چکیده: فرآیندی برای زدودن ناخالصی هل از کنستانتره مس قبل از گزارش ارائه شده است. کنستانتره در یک محفظه خلاء تحت تجزیه حرارتی در دمایی در حدود قرار گرفته است. این پیش عملیات زدودن کامل آرسنیک، آنتیموان، بیسموت، سرب و روی را بخوبی ناخالصی ها، از کنستانتره مس ممکن می سازد.
کلمات کلیدی: کانه های صنعتی، کانه سولفیدی، پیرومتالوژی، فرآیند معدنی، آلودگی[1]
مقدمه
در متالوژی مس، زدایش ناخالصی ها برای تولید مس با کیفیت بالا بسیار بحرانی و حساس است. در تکنیک پروماتولوژی مس، که نزدیک به 80 درصد تولید مس در دنیا را به خود اختصاص می دهد، زدودن ناخالصی ها به کمک یک فرایند پر پیچ و خم که در هزینه نهایی تولید بسیار قابل توجه است، حاصل می شود. با مسلم فرض کردن ثابت ناخالصی ها در کانه مس و کاهش در مقدار مس موجود در کانه های در حال استحصال، انتظار می رود که حتی شرایط شراط بحرانی تری را در آینده داشته باشیم. در همان حال تعداد زیادی از معادن در نقاط مختلف دنیا مانند معدن چاکویی کاماتا در شیلی، با این مشکل روبرو شده اند. زدایش ناخالصی ها، توسط مراحل تبخیر و سرباره گیری در هنگام گدازش، واگردانی[2] و تصفیه آتشی به انجام می رسد، فرآیندی که در نهایت با تصفیه الکترولیزی خاتمه می یابد. علیرغم اصلاحات چشمگیر صورت گرفته در دهه های اخیر برروی مراحل گدازش و واگردانی، به ویژع به علت ساخت کوره های تشعشعی، روش های زدودن ناخالصی ها تغییر نکرده اند و محدودیتی جدی برای فرآیندهای مدرن گداخت[3] و واگردانی شده اند.
مزیت اصلی گداخت تشعشعی در تولید ماتهای با کیفیت بالا قرار دارد، که این ماتها می توانند به سطوخ بالاتر از 70% برسند، اما این امر نیازمند زدایش ناخالصی هایی مانند آرسنیک، آنتیموان و بیسموت است که بسیار مشکل و هزینه بر است. به ویژه کنستانتره هایی با مقادیر بالای ناخالصی بسیار آسانتر است تا درجه و کیفیت مات را محدود کنند. دشواری زدودن ناخالصی ها، ایده متالوژیست ها را برای بدست آوردن مس بلیستر در یک مرحله بی نتیجه گذاشته است.
مشکل زدودن ناخالصی ها از مس بلیستر، فاکتوری مهم بود که بر ضد و مخالف فرآیند تولید مستقیم مس، فرآیند نوراندا، کار می کرد. که در نهایت این فرایند به یک فرآیند نسبتاً سنتی تبدیل شود که در آن کنسانتره در یک واحد تحت گزارش قرار می گیرد و سپس در یک منورتور پیرس – اسمیت استاندارد تحت عملیات قرار می گیرد.
فرایندی جدید برای زدودن ناخالصی ها با سبک و سیاق پیرومتالوژی در یان مقاله راائه شده است.
این فرایند تفاوت شگرف در این ناخالصی هایی نظیر آرسنیک، آنتیموان، بیسموت، سرب، روی و سایر ناخالصی ها قبل از گدازش کنسانتره زدوده می شوند، با فرآیند جاری و متداول دارد. این فرآیند شامل گازی کردن و زدایش ناخالصی ها توسط قرار دادن کنسانتره در معرض تجزیه حرایتی در یک محفظه خلاء در دمایی تقریباً 950 است. شیب فشار بوجود آمده توسط پمپ خلاء، توده گازی چند جزءای را به درون یک تونل با یک پروفیل دمایی کاهنده می راند، در نتیجه میعات و بازیابی گام به گام عناصر مختلف را ممکن می سازند. این مقاله بیشتر با جنبه های عملی فرآیندی، به ویژه آنهایی که مربوط به تاثیر فرآیند بر زدایش ناخالصی هایی مانند آرسنیک، آنتیموان، بیسموت، سرب، سلسیم و روی دارد، سر و کار دارد. مزایای این فرآیند نسبت به تکنولوژی معمول مورد تایید قرار گرفته اند. طراحی کوره برای انجام دادن فرآیند در مقیتاس صنعتی در اینجا بحث نشده است. همچنین سایر جنبه های بنیادی که نیاز به مطالعه دقیق تری دارند، در این مقاله مورد بحث قرار نگرفته اند.
