استخراج مس از سنگ معدن توسط فیلتر پرس

انسان ها برای هزاران سال از مس استفاده کرده اند که برای توسعه تمدن ها در سراسر جهان ضروری بوده است. از ابزارهای برنز اولیه تا سیم کشی و الکترونیک مدرن، مس بخش مهمی از زندگی ما است.

مراحل استخراج مس از سنگ معدن

استخراج مس از سنگ معدن آن به مراحل مختلفی نیاز دارد، از جمله استخراج، خرد کردن،حرارت دادن،جداسازی ناخالصی ها از طریق فرآیندهای شیمیایی، پالایش و خالص سازی قبل از اینکه محصولات قابل استفاده در نهایت تولید شوند. این یک فرآیند طولانی است، اما با برنامه ریزی دقیق و توجه به جزئیات، می توانید محصولات کاربردی از مواد اولیه مانند سنگ مس ایجاد کنید. با استفاده های بسیار زیاد از این فلز همه کاره چه در حال حاضر و چه در طول تاریخ، درک چگونگی استخراج آن به ما کمک می کند تا بفهمیم این منبع واقعا چقدر ارزشمند است.

مرحله ۱:

اولین مرحله در این فرآیند، استخراج معدن است. سنگ معدن مس باید با استفاده از روش های استخراج روباز یا زیرزمینی استخراج شود. پس از استخراج سنگ مس از زمین، آن را به صورت پودری خرد کرده و سپس با آب مخلوط می کنند. این مخلوط که به نام دوغاب شناخته می شود، سپس به مخزن پر از مواد شیمیایی دیگر وارد می شود که به جداسازی ناخالصی های موجود در سنگ معدن کمک می کند.

مرحله ۲:

مرحله دوم در این فرآیند استخراج شامل افزودن حرارت به مخلوط دوغاب برای جداسازی ناخالصی های باقی مانده است. این مخلوط گرم شده سپس در کوره ای قرار می گیرد که می توان آن را بیشتر گرم کرد تا زمانی کههمه آلاینده ها بسوزند و فقط فلز مس خالص باقی بماند. هنگامی که تمام ناخالصی ها سوزانده شدند، مس مایع را می توان از کوره بیرون ریخت و خنک کرد تا زمانی که به شمش یا میله های فروخته شده یا استفاده برای کاربردهای مختلف جامد شود.

جهت آگاهی و مشاوره استخراج مس با دستگاه فیلترپرس با کارشناسان و متخصصان پلی آب صفا تماس حاصل فرمایید.

مرحله ۳:

آخرین مرحله شامل تصفیه و خالص سازی مس استخراج شده به محصولات قابل استفاده مانند سیم کشی برق یا لوله های لوله کشی است. این کار با ذوب و خالص کردن مواد سرباره باقی مانده از مراحل قبلی قبل از ریختن دوباره آن در قالب برای ایجاد محصولات قابل استفاده مانند بخش های سیم یا لوله انجام می شود. در برخی موارد، بسته به میزان خالص بودن مس استخراج شده برای کاربردهای خاص، ممکن است به فرآیندهای پالایش دیگری نیز نیاز باشد.

روشی جدید برای استخراج مس

محققان یک فرآیند الکتریکی را برای جدا کردن فلزات مهم تجاری از مواد معدنی سولفیدی در یک مرحله بدون محصولات جانبی مضر ایجاد می کنند.

محققان MIT دمای مناسب و مخلوط شیمیایی را برای جداسازی انتخابی مس خالص و سایر عناصر کمیاب فلزی از مواد معدنی مبتنی بر گوگرد با استفاده از الکترولیز مذاب شناسایی کرده‌اند. این فرآیند یک مرحله ای و سازگار با محیط زیست، تولید فلز را ساده می کند و محصولات جانبی سمی مانند دی اکسید گوگرد را از بین می برد.

پسادکتر سولاتا ک. ساهو و دانشجوی دکترا برایان جی. چمیلوویک مواد معدنی غنی از گوگرد را به گوگرد خالص تجزیه کردند و سه فلز مختلف را با خلوص بسیار بالا استخراج کردند: مس، مولیبدن و رنیوم. آنها همچنین مقدار انرژی مورد نیاز برای اجرای فرآیند استخراج را تعیین کردند.

