وب سایت دنیای دانستنی
درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ : sajjad yaghoobi
دوشنبه 25 اردیبهشت 1391
مس در طبیعت:
   مس در طبیعت به صورت مس خالص، سولفیدی یا اکسیدی موجود است که بیشتر به حالت کانی‌های سولفیدی چون کالکوپیریت، بورنیت و کالکوزیت یافت می‌شود. مس طبیعی در حالت آزاد به‌صورت توده‌های بزرگ یا به شکل ذرات پراکنده در سنگ‌های آذرین در قشر زمین بوجود آمده است. در واقع این نوع مس در طبیعت زیاد نیست و فقط در بعضی نقاط دنیا مانند نواحی دریاچه‌ی «سوپریور» در ایالات متحده‌ی آمریکا، در کشور بولیوی، چین، شیلی و ایران دیده شده‌ است.
   عیار چنین مسی اگر به‌صورت توده‌ای باشد، بیش از 92% و اگر به‌صورت ذرات پراکنده باشد در حدود 1.5-1% می باشد.
  مس در طبیعت:
   مس در طبیعت به صورت مس خالص، سولفیدی یا اکسیدی موجود است که بیشتر به حالت کانی‌های سولفیدی چون کالکوپیریت، بورنیت و کالکوزیت یافت می‌شود. مقدار درصد مس شامل 0.5% مس در معادن روباز تا 1-2% در معادن زیرزمینی است (فرجی، 1371).
   مس طبیعی در حالت آزاد به‌صورت توده‌های بزرگ یا به شکل ذرات پراکنده در سنگ‌های آذرین در قشر زمین بوجود آمده است. در واقع این نوع مس در طبیعت زیاد نیست و فقط در بعضی نقاط دنیا مانند نواحی دریاچه‌ی «سوپریور» در ایالات متحده‌ی آمریکا، در کشور بولیوی، چین، شیلی و ایران دیده شده‌ است.
   عیار چنین مسی اگر به‌صورت توده‌ای باشد، بیش از 92% و اگر به‌صورت ذرات پراکنده باشد در حدود 1.5-1% می باشد.
   کانه‌های اکسیدی مس بیشتر در قشری از زمین که نزدیک به سطح است، پیدا می شود و در اثر تغییرات جوی و واکنش‌های آرام شیمیایی که در رگه‌های سولفیدی کانه‌دار مس صورت می‌گیرد، بوجود می‌آیند. از طرف دیگر آب‌های طبیعی که حاوی CO2 می باشد، بر روی کانه‌های سولفیدی اثر کرده و بتدریج آن‌ها را به کربنات، اکسید، سولفات و گاهی اوقات آن‌ها را به سیلیکات مس تبدیل می‌کند. کانه‌های سولفیدی مس که مهم‌ترین ماده‌ی اصلی مس را تشکیل می‌دهند، در حدود 95% از محصولات مس دنیا را شامل می‌شوند.
   بیشترین تجمعات كانی‌‌زایی مس جهان، در میشیگان و آریزونای آمریكا، آلمان، روسیه و استرالیا دیده می‌شود (mineral.galleries.com).
  

كانی‌زایی آزوریت و مالاكیت

آثار كانی‌زایی مالاكیت
    خصوصیات كانسارهای فلزی:
   كانسارهای فلزی گسترش وسیع و شكل متنوعی دارند. این كانسارها در مقایسه با لایه‌های زغال، سخت‌ترند، بنابراین برای حفر این قبیل موادمعدنی، بایستی از روش آتشباری استفاده كرد.
   كانسارهای فلزی به اشكال مختلف دیده می‌شوند. برخی از آن‌ها لایه‌ای شكلند مانند بعضی از معادن آهن. یكی از عمومی‌ترین اشكال كانسارهای فلزی حالت رگه‌ای است. در چنین حالاتی، ماده‌ی معدنی به‌صورت یك رگه در داخل شكستگی و شكاف سنگ‌های درون‌گیر را پر می‌كند. ضخامت رگه معمولاً ثابت نیست و در قسمت‌های مختلف آن تغییر می‌كند.
   گاهی از اوقات، ماده‌ی معدنی منشا ماگمایی دارد و به‌صورت توده‌ای تجمع می‌یابد. مواد فلزی را به شكل‌های دیگر نیز می‌توان مشاهده كرد.
   یكی از خصوصیات كانسارهای فلزی این است كه برخلاف كانسارهای رسوبی، سنگ درون‌گیر ماده‌ی معدنی دقیقاً مشخص نیست، یعنی تغییرات عیار ما در سنگ‌های ناحیه تدریجی است و به‌عبارت دیگر، سنگ درون‌گیر، بتدریج به ماده‌ی معدنی تبدیل می‌شود. در چنین حالاتی، بایستی حدود ماده‌ی معدنی را با اندازه‌گیری‌ مرتب عیار آن در سنگ‌ها، تعیین كرد

