طرح تولید مس کاتدی به روش لیچینگ، استخراج حلالی، الکترووینینگ (L – SX – EW)
مقدمه
ایران از نظر ذخایر معدنی بر روی کمربند جهانی مس (Copper) قرار گرفته است که از جنوب شرقی ایران شروع و تا شمال غربی و نواحی آذربایجان ادامه دارد. با توجه به اینکه مس یکی از مفیدترین و پرمصرف‌ترین عناصر فلزی است و با پیشرفت تکنولوژی امکان استخراج اقتصادی مس از سنگ معدن‌های کم عیار با آلودگی کمتر محیط‌زیست نیز فراهم شده است، استفاده از روش‌های هیدرومتالورژی (Hydrometallurgy) – محلولی، برای استخراج مس بویژه از سنگ معدن‌های اکسیدی گسترش یافته است. بیش از 45 درصد مس تولیدی در دنیا، در صنایع برق و ابزارهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد و صنایع الکترونیک بیشترین سهم مصرف مس در دنیا را به خود اختصاص داده است. ترکیب مس با سایر فلزات موجب ایجاد آلیاژهایی می‌شود که دارای ویژگی‌ها و خصوصیات دیگری نظیر سختی، قابلیت انبساط و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی هستند. این آلیاژها سبب شده است که کاربرد مس وسیع‌تر گردد. از مهمترین آلیاژهای مس می‌توان به برنج، برنز و آلیاژهای مس – نیکل اشاره کرد.
با توجه به قرارگیری کشور ایران بر روی کمربند فلزی و وجود ذخایر غنی مس در داخل کشور مانند: مس سونگون، مس سرچشمه، خاتون آباد، قلعه زری، چهل کوره، میدوک و معادن پراکنده اکسیدی و سولفیدی دیگر و وجود بازار مناسب هم از نظر مصرف داخلی و هم صادرات به سایر کشورها بویژه چین، این صنعت از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. در ایران تصور بر آن است که جایگاه اقتصادی مس پس از نفت و گاز قرار دارد، به عقیده کارشناسان، حجم ذخایر واقعی کشور به مراتب بیشتر از حجم ذخایر شناسایی شده است.
شرکت آرامیکو به عنوان یک شرکت دانش‌بنیان فعال در زمینه صنایع متالورژی و معدنی، تحقیقات گسترده‌ای را در زمینه فرآیندهای تولید مس بویژه از سنگ معدن اکسیدی و به روش هیدرومتالورژی انجام داده است و محدوده‌های معدنی مختلفی را برای انجام فرآیندهای متالورژیکی مورد بررسی قرار داده است. این شرکت توانسته است تا در مقیاس آزمایشگاهی و نیمه صنعتی ضمن بررسی پارامترهای فرآیندی، طراحی مهندسی واحد تولید مس کاتد به روش هیدرومتالورژی را انجام دهد.
کاربردها
مس به عنوان یک فلز با ارزش و پرکاربرد در صنایع الکتریکی (سیم و کابل، تیوب و نوار فلزی، سخت‌افزار لوازم و تجهیزات دیجیتالی، مدارهای الکتریکی)، صنایع ساختمانی (تیوب و لوله، سیفون و والو، شیرآلات و اتصالات، صفحات نازک و ریخته‌گری درب و پنجره، سیستم‌های گرمایشی، افشانه‌های اطفا حریق، سیم و کابل)، صنایع حمل و نقل (سیم و کابل و تیوب، نوار، پمپ و قطعات آن، خودورهای برقی)، آلیاژسازی، صنایع دارویی، حشره‌کش‌ها و … کاربرد دارد.
فرآیندها
از فرآیندهای حرارتی برای تولید مس به روش پیرومتالورژی استفاده می‌شود که عمده ماده اولیه مورد نیاز این واحدهای صنعتی سنگ معدن سولفیدی مس است.