برای خرید باکیفیت ترین دستگاه فیلترپرس همین حالا کلیک کنید

سلول الکترولیز یک مدار بسته است، مانند باتری، اما به جای تولید انرژی الکتریکی، انرژی الکتریکی مصرف می کند تا ترکیبات را به عناصر خود تجزیه کند، به عنوان مثال، آب را به هیدروژن و اکسیژن تقسیم می کند. چنین فرآیندهای الکترولیتی روش اولیه تولید آلومینیوم هستند و به عنوان آخرین مرحله برای حذف ناخالصی ها در تولید مس استفاده می شوند. با این حال، برخلاف آلومینیوم، هیچ فرآیند تجزیه الکترولیتی مستقیمی برای کانی‌های سولفیدی حاوی مس برای تولید مس مایع وجود ندارد.

محققان MIT روش امیدوارکننده ای برای تشکیل فلز مس مایع و گاز گوگرد در سلول خود از الکترولیت متشکل از سولفید باریم، سولفید لانتانیم و سولفید مس یافتند که بیش از ۹۹.۹ درصد مس خالص تولید می کند. این خلوص معادل بهترین روش های تولید مس است.

فرآیند یک مرحله ای:

مس تقاضای فزاینده ای برای استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی، انرژی خورشیدی، لوازم الکترونیکی مصرفی و سایر اهداف بهره وری انرژی دارد. اکثر فرآیندهای استخراج فعلی مس، مواد معدنی سولفیدی را در هوا می سوزانند، که دی اکسید گوگرد تولید می کند، یک آلاینده مضر هوا که باید جذب و دوباره پردازش شود، اما روش جدید گوگرد عنصری تولید می کند که می تواند به طور ایمن برای مثال در کودها مورد استفاده مجدد قرار گیرد. محققان همچنین از الکترولیز برای تولید رنیم و مولیبدن استفاده کردند که اغلب در سولفیدهای مس در سطوح بسیار کم یافت می شوند.

محققان در مقاله ای نشان دادند که افزودن سولفید باریم به مذاب سولفید مس، رسانایی الکتریکی سولفید مس را به اندازه کافی سرکوب کرد تا مقدار کمی مس خالص را از سلول الکتروشیمیایی با دمای بالا که در دمای 1105 درجه سانتیگراد (2021 فارنهایت) کار می کرد استخراج کرد.

این مقاله اولین مقاله‌ای بود که نشان داد می‌توانید از مخلوطی استفاده کنید که احتمالاً هدایت الکترونیکی بر هدایت غالب است، اما در واقع 100 درصد وجود ندارند و توضیح می‌دهند که بخش کوچکی یونی است که برای ساختن مس کافی است.

برای مشاوره و راهنمای خرید با کیفیت ترین دستگاه فیلترپرس با کارشناسان پلی آب صفا تماس بگیرید

کانی‌های سولفیدی ترکیباتی هستند که در آن فلز و عناصر گوگردی الکترون‌های مشترکی دارند. در حالت مذاب، یون‌های مس فاقد یک الکترون هستند که به آن‌ها بار مثبت می‌دهد، در حالی که یون‌های گوگرد حامل دو الکترون اضافی هستند که به آنها بار منفی می‌دهد. واکنش مورد نظر در یک سلول الکترولیز، تشکیل اتم های عنصری، با افزودن الکترون به فلزاتی مانند مس و گرفتن الکترون از گوگرد است. این زمانی اتفاق می افتد که الکترون های اضافی توسط ولتاژ اعمال شده به سیستم وارد شوند. یون‌های فلزی در کاتد، یک الکترود با بار منفی، واکنش نشان می‌دهند، جایی که در فرآیندی به نام کاهش الکترون به دست می‌آورند. در همین حال، یون‌های گوگرد با بار منفی در آند، یک الکترود با بار مثبت واکنش می‌دهند، جایی که در فرآیندی به نام اکسیداسیون الکترون‌ها را از دست می‌دهند.