 كانه‌های مس:
   مس در ساختمان بلورین 250 كانی می‌نشیند ولی تنها شماری اندك از آن‌ها از نقطه‌نظر اقتصادی اهمیت دارند. از این میان، شماری از كانی‌ها كه فراوان‌ترین كانه‌‌های اصلی مس می‌باشند، از اهمیت ویژه برخوردارند. همانند: كالكوپیریت CuFeS2، كالكوسیت Cu2S، كوولین CuS، بورنیت Cu5FeS4، مس طبیعی Native Copper، مالاكیت Cu2(CO3)(OH)2 و آزوریت Cu3(CO3)2(OH)2.
   برخی دیگر از كانی‌های مس گرچه فراوانند ولی به صورت كانه یا عنصر جنبی در فرآوری و استخراج بدست می‌آیند. همانند تترائدریت Cu12Sb4S13، آنارژیت Cu3AsS4 و بورنونیت CuPbSbS3.
   در فرآیند پیدایش، اكسیداسیون و انباشتگی دوباره‌ی مس كانی‌های مس نظم خاصی می‌گیرند. به‌گونه‌ای كه وجود یك كانی می‌تواند مبین وقوع یكی از پدیده‌ها در زون خاص باشد. كانی‌های زون هیپوژن شامل: كالكوپیریت، بورنیت، تترائدریت، بورنونیت، بورونیت و انارژیت بوده كه عوامل درونی، فشار و دما سبب پیدایش آن‌ها می‌شود. كانه‌های زون سوپرژن از محلول‌های حاصل از شستشوی كانه‌های هیپوژن بدست می‌آیند. این كانی‌ها عبارتند از كالكوسیت، كوولیت و بورنیت. كانه‌های زون اكسیدی بر اثر اكسیداسیون كانی‌های زون هیپوژن و زون سوپرژن به وجود می‌آیند. این كانی‌ها عبارتند از مالاكیت، آزوریت، كوپریت، تنوریت، مس طبیعی و كریزوكولا.
   لازم به‌ذكر است بعضی از كانی‌ها هم می‌توانند به زون هیپوژن و هم به زون سوپرژن متعلق باشند مثل كالكوسیت و بورنیت (خوئی و همكاران، 1378).


فراوان‌ترین كانه‌‌های اصلی مس

تصویر شماتیك از چگونگی بوجودآمدن ذخایر مس پورفیری

    انواع ذخایر مس:

   1- ذخایر مس پورفیری:
   این ذخایر، كانسارهای استوك‌ورك تا افشان بزرگ و عیار پایین مس هستند كه ممكن است دربردارنده‌ی مقادیر ناچیز اما قابل بازیافت مولیبدن، طلا و نقره نیز باشند. این ذخایر معمولاً كانسارهای مس - مولیبدن- یا مس - طلا هستند. ارزش این كانسارهای تابعی از روش‌های معدنكاری حجیم، اعم از روباز و یا درصورت زیرزمینی بودن، استخراج بلوكی است. بیشتر این كانسارها دارای 0.4 تا 1% مس و تناژی تا 1000 میلیون تن هستند.
   عیار و تناژ یك ذخیره، مقدار كل فلز ذخیره را مشخص می‌كند، اما افت پیاپی قیمت مس سبب شده تا در سال‌های اخیر به عیار اهمیت بیشتری داده‌ شود.
   استخراج انتخابی در این معادن، امری ناممكن است و سنگ میزبان، استوك‌ورك و افشان باید یك‌جا استخراج شود و از این راه برخی از بزرگ‌ترین حفره‌های ساخت بشر در پوسته‌ی زمین ایجاد شده است. یك كانسار نمونه‌ی مس پورفیری، توده‌ی نفوذی مركب، استوانه‌ای و استوك‌مانندی است كه رخنمونی كشیده یا نامنظم با ابعادی در حدود 2×1.5 كیلومتر دارد و اغلب، سنگ‌هایی متوسط‌دانه با بافتی همسان‌دانه آن را دربرمی‌گیرد. بخش مركزی توده‌ی نفوذی كه بخش پورفیری آن است، دارای بافت پورفیری است كه به یك دوره‌ی سردشدگی سریع اشاره دارد و منجر به تشكیل زمینه‌ی ریزدانه در سنگ می‌شود


2- ذخایر سولفیدی مس:

   بیشتر این نهشته‌ها در محیط‌های دریایی یا دلتایی غیرآتشفشانی یافت می‌شوند. این نهشته‌ها، از نظر زمانی و مكانی پراكندگی گسترده از پروتروزوئیك تا ترشیاری دارند و تناژ آن‌ها می‌تواند از چندصد میلیون تن تا مقادیر نیمه اقتصادی متغیر باشد. به‌طور كلی از نظر شكل، عدسی‌مانند تا چینه‌سان بوده و درازا در آن‌ها دست‌كم ده برابر پهناست. در بیشتر موارد، بیش از یك لایه‌ی ماده‌ی معدنی وجود دارد.
   عیار بیشتر كانسارهای بهره‌برداری شده یا در دست بهره‌برداری از 1.18 تا 5% مس تغییر می‌كند. اما كانسارهایی با عیار كمتر، پشتوانه ای معتبر هستند. تناژ نیز می‌تواند بسیار زیاد باشد.
   بیشتر كانسارهای اصلی در شیل‌های آهكی احیاشده‌ی پیریتی سرشار از مواد آلی، یا هم‌ارز دگرگونی آنها یافت می‌شوند، اما تقریباً 3/1 باقی‌مانده‌ی آن‌ها در ماسه‌سنگ‌هاست. این سنگ‌های میزبان، در رسوب‌های بی‌اكسیژن‌پارالیك دریایی (یا رسوب‌های دریاچه‌ای شور بزرگ‌مقیاس) یافت می‌شود كه بلافاصله بر روی رسوب‌های تخریبی قاره‌ای سرخ و اكسیدشده، واقع است. این‌گونه‌ نهشته‌ها در توالی‌های سنگی، پس از نخستین پیدایش لایه‌های سرخ (2400 میلیون سال) قرار دارند و سن آن‌ها تا امروز می‌رسد. مهم‌ترین و فراوان‌ترین نهشته‌ها در سنگ‌های پروتروزوئیك بالایی و پالئوزوئیك بالایی قرار دارد كه در نواحی خشك و نیمه‌خشك محیط‌های كافتی قاره‌ای، حداكثر دارای عرض‌های 20 تا 30 از دیرینه‌استوا تشكیل شده‌اند. در بسیاری مناطق، این سنگ‌ها دارای میان‌لایه‌هایی از سنگ‌های تبخیری است. در مرز اكسایش – كاهش، توالی بالارونده‌ی كانی‌ها در منطقه‌ی مینرالیزه، شامل همه‌ی كانی‌های زیر یا برخی از آن‌هاست:
   هماتیت، مس آزاد، كالكوسیت، بورنیت،‌ كالكوپیریت، گالن، اسفالریت و پیریت(مر و همكاران، 1379).

نمایی از وضعیت ذخایر مس سولفیدی

نمونه‌ای از یك ذخیره‌ی Stratabound
 
   3- ذخایر Stratabound:

   این ذخایر، تولیدكننده‌های اصلی سرب و روی و گاه فلوریت و باریت هستند. در برخی میدان‌های معدنی، به‌ویژه نواحی معدنی ایرلند مركزی، مس دارای اهمیت است.
   از نظر عیار در تعدادی از معادن جهان، نقره و مس و همین‌طور كادمیم و ژرمانیم، فرآورده‌های جنبی مهمی به‌شمار می‌روند.
   فلزاتی كه در نهشته‌های تیپ ماسه‌سنگی به مقدار قابل توجه وجود دارند عبارت‌اند از: اورانیوم، وانادیم، مس، نقره، سلنیم و مولیبدن. یك ذخیره ممكن است دربردارنده‌ی یك یا شماری بیشتر از این فلزها به هر نسبتی باشد، البته به‌جز وانادیم و مس كه معمولاً استثناء هستند. مقدار اورانیم، وانادیم و مس به‌گونه‌ای شگفت‌آور در یك ذخیره و نیز میان ذخایر مختلف متغیر است و میزان نوسان عیار برخی كان‌تن‌ها ارایه‌ی یك عدد میانگین كلی را ناممكن می‌سازد

پی‌جویی و اكتشاف ماده‌ی معدنی:
   از نقطه‌نظر عملیاتی كه سبب می‌شود یك كانسار به صورت معدن درآید، می‌توان دو مرحله‌ی مختلف پی‌جویی یا اكتشاف ناحیه‌ای و اكتشاف منطقه‌ای را از یكدیگر متمایز كرد. هدف از عملیات پی‌جویی آن است كه با توجه به معیارها و نشانه‌های مختلف و با استفاده از روش‌های پی‌جویی موقعیت كانسار و وضعیت عمومی آن مشخص شود.
   پس از اینكه در نتیجه‌ی فعالیت‌های مرحله‌ی پی‌جویی، مناطق امیدبخش ناحیه مشخص گردید،‌ عملیات اكتشاف منطقه‌ای آغاز می‌گردد. این عملیات در منطقه‌ای كه در مقایسه با نواحی مورد پی‌جویی كوچك است،‌ متمركز می‌شود و بدین ترتیب،‌ انتخاب مركز عملیات آسان‌تر می‌گردد.
   هدف از اكتشاف منطقه‌ای آن است كه اطلاعات كاملی درباره‌ی شكل‌، ابعاد،‌ كیفیت، ذخیره و مشخصات فنی منطقه و وضعیت اجتماعی و به‌طور كلی هر اطلاعاتی كه برای منطقه لازم است،‌ فراهم گردد. این اطلاعات باید به‌ اندازه‌ای روشن و كامل باشد كه طراحان بتوانند حتی بدون رویت مستقیم منطقه،‌ طرح معدن را تهیه كنند. توجه به وضعیت اجتماعی منطقه و نواحی اطراف آن، مسئله‌ی تامین نیروی انسانی آینده‌ی معدن را ساده‌تر می‌كند.
   یكی از نكات مهمی كه بایستی در این مرحله تعیین شود، عمق اكتشاف است. به عبارت دیگر، بایستی مشخص كرد كه عملیات اكتشافی تا چه عمقی باید صورت گیرد و به مسائل متعددی از قبیل مشخصات ماده‌ی معدنی، ارزش اقتصادی آن، فن معدن‌كاری، نیاز به ماده‌ی معدنی و مسائل نظیر آن بستگی دارد (مدنی، 1366).

