولي با انجـام فعـالسـازي دراتمسفر هوا فاز CaS تشكيل نميشود.
فرآيند تشويه با اتمسفر آرگون، حـذف گـوگرد كنـسانتره ازطريق تشكيل فازCaS را بهدنبال داشت ولي بهطور كلي محيطـيمناسب براي ايجاد فازهاي اكسيد مس و آهن نبود.
در اثر فعالسازي و اختلاط مناسب توسـط آسـياب گلولـهاي سيارهاي بخش اعظمي از گوگرد موجود در كنـسانتره در تـشويهبا اتمسفر هوا به CaSو 4CaSO تبديل ميشود و تنها مقدار كمي از گوگرد كنسانتره توسط شكلگيري گاز 2SO حذف ميشود.
از فروشويي نمونههاي حاصل از تشويه معلوم شد كـه بخـشاعظ م بازي ابي م س در 30 دقيق ه نخ ست از فروش ويي ص ورت مي گيرد و افزايش زمان تا 4 ساعت تأثير كمـي بـر بازيـابي مـسدارد. به اين ترتيب علاوه بر كوتاه شدن زمان فروشـويي، احتمـالانحلال اجزاي نامطلوبي چون آهن كاهش مييابد.
در فرآين د فروش ويي نمون هه اي حاص ل از ت شويه ب هدلي ل ن امحلول ب ودن CaS و 4CaSO در اس يد، گ وگرد در پ سماندهجامد فروشويي باقي ميماند و اين پسمانده شامل CaSO4 ،CaS،
3Fe2O و سيليكاتهاي نامحلول كنسانتره ميباشد.
نــرخ انحــلال مــس از محلــول فروشــويي نمونــه كنــسانترهفعال سـازي نـشده، 36 درصـد حاصـل شـد در صـورتيكـه نـرخانحلال مس از محلول فروشويي نمونههـاي تـشويه شـده بـهبـيشاز80 درصد رسيد.

تشكر و قدرداني
اين تحقيق با همكاري و حمايت مالي شركت ملـي صـنايع مـساي ران در مجتم ع م س مي دوك ش هر باب ك انج ام ش دهاس ت.
بدينوس يله مرات ب ت شكر خ ود را از م ديريت واح د ليچين گميدوك و همچنين مديريت مركز تحقيق و توسعه مس سرچشمهاعلام ميداريم.

مراجع
ح. رضوي زاده و ر. وقـار ، “متـالورژي مـس”، انتـشارات دانـشگاهعلم و صنعت ايران، چاپ سوم، 1382.

A. R. Burkin, Chemical Hydrometallurgy Theory and Principle, Imperial Collage Press (ICP), London, pp. 10-15, 1979.

B. S. Terry and G. Riveros, Lime Concentrate Process for Roasting of Copper Bearing Sulfides-Part 1, Trans. Inst. Mining Metall, Vol. 103, pp. C193-C200, 1994.

R. W. Bartlett and H. H. Haung, The Lime-Concentrate Pellet Roast Processfor Treating Copper Sulfides Concentrate, J.O.M, Vol. 25, pp. 28-34, 1993.

K. Rajamani and H. Y. Sohn, Kinetics and Sulfur Fixation in the Reduction or Oxidation of Metal Sulfides Mixed with Lime, Metall Trans. B, Vol. 148, pp. 80-175, 1983.

F. Habashi, Principles of Extractive Metallurgy, Gordon and Brach, Vol. 3, pp. 53-57, 1986.

N. Sandish and H. K. Worner, Microwave Application in the Oxidation of Metal Sulfides, J. Microwave Power Electromagn. Energy, Vol. 25, pp. 177-180, 1996.

F. P. Harvey and M. M. Wong, Making Copper without Pollution, Min. Eng, Vol. 24, pp. 52-53, 1972.

G. Riveros and T. Marin, Lime Concentrate Roasting Studies-Effect of Activated Lime Stone, Miner. Eng, Vol. 17, pp. 469-471, 2004.



قیمت: تومان