به عنوان مثال، در سلولی که فقط از سولفید مس استفاده می‌کند، به دلیل رسانایی الکترونیکی بالا، الکترون‌های اضافی به سادگی از طریق الکترولیت بدون برهمکنش با یون‌های مس و گوگرد در الکترودها جریان می‌یابند و هیچ جدایی رخ نمی‌دهد. محققان با موفقیت ترکیبات سولفیدی دیگری را شناسایی کردند که وقتی به سولفید مس اضافه می‌شوند، رفتار مذاب را تغییر می‌دهند تا یون‌ها، به جای الکترون‌ها، حامل‌های بار اولیه در سیستم شوند و بنابراین واکنش‌های شیمیایی مورد نظر را ممکن می‌سازند. توضیح می دهد که از نظر فنی، افزودنی ها شکاف باند سولفید مس را افزایش می دهند بنابراین دیگر رسانای الکترونیکی نیست. کسری از الکترون‌هایی که در واکنش‌های اکسیداسیون و کاهش درگیر می‌شوند، به عنوان درصدی از کل جریان اندازه‌گیری می‌شوند.

بیشتر بخوانید: استخراج طلا با فیلتر پرس

دو برابر شدن راندمان

کار جدید راندمان استخراج الکترولیتی مس را که در مقاله اول گزارش شده بود را دو برابر می کند، که با الکترولیتی که در آن فقط سولفید باریم به سولفید مس اضافه شده بود، ۲۸ درصد بود، به ۵۹ درصد در کاغذ دوم با سولفید لانتانیم و سولفید باریم اضافه شد.

محققان می‌گویند: نشان دادن اینکه می‌توانیم واکنش‌های فارادایی را در سولفید فلز مایع انجام دهیم، جدید است و می‌تواند در را برای مطالعه بسیاری از سیستم‌های مختلف باز کند. این برای چیزی بیشتر از مس کار می کند.( ما توانستیم رنیم بسازیم و توانستیم مولیبدن بسازیم.) رنیوم و مولیبدن از فلزات مهم صنعتی هستند که برای مثال در موتورهای هواپیماهای جت استفاده می شوند. آزمایشگاه آلانور همچنین از الکترولیز مذاب برای تولید روی، قلع و نقره استفاده کرد، اما سرب، نیکل و سایر فلزات ممکن است.

مقدار انرژی مورد نیاز برای اجرای فرآیند جداسازی در سلول الکترولیز متناسب با راندمان فارادیک و ولتاژ سلول است. برای آب که یکی از اولین ترکیباتی بود که با الکترولیز جدا شد، حداقل ولتاژ سلول یا انرژی تجزیه ۱.۲۳ ولت است. محققان ولتاژ سلول در سلول خود را ۰.۰۶ ولت برای سولفید رنیم، ۰.۳۳ ولت برای سولفید مولیبدن و ۰.۴۵ ولت برای سولفید مس شناسایی کردند.توضیح می‌دهند:(برای بیشتر واکنش‌هایمان، ۰.۵ یا ۰.۶ ولت اعمال می‌کنیم، به طوری که این سه سولفید با هم به فلز، رنیوم، مولیبدن و مس تبدیل می‌شوند. در دمای کار سلول و در پتانسیل اعمالی ۰.۵ تا ۰.۶ ولت، سیستم ترجیح می دهد آن فلزات را تجزیه کند زیرا انرژی مورد نیاز برای تجزیه هر دو سولفید لانتانیم – حدود ۱ است. ولت سولفید باریم حدود ۱.۹ ولت نسبتاً بسیار بالاتر است. آزمایش‌های جداگانه همچنین توانایی کاهش انتخابی رنیم یا مولیبدن را بدون کاهش مس، بر اساس انرژی‌های تجزیه متفاوت آن‌ها، ثابت کردند.

پتانسیل صنعتی

فلزات مهم استراتژیک و کالایی از جمله مس، روی، سرب، رنیم و مولیبدن معمولاً در سنگ‌های سولفیدی و کمتر در سنگ‌های مبتنی بر اکسید یافت می‌شوند، همانطور که در مورد آلومینیوم وجود دارد. کاری که معمولا انجام می شود این است که آن ها را در هوا می سوزانید تا گوگرد را از بین ببرید اما با انجام این کار_SO2 [دی‌اکسید گوگرد] تولید می‌کنید، و هیچ‌کس اجازه ندارد آن را مستقیماً در هوا آزاد کند، بنابراین باید به نحوی آن را جذب کند. محققان توضیح می دهند که هزینه های سرمایه ای زیادی در ارتباط با جذب SO2 و تبدیل آن به اسید سولفوریک وجود دارد.