نمونه‌برداری در مرحله‌ی پی‌جویی و اكتشاف ماده‌ی معدنی

نمایی از دستگاه‌های حفاری اكتشافی

    در واقع هدف از اكتشاف منطقه‌ای،‌ بررسی و شناسایی مسائلی است كه برای تعیین مشخصات صنعتی یك كانسار لازم است. اولین هدف، تعیین مشخصات كمی و كیفی توده‌ی معدنی و شناسایی شرایط طبیعی و اقتصادی و نحوه‌ی پیدایش آن است. مشخصات كمی كانسار، با داشتن حجم آن تعیین می‌شود و بنابراین در این قسمت، بایستی شكل و ابعاد آن را مشخص كرد.
   برای تعیین مشخصات كیفی، نه تنها بایستی تركیب شیمیایی و كانی‌شناسی توده را در نظر گرفت، بلكه بایستی خواص تكنولوژیكی و عیار آن را نیز مشخص كرد. در واقع مشخصات كیفی و كمی كانسار بایستی در ارتباط با هم مورد مطالعه قرار گیرند.
   ضمن اكتشاف منطقه‌ای باید مسائل متعددی نظیر پدیده‌های زمین‌شناسی، معدنی و اقتصادی را درنظر گرفت. مشخصات یك توده‌ی معدنی در مقیاس وسیعی تغییر می‌كند و به‌خصوص این تغییر در مشخصاتی نظیر عیار و شكل بیشتر مشهود است. به‌عنوان مثال، در كانسارهای لایه‌ای تغییرات شدید كمتر دیده می‌شود و حال آنكه در دودكش‌های آتشفشانی، كانسارهای شاخه‌ای شكل و مناطق رگه‌های مركب، غالباً تغییرات زیادی به چشم می‌خورد. مشخصات كیفی نیز عموماً متغیر است و بعضی اوقات به‌طور ناگهانی از نقطه‌ای به نقطه‌ی دیگر تغییر می‌كند و این امر در كانسار فلزات كمیاب و گرانبها بیشتر دیده ‌می‌شود. به‌‌طور كلی تمام روش‌های اكتشافی بر مبنای تعیین این نوع تغییرات استوار است. بدین ترتیب، وظیفه‌ی اصلی متخصصین اكتشاف‌، مطالعه‌ی آن دسته از فرآیندهای زمین‌شناسی است كه در كیفیت، شكل،‌ فرم و پیدایش كانی موثر است

 پی‌جویی و اكتشاف مس:
   در پی‌جویی ذخایر معدنی مس از تكنیك‌ها و تئوری‌های زمین‌شناسی و ژئوفیزیكی فراوانی استفاده می‌شود. كاربرد قوائد زمین‌شناسی در درجه‌ی نخست اهمیت قرار دارد چرا كه هر كار اكتشافی در آغاز بر درك و تجزیه و تحلیل صحیح پیدایش ماده‌ی معدنی و گزینش ناحیه‌ی مناسب اكتشاف استوار است ذخایر بزرگ رسوبی و پورفیری با داشتن زون‌های گسترده‌ی دگرسانی و با توجه به رنگ كانی‌ها و پدیده‌های نمادین كانسار با داده پردازهای ماهواره‌ای به آسانی قابل دسترسی است ولی در صورت پوشیده بودن كانسار در زیر توده‌های بی‌بار گزینش استراتژی اكتشافی برای رسیدن به آن الزامی است. بنابراین اكتشاف باید برپایه‌ی نظریات زمین‌شناسی، ژئوفیزیكی، ژئوشیمیایی و نمونه‌گیری سه بعدی از طریق حفاری باشد (خوئی و همكاران، 1378).
   به‌طور معمول در اكتشاف كانسارهای مس با توجه به تیپ كانی‌سازی می‌توان از داده‌های ژئوفیزیكی هوایی استفاده نمود. برای مثال، كانسارهای نوع ماسیوسولفید را می‌توان مستقیماً با روند الكترو مغناطیس (EM) مشخص نمود. در این حالت محدوده‌ی كانی‌سازی را به‌صورت یك توده‌ی كاملاً رسانا در نقشه‌ی مقاومت ویژه می‌توان مشاهده نمود.
   برای سایر انواع كانی‌سازی مس مانند نوع پورفیری، اسكارن، رگه‌ای كه به نوعی مرتبط با توده‌های نفوذی و عوامل ساختاری گسل‌ها یا كنتاكت لایه‌ها می‌باشند، توده‌ی معدنی را به‌طور مستقیم نمی‌توان مشخص نمود، بلكه با استفاده از داده‌های ژئوفیزیك هوایی محل توده‌های نفوذی و گسل‌های عبوری‌ از نزدیكی و یا مرتبط با آن‌ها و نیز نواحی آلتراسیون تعیین گشته و براساس آن‌ها نواحی جهت پی‌جویی معرفی می‌گردند. در حقیقت در این حالت از ژئوفیزیك به‌طور غیرمستقیم برای پی‌جویی و یافتن ذخایر مس استفاده می‌شود (گفتگوی شفاهی با آقای حسن خیرالهی، كارشناس بخش ژئوفیزیك هوایی سازمان زمین‌شناسی و اكتشافات معدنی كشور، اسفند 1383).