فرآیندهای هیدرومتالورژیکی استخراج مس دارای مزایایی چون قدرت استخراج انتخابی بالای فلز مورد نظر می‌باشند و برای سنگ‌معدن‌های کم‌عیار مس اکسیدی یا اکسیدی – سولفیدی مناسب هستند. همچنین از این فرآیندها می‌توان برای استخراج مس از پسماندها، ضایعات و محصولات میانی نیز استفاده کرد. در فرآیند هیدرومتالورژی تولید مس از سنگ معدن اکسیدی، سنگ معدن توسط تجهیزات سنگ‌شکنی و آسیاب تا اندازه معین بر اساس نوع روش حل‌سازی (لیچینگ) دانه‌بندی شده و با توجه به خواص سنگ و عیار مس آن به یکی از روش‌های حوضچه‌ای (Vat leaching)، انباشته‌ای (Heap leaching) یا همزنی (Agitation leaching) تحت فرآیند حل‌سازی قرار می‌گیرد. مس موجود در سنگ معدن وارد محلول شده و به واحد استخراج حلالی (Solvent extraction) انتقال می‌یابد. در این واحد محلول حاوی مس تغلیظ شده و ناخالصی‌های آن به کمک یک محلول آلی گرفته می‌شود. محلول پرعیار مس که عمدتا حاوی 45 – 35 گرم بر لیتر مس می‌باشد به یکی از روش‌های الکترووینگ تحت فرآیند قرار می‌گیرد. الکترووینیگ مس می‌تواند در حوضچه‌های سلول الکتروشیمیایی یا به کمک سلول‌های الکتروشیمیایی استوانه‌ای انجام شود. بسته به عیار سنگ معدن و شرایط فرآیندی امکان حذف مرحله استخراج حلالی از فرآیند و ورود مستقیم PLS به واحد الکترووینینگ وجود دارد.
همچنین برای محلول‌های کم‌عیار مس که ناخالصی‌های آن بسیار پایین است می‌توان بدون استفاده از سیستم استخراج حلالی در سلول‌های الکتروشیمیایی مس پودری تهیه کرد. همچنین به روش استفاده از حوضچه‌های سمنتاسیون می‌توان با استفاده از قراضه آهن، مس سمانته تولید نمود. که بسته به شرایط سنگ معدن و خواص شیمیایی و فیزیکی آن می‌توان از یکی از روش‌های فوق برای تولید مس استفاده کرد.
بازیافت قراضه‌های مسی یکی دیگر از روش‌های بازیابی مواد فلزی است که با ذوب قراضه و استفاده از روش الکتروریفاینینگ می‌توان مس کاتد تولید نمود.
تحولات و پیشرفت روش هیدرومتالورژی، ناشی از سازگاری بیشتر این روش با محیط زیست و مصرف کمتر انرژی است. از آنجا که تولید مس در این روش در دمای پایین صورت می‌گیرد، این کارخانه فاقد آلاینده گازی است. در واحد انحلال نیز با نصب لایه غیرقابل نفوذ و سیستم‌های نشان دهنده‌ی نشتی محلول، از نفوذ محلول اسیدی به زمین جلوگیری می‌شود. کلیه محلول‌ها نیز در مسیر بسته قرار داشته و در نتیجه این اقدامات آلودگی این روش بسیار بسیار پایین است.
از ماشین‌آلات و تجهیزات مختلف مانند: سنگ‌شکن فکی، سنگ شکن چکشی، آسیاب گلوله‌ای، تجهیزات انتقال مواد، مخازن ذخیره مواد، تانک‌های لیچینگ، میکسر – ستلرهای استخراج حلالی، حوضچه‌های یا سیستم‌های استوانه‌ای الکترووینینگ، رکتیفایر (منبع تغذیه) و … در یک واحد تولید مس به روش هیدرومتالورژی استفاده می‌شود.
شرکت آرامیکو به عنوان یک شرکت دانش‌بنیان مجری پروژه‌های صنعتی، متالورژی و معدنی است که با استفاده از تجربیات و دانش فنی بومی امکان طراحی مهندسی، ساخت و راه‌اندازی واحدهای تولید مس به روش هیدرومتالورژی را دارد.