نزدیکترین فرآیند صنعتی به استخراج مس الکترولیتی که آنها امیدوارند شاهد آن باشند، تولید آلومینیوم توسط یک فرآیند الکترولیتی معروف به فرآیند هال-هروولت است که حوضچه ای از فلز آلومینیوم مذاب را تولید می کند که می توان به طور مداوم از آن استفاده کرد. می‌گویند: «ایده‌آل اجرای یک فرآیند مداوم است. بنابراین، در مورد ما، شما باید سطح مس مایع را ثابت نگه دارید و سپس به صورت دوره ای آن را از سلول الکترولیز خارج کنید. مهندسی زیادی در این زمینه برای صنعت آلومینیوم انجام شده است، بنابراین ما امیدواریم که از آن عقب نشینی کنیم.

محققان آزمایشات خود را در دمای ۱۲۲۷ درجه سانتیگراد، حدود ۱۵۰ درجه سانتیگراد بالاتر از نقطه ذوب مس انجام دادند. این دمایی است که معمولاً در صنعت برای استخراج مس استفاده می شود.

بهبودهای بیشتر

سیستم‌های الکترولیز آلومینیوم با راندمان ۹۵ درصدی فارادیک کار می‌کنند، بنابراین از راندمان ۵۹ درصدی گزارش‌شده توسط محققان، جا برای بهبود وجود دارد. می‌گویند برای بهبود کارایی سلول‌هایشان، ممکن است نیاز به اصلاح طرح سلول برای بازیابی مقدار بیشتری از مس مایع داشته باشند. الکترولیت همچنین می تواند بیشتر تنظیم شود و سولفیدهایی غیر از سولفید باریم و سولفید لانتانیم اضافه کند. هیچ راه حل واحدی وجود ندارد که به ما اجازه دهد این کار را انجام دهیم.

محققان می گویند: این یک بهینه سازی برای انتقال آن به مقیاس بزرگتر خواهد بود.

اثر بدیع و قابل توجه

روهان آکولکار که در این زمینه دخالتی نداشت، می گوید: «این محققان با استفاده از طراحی هوشمند شیمی فرآیند، مسیر بسیار جدیدی را برای تولید مس ایجاد کرده اند”محققان فرآیندی را مهندسی کرده‌اند که بسیاری از اجزای کلیدی را در خود دارد. این فرآیند یک مرحله‌ای تمیزتر، مقیاس‌پذیر و ساده‌تر برای تولید مس از سنگ معدن سولفیدی است.

بیشتر بخوانید: استخراج طلا با فیلتر پرس

آکولکار که اواخر سال گذشته از آزمایشگاه آلانور بازدید کرد، می‌گوید: «از لحاظ فناوری، نویسندگان از نیاز به کارآمدتر کردن فرآیند با حفظ خلوص ذاتی مس تولید شده استقبال می‌کنند. “اگر این فناوری بیشتر توسعه یابد و فنی-اقتصادی آن مطلوب به نظر برسد، ممکن است یک مسیر بالقوه برای تولید ساده تر و تمیزتر فلز مس، که برای بسیاری از کاربردها مهم است، فراهم کند.” آکولکار خاطرنشان می کند که کیفیت این کار عالی است.

ژاکوب جورنه، استاد مهندسی شیمی، می‌گوید: (فرایندهای استخراج کنونی شامل مراحل متعددی است و نیاز به سرمایه‌گذاری بالایی دارد، بنابراین پیشرفت‌های پرهزینه ممنوع است. الکترولیز مستقیم سنگ معدن سولفید فلزی نیز سودمند است زیرا تشکیل دی اکسید گوگرد، یک آلاینده باران اسیدی را از بین می برد.)

الکتروشیمی و ترمودینامیک در نمک‌های مذاب کاملاً با سیستم‌های آبی [مبتنی بر آب] متفاوت است و تحقیقات آلنور و گروهش نشان می‌دهد که بسیاری از شیمی خوب در گذشته به دلیل تعهد ما به آب نادیده گرفته شده است. جورنه پیشنهاد می کند. الکترولیز مستقیم سنگ‌های فلزی راه را به سوی رنسانس متالورژیکی باز می‌کند که در آن اکتشافات و فرآیندهای جدید می‌توانند پیاده‌سازی شوند و می‌توانند صنعت استخراج قدیمی را مدرن کنند و کارایی انرژی آن را بهبود بخشند. رویکرد جدید را می توان برای فلزات دیگر با اهمیت استراتژیک بالا مانند فلزات خاکی کمیاب اعمال کرد.