آتشباری در معدن مس سرچشمه جهت استخراج ماده‌ی معدنی

    استخراج مواد معدنی:

   استخراج روباز قدیمی‌ترین روش استخراج از معادن است. بیش از دو سوم موادمعدنی جامد جهان به طریق روباز استخراج می‌شوند. اصولاً به‌دلایل فنی و اقتصادی سعی می‌شود كه كانسارهای سطحی و بسیاری از كانسارهای نزدیك به سطح، به طریق روباز استخراج شوند. زیرا مزایای معادن روباز، هزینه‌ی كم استخراج، نبود مسائل مربوط به نگهداری، تهویه و روشنایی فضاهای زیرزمینی، استخراج روباز را پرجاذبه می‌سازد.
   اغلب معادن سنگ‌های ساختمانی، فلزات كم‌عیار كلیه معادن لیگنیت و پاره‌ای از معادن زغال‌سنگ به طریق روباز استخراج می‌شوند.
   در معادن روباز امكان به‌كار انداختن ماشین‌آلات بزرگ و به‌طور كلی مكانیزه كردن عملیات استخراجی آسان‌تر است و بدین وسیله می‌توان هزینه‌های استخراجی را كاهش‌داد. همچنین راندمآن‌هایی كه از معادن روباز بدست می‌آید گاهی چندین برابر (تا 20 برابر و بیشتر) معادن زیرزمینی است. به‌عبارت دیگر یك كارگر به ازای یك شیفت كار در یك معدن روباز چندین برابر همكار خود در معادن زیرزمینی تولید می‌كند.
   عامل اصلی تعیین ابعاد معدن روباز شكل كانسار است ولی غالباً برای استخراج كامل ماده‌ی معدنی خاك‌برداری لازم می‌شود و بنابراین وسعت معدن عملاً بیش از ابعاد كانسار می‌شود. در كارگاه استخراج معدن روباز مهم‌ترین عامل تعیین كننده‌ی ابعاد معدن، پس از شرایط طبیعی و توپوگرافی، مقدار استخراج روزانه و میزان سرمایه‌گذاری است. عمر معدن روباز مانند معادن زیرزمینی به مقدار ذخیره و محصول بستگی دارد.
   متداول‌ترین روش استخراج معادن روباز روش استخراج پله‌ای است. در این روش كانسار را به‌صورت پله پله درآورده و آن‌گاه پله‌ها مورد استخراج قرار می‌دهند
   روش استخراج، نوع و محل فضای كارگاه استخراج را تعیین و عملاً ابعاد هندسی فضای لازم را مشخص می‌كند. كارگاه استخراجی منبع اصلی سوددهی یك معدن بوده و به‌همین دلیل با انتخاب صحیح روش استخراج می‌توان به اقتصاد معدن كمك ‌كرد

استخراج مس:
   چرخه‌ی بهره‌برداری مس به‌صورت روباز شامل حفاری، انفجار، بارگیری و حمل ماده‌ی معدنی است. كانه‌های خرد شده و روباره‌ها توسط بیل‌های بزرگ برقی یا دیزلی كه در كنار زون سطح فرسایش یافته و عریان‌شده‌ی كانسار به‌كار می‌آیند، بارگیری می‌شوند. خردكننده‌های متحرك مجهز به نوار نقاله در برخی معادن روباز نصب می‌شوند تا ماده‌ی معدنی خرد شده را به كارخانه‌ی مربوطه منتقل كنند كه این كار باعث صرفه‌جویی قابل ملاحظه‌ای در هزینه‌هاست. در سال‌های اخیر به‌كارگیری واگن برای حمل و نقل ماده‌ی معدنی كارگاه، به‌دلیل بالا بودن هزینه‌ی نگهداری و طولانی بودن مسیر حمل و نقل كه گاه تا چند مایل می‌رسد، منتفی شده است.
   روند كلی به سوی بارگیری كامیون‌های حمل و نقل كه ظرفیت آن‌ها به 170 تن و بیشتر می‌رسد، سوق داده شده است. فزون بر این عمل سیستم كنترل كامپیوتری حمل و نقل در افزایش بهره‌وری تاثیر بسزایی داشته است.
   بخشی درخور توجه از بهره‌برداری مس جهان از طریق روش‌های زیرزمینی است كه معمولاً نیروی كار و هزینه‌ی بیشتری از روش روباز را می‌طلبد. مس بهره‌برداری شده از معدن زیرزمینی در كشورهای گروه اقتصادی بازار به 3/84 میلین تن می‌رسد كه 52% آن در شیلی است، بیشتر معدن‌كاری‌های زیرزمینی به دو روش غارزنی و تونل‌های تقویت شده صورت می‌گیرد. روش غارزنی نیز خود بر دو نوع است غارزنی به روشSublevel Cewmy و غارزنی به روش Block Caving

الگوی عمومی تبدیل مس از كانه تا فرآورده
 
   كانه‌آرایی مس:

   بیشتر كانسنگ‌هایی كه در فرآیند كآن‌هارایی قرار می‌گیرند از نوع سولفورهای مس یا آمیزه‌ای از سولفورهای فلزات پایه‌اند كه باید خرد و آسیاب شوند و در محفظه‌های فلوتاسیون با معرف‌های گوناگون قرار گیرند تا بتوان آن‌ها را از سنگ دربرگیرنده یا از سولفورهای دیگر جدا كرد. با فرآیند فلوتاسیون می‌توان سولفورها و برخی از اكسیدها را به خوبی جدا كرد ولی روش خوبی كه برای استحصال مس از كانسنگ‌های اكسیدی به‌كار می‌رود روش فروشست است.
   به‌دلیل گوناگونی فراوان انباشته‌ها، روش‌های فروشست مس پیچیده‌تر و تخصصی‌تر شده است و گاه برای كانسنگ‌ها چند تكنیك استاندارد نیاز است. معمولاً پیش از فروشستن كانسنگ آن‌ها را برشته می‌كنند.
   چهار روش فروشست عبارتند از:
   1- گذر دادن محلول فروشوینده از درون باطله‌های كم‌عیار (Dump Leaching). 2- گستردن كانسنگ‌های اكسیدی برروی یك سطح آماده و پمپ‌كردن محلول شوینده بر روی آن‌ها‌ (Heap Leaching). 3- فروشستن كانسنگ در محل كارگاه معدن (In Situ Leaching). 4- خرد كردن مقدماتی كانسنگ و قراردادن آن‌ها‌ در مخازن بزرگ برای فروشستن

 در سال‌های اخیر روش نسبتاً نوین به نام فروشستن لایه نازك (Thin Layer) به‌كار گرفته شده كه ارزش اقتصادی دارد و از سال 1980 در چند معدن در شیلی به‌كار برده شد و شامل دو مرحله اصلی است:
   1- در برابر اسید سولفوریك قراردادن كانسنگ‌های ریز و به حال خود گذاشتن كانسنگ‌ها برای مدت زمان محدود و Curing.
   2- پاشیدن هرگونه محلول فروشوینده برروی كانسنگ آماده شده در مرحله‌ی پیشین آب‌شویی (Leaching).
   متداول‌ترین روش بازیابی مس از محلول‌های فروشوینده، روش رسوب‌گیری توسط قراضه‌های آهنی است. این روش رسوب‌های مسی به نام مس سیمانی را فرآوری می‌كند كه سپس به كمك دستگاه‌های معمولی ذوب و پالایش می‌شود. روش دیگر گذراندن محلول مس‌دار از درون یك‌سری مراحل حلال‌گیر است كه در این فرآیند، با استفاده از معرف‌های مبادله كننده‌ی یون، عیار مس در حلال‌ها بالا می‌رود و سپس در محفظه‌هایی به روش الكترولیتی، مس آن‌ها آزاد می‌شود و كاتدی از مس با عیار، به نسبت بالا بدست می‌آید. فرآیند هیدرومتالورژیكی برروی كانسنگ‌ها و كنسانتره‌های مس در سال‌های اخیر توجه زیادی را به خود معطوف كرده است زیرا سرمایه‌گذاری كمتری را نیاز دارد و از سویی آلودگی كمتری را موجب می‌شود. اما بیش از روش‌های معمولی به انرژی نیاز دارد.
   محلول‌های فروشوینده‌ای كه برای فروشستن كانسنگ‌های مس به‌كار می‌روند آمیزه‌ای است از اسید سولفوریك، سولفات فریك، آمونیاك، كلرورها و هیدروكسیدكلسیم (خوئی و همكاران، 1378).

نمایی از آسیاهای گلوله‌ای در مدار آسیای پرعیاركنی


    تغلیظ کانه‌های مس‌دار:

   کانه‌های مس‌دار که از طبقات مختلف قشر زمین به‌صورت روباز و یا عمقی استخراج می شوند، در محل معدن جهت صرفه جویی در انرژی سوخت کوره‌ها و صرفه جویی در عمل حمل ونقل و تهیه فلز مرغوب‌تر، پر عیار می‌گردد که این عمل شامل خرد کردن، دسته بندی و جدا کردن می‌باشد.
   کامیون‌های بزرگ مواد کانی استخراج شده را به‌طرف آسیاب‌های بزرگ حمل کرده، مواد کانی مس پس از خرد شدن اولیه توسط نوار نقاله به طرف کارخانه‌ی تغلیظ فرستاده می‌شوند در آنجا نیز مرحله‌ی دوم و سوم خردکردن صورت گرفته و سپس توسط غربال‌ها تقسیم‌بندی می‌گردند. دانه‌های ریز خردشده به‌طرف آسیاب‌های گلوله‌ای انتقال می‌یابند. و دانه‌های درشت غربال‌شده جهت خردشدن بیشتر، دوباره به آسیاب مخروطی بازگردانده می‌شوند.
   مواد کانی نرم‌ شده پس از خروج از آسیابهای گلوله‌ای، توسط دستگاه‌های جدا کننده، تقسیم‌بندی می‌شوند که در این حالت به‌صورت نرمه و با درصد وزنی حدود 35-15% می‌باشند. این مواد پس از افزودن معرف‌های شیمیایی لازم به طرف سلول‌های فلوتاسیون جهت تهیه‌ی کنسانتره‌ی 32% مس و دورکردن مواد زائد فرستاده می‌شوند. کنسانتره‌ی بدست آمده به‌ترتیب وارد دستگاه تقلیل آب و فیلتر و بالاخره وارد خشک‌کن استوآن‌های می‌گردد تا خشک و آماده برای تشویه گردد.