زدایش ناخالصی ها
طرح اولیه ساده شده ای از تجهیزات استفاده شده در آزمایشگاه بریا زدودن ناخالصی ها در شکل 1 نشان داده شده است. کوره الکتریکی 1 از نوع لوله ای با سه بخش و مقطع است که هرکدام می توانند بطور مستقل به کمک ترموکوپل ها و میکروپروسسورها کنترل شوند. کنسانتره به شکل گرد در یک بوته از جنس کوارتز که در قسمت سمت راست لوله کوارتزی 2، ناحیه یا که بیشترین دما را دارد، جای گرفته بود، نشانده شده است. یک پروفیل کاهنده به کمک دیوارها و مانع های حرارتی در طول لوله کوارتزی ایجاد شده است. نمونه ها را می توان از طیرق مفصل کروی 3 خارج نمود. در این مفصل، آب بنید و درزگیری به آسانی به کمک سیلیکون حاصل می شود، مفروض اینکه خلاء – اندازه گیری شده با گیج خلاء 4-بسیار بالا نسیبت، تقریباً 51/5 میلی متر جیوه. برای خارج کردن نمونه در انتهای فرآیند، فشار درون لوله 2 به کمک شیر خلاء 5 در فشار اتمسفری تنظیم می شود.
عناصری که در حالت گازی در دمای اتاق باقی می مانند در چگالنده نیتروژن مایع 6 تقطیر می شوند. این گازها عمدتاً و و بخار هستند که همگی برای پمپ خلاء مکانیکی 7 زیان اور هستند. گازهای سمی به کمک شیر خلاء 8 در چگالنده 6 در هوا آزاد می شوند که این چگالنده را می توان بصورت فیزیکی از لوله کوارتز 2 و پمپ خلاء 7 به ترتیب توسط شیر 9 و 10 ایزوله جدا کرد. در این مقاله با دو گونه کنسانتره متفاوت از دو معدن شیلی کار می شود. این کنسانتره به ترتیب به کنسانتره های 1 و 2 نامیده یم شوند. کنسانتره 1 تقریباً تمیز است و غلظت آرسنیک در حدود PPM3000 دارد و اول مورد بحث قرار می یگرد.
عملیات نوعی در دمای اتاق با خلاء ای بین 0.01 تا 0.001 میلی متر جیوه آغاز می شود. دما با نرخ 20 در دقیقه تا دمای نهایی 850 افزایش می یابد و همزمان یک افزایش فشار به کمک بخارسازی بوجود می آید. فشار وابستگی به دمایی را با ماکزیمم هایی در 350 و 550 متناظر با ماکزیمم نرخ های تولید گاز نشان می دهد. عمده عنصر گاز شده از لحاظ جرم گوگرد است که عمده آن زیر 600 تبدیل به گاز می شود. فشار معمولاً زیر 1 میلی متر جیوه، در طی زمان حرارت دادن است و فشار چند دقیقه پس از رسیدن به دمای کالری 850 شروه به کاهش تا 0.01 میلی متر جیوه می کند.
به دلیل پروفیل دمایی کاهنده، توده گازی چند جزءای تاخیر شده، وقتی که در طول لوله کوارتزی پخش شد، شروع به تقطیر شدن می کند و بنابراین رسوبات گوناگونی شکل می گیرد. با معلوم و واضح بودن رنگ هرکدام از رسوبات، هر رسوب به وضوح از بقیه تشخیص داده می شود. اگرچه این مقاله با ترکیب شیمیایی رسوب سر و کار ندارد، در زمینه کلی آسان است که اجزاء سازنده آنها را حدس زد. رسوبات همگی در حالت جامد هستند و فیلمی را تشکیل می دهند که بطور یکنواخت روی سطح درونی لوله کوارتزی توزیع و پخش شده اند.
عملیات، مقدار کنسانتره، طول لوله کوارتزی، پروفیل ئدمایی، ظرفیت پمپ خلاء و غیره بستگی دارند.
وقتی کنسانتره 1، به مدت 1 ساعت در دمای 850 در خلاء 0.01 میلی متر جیوه تحت عملیات قرار می گیرد مقدار آرسنیک از PPM3000 به کمتر PPM1 کاهش می یابد و این موضوع این عملیات را از زدودن ارسنیک بسیار موثر و قابل اجرا یم کند. این نتیجه جالب توجه است، زیرا که بطور کلی، آرسنیک در کنستانتره مس، چنانکه در کنسانتره 1 وجود دارد، عمدتاً بصورت انارژیت و آرسنوپریت وجود دارد. از اینم رو تاثیر و سودمندی این عملیات، فارغ از اینکه کانه و کنسانتره از کدام معدن آورده شده اند، بسیار بالا است.
درب اره اثربخشی و سودمندی زدودن ناخالصی ها، جالب توجه است که اثر سه متغیر اساسی: دما و زمان عملیات و درجه خلاء را مورد مطالعه قرار دهیم. جدول 1 (به PPM) میزان تاثیر عملیات بر زدودن آرسنیک، تنتیموان، سرب و روی را وقتی کنسانتره 1، در 900 به مدت 1 ساعت در خلاء تقریباً 1 میای متر جیوه مورد چهار رسوب پس از عمیلت روی کنسانتره 1 به مدت 1 ساعت در دمای 850 در خلاء 5.51 میلی متر جیوه، به وضوه تشخیص هستند. گوگرد تقطیر شده زیر 200، دو رسوب را در انتهای سمت راست لوله کوارتزی شکل می دهد. رسوب اول از سمت راست به چپ در بازه دمایی بین دمای اتاق و دمای تقریباً 100 شکل می گیرد که رنگ سفید شیری دارد و مانند گوگرد آمورف است. رسوب دوم در دماهای بین تقریباً 100 و 200 با رنگ زرد روشن شکل می گیرد.