فیلترپرس چه کمکی به استخراج مس می کند؟

کنسانتره سنگ مس:

فرآیند فلوتاسیون سنگ مس آسیاب شده را از محصولات فرعی معدنی آن جدا می کند. اندازه ذرات سنگ معدن مستلزم استفاده از صفحات فیلتر محفظه ای و فشرده سازی با استفاده از صفحات فیلتر غشایی است. آب باقیمانده در کیک فیلتر به راحتی در یک روش خشک کردن با ضربه بعدی استخراج می شود بنابراین عناصر فیلتر با درج های قابل تعویض در خروجی های زهکشی فیلتر مجهز شده اند. سپس پارچه های فیلتر محافظت می شوند و عمر مفید آنها افزایش می یابد.

بیشتر بخوانید: فرآوری سرامیک توسط فیلترپرس

فیلتر پرس صفا به طورگسترده در کارخانه کاغذ کارخانه چاپ و رنگرزی، کارخانه بافندگی، معدن مس، سنگ آهن، سنگ معدن منیزیم، لجن مس، کارخانه آلمینیوم، کارخانه ماسه شویی، روغن و استخراج گاز، لایروبی رودخانه، محلول عصاره طب چینی، ساکارز،تصفیه خانه فاضلاب شهری مورد استفاده قرار میگیرد.

اصلی ترین کار فیلتر پرس لجن مس این است که زمانی که لجن مس همراه با آب در داخل پارچه فیلتر جریان می یابد لجن مس روی پارچه فیلتر به دام می افتد و برای تشکیل کیک جمع می شود مایعی که شامل لجن مس نیست از پارچه فیلتر نفوذ می کند.

حالت جریان مایع فیلتر پرس لجن مسی به دو حالت جریان خارجی و جریان داخلی تقسیم می شود هنگامی که فیلتر پرس جریان خارجی فیلتر می شود به دلیل محیط سختی که فیلتر پرس در آن قرار دارد مایع فیلتر شده به ناچار آلوده یا با ناخالصی ها مخلوط می شود بنابراین برای محافظت بهتر از مایع فیلتر پرس به یک فیلتر پرس داخلی نیاز داریم.

به طور کلی فیلتر پرس جریان خارجی را می توان در صنایعی استفاده کرد که پس از فیلتراسیون مخلوط جامد- مایع به مواد جامد نیاز دارند مانند متالورژی سنگ معدن و غیره… در حالی که فیلترپرس جریان داخلی در صنایعی که نیاز بالایی به مایعات فیلتر شده دارند استفاده می شود به عنوان دارویی بیولوژیکی و غیره …

بیشتر بخوانید: فیلتر پرس چگونه کار می کند؟

بیشترین فیلترپرس از زهکشی جریان خارجی استفاده می کند پس از عبور فیلتر از محفظه فیلتر مستقیما از لوله زهکشی زیر صفحه فیلتر عبور میکند و مستقیما در خارج از تجهیزات از طریق شیر تخلیه می شود فیلترپرس جریان داخلی برای جمع آوری سیستم فیلتر در زیر شیرآب تخلیه می شود.

فیلتر پرس جریان داخلی برای جمع آوری سیستم فیلتر در زیر آب طراحی شده است و جریان فیلترشده از طریق خط لوله جمع آوری می شود. روش مرسوم این است که شیر زیر صفحه فیلتر پرس به یک شلنگ مهر و موم شده وصل میکنیم و یک لوله بزرگتر متصل به همه ی شلنگ ها در زیر شلنگ طراحی می شود تا مایع به خوبی محافظت شود فیلتر پرس بخار داخلی یه طور کلی برای مواد سمی بد بو فرار و قابل اشتعال مناسب است که می تواند بهتر از مایع و کارگران محافظت کند.

جهت دریافت مشاوره و خرید دستگاه فیلترپرس همین امروز تماس بگیرید