به‌طور کلی مس از دو روش مهم استخراج می‌شود که شامل روش پیرومتالورژی (خشک) و روش هیدرومتالورژی (تر) می‌باشد. در حدود 90% مس تولید شده در دنیا از کانه‌های سولفوری و از روش پیرومتالورژی حاصل می‌شود و روش هیدرومتالورژی برای استخراج مس از کانه‌های اکسیدی به‌خصوص کربناتها، سیلیکات‌ها و سولفات‌ها و همچنین دورریز کارخانه‌ها بکار می‌رود.
   روش‌های الکتروشیمیایی نیز برای تولید مس خالص نهایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که شامل تصفیه‌ی الکتریکی آندها در حالت استخراج از روش پیرومتالورژی و استخراج الکترولیزی از محلول در روش هیدرومتالورژی می‌باشد (فرجی، 1371).

نمایی از كارخانه استحصال مس Balkhash در قزاقستان

    استخراج مس از كانه‌های سولفیدی (پیرومتالورژی):
   تقریباً 90% كانه‌ی مس اولیه‌ی دنیا به صورت كانه‌های سولفیدی است. سولفیدها به سهولت تحت عملیات هیدرومتالورژیكی قرار نمی‌گیرند، زیرا به‌راحتی حل نمی‌شوند. بنابراین قسمت اعظم استخراج مس توسط روش‌های پیرومتالورژی یا آتشی با كانی پرعیار شده‌ی مس انجام می‌شود. عمل استخراج شامل مراحل زیر می‌باشد:
   1- پرعیار كردن به روش فلوتاسیون، 2- تشویه (مرحله‌ی اختیاری)، 3- ذوب به صورت مات (در كوره‌های دمشی، شعله‌ای، الكتریكی یا تشعشی)، 4- مرحله تبدیل به مس حفره‌دار.
   محصول نهایی این مراحل متوالی، مس ناخالص حفره‌دار است كه باید قبل از ساخت و كاربرد، پالایش گرمایی (شعله‌ای) و الكترولیتی شود

  1- پرعیار كردن به روش فلوتاسیون:
   كانه‌های مس كه امروزه استخراج می‌شوند، كم‌عیارتر از آنند كه مستقیماً ذوب شوند. گرمایش و ذوب مقدار عظیمی مواد زائد، محتاج مقدار گزافی سوخت است. خوشبختانه، كانی‌های مس موجود در سنگ معدن را می‌توان توسط روش‌های فیزیكی پرعیار و به نحو اقتصادی ذوب كرد.
   موثرترین روش پرعیار كردن، فلوتاسیون است، كه در آن كانی‌های مس به شیوه‌ی انتخابی به حباب‌های هوایی كه از میان پالپ آبی حاصل از كانه‌ی نرم شده بالا می‌آیند، متصل می‌شوند. انتخابی بودن فلوتاسیون ناشی از به‌كار بردن معرف‌هایی است كه كانی‌های مس را آب‌ران می‌سازند، در حالی كه كانی‌های باطله آب‌گیر باقی می‌مانند. كانی‌های شناور شده در كف پایداری در بالای محفظه فلوتاسیون جمع‌آوری می‌شوند و به صورت كانه پرعیار شده درمی‌آیند. كانی پرعیار شده مس معمولا حاوی30- 20% مس است.
   خردكردن و نرم‌كردن كانه به ذرات ریز، پیش از عمل فلوتاسیون الزامی است و كاربرد فلوتاسیون باعث تغییر شیوه‌ی ذوب از كوره‌ی دمشی به كوره‌هایی از نوع اجاقی می‌شود، چرا كه بار كوره‌ی قبلی فقط باید مواد تكه‌ای باشد (فرجی، 1371).

نمایی از سلول‌های فلوتاسیون در كارخانه‌ی پرعیاركنی مس سرچشمه


 
   2- تشویه:

   عمل تشویه شامل اكسایش جزئی سولفیدهای پرعیار حاصل از فلوتاسیون و حذف جزئی گوگرد از آن‌ها به شكل So2 است. این كار توسط واكنش كانی پرعیار شده با هوا در دماهایی بین 700- 500 درجه‌ی سانتی‌گراد، در كوره‌های تشویه‌ی اجاقی یا تشویه‌كننده‌ی بستر سیال در شرایط كاملاً كنترل شده، انجام می‌گیرد. محصول كوره‌ی تشویه كلسین نامیده می‌شود كه مخلوطی از اكسیدها، سولفات‌ها و سولفیدهاست و تركیب شیمیایی آن توسط كنترل دمای فرآیند تشویه و نسبت هوا به كانی پرعیار شده، تغییر می‌كند. فرآیند تشویه معمولاً خودسوز است و جریان تغلیظ شده‌ای از گاز So2حدود 15-5% تولید می‌كند.
   از عمل تشویه اصولاً در كوره‌های ذوب شعله‌ای استفاده می‌شود كه هدف اصلی از آن خشك‌كردن و گرمایش بار كوره‌ی شعله‌ای، با استفاده از حرارت واكنش‌های گرمازای تشویه، است. محصولات گرم كوره‌ی تشویه نسبت به كانی پرعیار شده‌ی خیس و سرد، به انرژی كمتری برای ذوب نیاز دارند، بطوری كه عمل تشویه باعث صرفه‌جویی قابل ملاحظه‌ای در سوخت و افزایش آهنگ ذوب می‌شود. همچنین عمل تشویه باعث افزایش غلظت مس در مات FeS : Cu2S تولیدی در حین ذوب می‌شود، عاملی كه مقدار تبدیل ناگزیر بعدی (حذفFe و S) را كاهش می‌دهد


 3- ذوب مات:
   هدف از ذوب مات تهیه‌ی فاز سولفیدی مذاب (مات)، شامل تمامی مس موجود در بار و فاز سرباره‌ی مذاب بدون مس است. مات متعاقباً برای تشكیل مس حفره‌دار ناخالص اكسید می‌شود و سرباره‌ی مرحله‌ی ذوب مستقیماً یا بعد از مرحله‌ی بازیابی مس دور ریخته می‌شود.
   عمل ذوب توسط ذوب تمامی بار كوره در دمایی حدود 1200 درجه‌ی سانتی‌گراد معمولاً همراه با روان‌ساز سیلیسی، انجام می‌گیرد. سیلیس، آلومین، اكسیدهای‌ آهن، آهك و سایر اكسیدهای جزئی، سرباره‌ی مذاب را تشكیل داده و مس، گوگرد، آهن اكسید نشده و فلزات قیمتی، مات را تشكیل می‌دهند. سرباره سبك‌تر از مات و در آن تقریباً غیر قابل حل است و به سهولت از آن جدا می‌شود.
   یكی از هدف‌های مهم ذوب مات، تولید سرباره‌ای جداشدنی شامل حداقل میزان مس است. این كار توسط اشباع تقریبی سرباره از سیلیس، از طریق گرم نگه‌داشتن كوره به حد كافی بطوری كه سرباره‌ مذاب و سیال باشد، و با اجتناب از شرایط اكسیدی اضافی، عملی است. این شرایط اخیر برای كاهش هر چه بیشتر تشكیل منیتیت جامد الزامی است چراكه شرایط چسبنده‌ای ایجاد می‌كند و مانع جدا شدن مات از سرباره می‌شود.
   عمل ذوب اغلب اوقات در كوره‌های شعله‌ای سنتی انجام می‌گیرد. كوره‌های دمشی هنوز در برخی نقاط، به‌ویژه در جاهایی كه كانه‌ها به صورت تكه‌ای در دسترس باشند، به‌كار می‌روند، و كوره‌های الكتریكی در بعضی مناطق كه نیروی برق آسان است مورد استفاده قرار می‌گیرند. یك فرآیند جدیدتر به‌نام ذوب تشعشعی از واكنش‌های تشویه به عنوان منبع گرمایی جهت ذوب استفاده می‌كند كه به علت نیاز كم آن به سوخت در تعدادی ار كارخانه‌های جدید به كار گرفته شده است (فرجی، 1371).

ذوب مات


 
   متداول‌ترین روش‌های ذوب به شرح زیر می‌باشند:

   الف- كوره‌ی دمشی:

   اگر چه استفاده گسترده از روش فلوتاسیون جهت تهیه كانی پرعیار شده باعث كاهش استفاده از كوره‌ی دمشی (بلند) شده است، اما هنوز تعدادی از كارخانه‌ها به‌ویژه در ژاپن و آفریقا از آن استفاده می‌كنند. كوره‌ی دمشی دستگاهی است كه به طور مداوم كار می‌كند و در آن بار سرد از یك تنوره‌ی عمودی، هم‌زمان با صعود گازهای گرم (حاصل از سوختن كك و سولفیدهای موجود در بار با هوایی كه از نزدیك كف كوره بدان دمیده می‌شود) پایین می‌آید. نتیجه‌ی این عمل خشك‌شدن، گرمایش و ذوب بسیار موثر بار، هم‌زمان با نزول آن برای تشكیل مات و سرباره در كف كوره است.
   ذوب مواد سولفیدی مس در كوره‌ی دمشی توسط كلوخه‌هایی از كك متالورژی (كه از تخریب زغال‌سنگ قیری بدست می‌آید) و مقدار آن به 10-5% شارژ می‌رسد. كك به عنوان قسمتی از سوخت مورد نیاز بوده و از طرفی باعث ایجاد قابلیت نفوذ و نگهداری بار می‌شود. بقیه‌ی مواد تشكیل دهنده‌ی بار نیز باید كلوخه‌ای باشند تا گازهای داغ بتوانند از میان فضاهای موجود در بار بالا روند. بنابراین، مواد حاوی مس باید از تكه‌های درشت سنگ معدن یا كانی پرعیار شده‌ای كه هم‌جوشی شده ،تشكیل شده باشند.
   محصولات كوره‌ی دمشی سرباره و مات مذاب است كه پس از جمع‌آوری به تناوب خارج می‌شوند. گرمای لازم برای ذوب توسط احتراق كك و گوگرد تولید می‌شود. می‌توان جهت تامین گرمای اضافی برای فرآیند، سوخت‌های مایع (مازوت) یا گازی (گاز طبیعی) را از طریق زنبورك‌ها به كوره تزریق كرد




نوع مطلب : دانستنی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :





صفحات جانبی
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
امکانات جانبی
ایجاد خبرنامه ایمیلی
فال امروز

 
 
بالای صفحه
 
شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Website Traffic | Buy Targeted Website Traffic