۲۹ شهریور ۱۴۰۰ - 2021 20 Sep
#
#
تحلیل ها

تحلیل و بررسی صنعت مس - قسمت دوم

تحلیل و بررسی صنعت مس - قسمت دوم
کد: 12059   تاریخ انتشار :۴ آذر ۱۳۹۴ ساعت ۱۲:۴۴

انواع مس موجود در صنعت

مس به سه صورت زیر در صنعت وجود دارد : مس کاتدیک تصفیه الکتریکی: مسی است که پس از تصفیه الکتریکی تولید شده ودارای هدایت الکتریکی مناسب می باشد این نوع کالا فقط بصورت ورق های کاتدی بفروش می رسد. مس حاوی اکسیژن: کالاهای مسی حاوی اکسیژن به مس تصفیه شده الکتریکی و مس تصفیه شده حرارتی تقسیم می شوند. هر دو این ها به دلیل داشتن اکسیژن جهت جوشکاری ولحیم کاری مناسب نمی باشند. مس های عاری از اکسیژن که به انواع زیر تقسیم می شوند: • مس اکسیژن زدایی شده در خلا : مزایای چنین مسی دارا بودن خاصیت بسیار مناسب جوش ولحیم کاری بدون خطر هیدروژن تردی است. • مس اکسیژن زدایی شده توسط فسفر: وجود فسفر به مقدار ناچیز باعث کاهش هدایت الکتریکی شده و بنابراین در صنایع الکتریکی به طور محدود استفاده می گردد ولی به واسطه نداشتن اکسیژن بالا ودارای خاصیت مناسب جوش ولحیم کاری است.

تقسیم بندی آلیاژها

آلياژهاي مس در تنوع تركيبات مختلف ، فاصله هاي انجماد متفاوتي دارند كه پديده انجمادهاي پوسته اي ( فاصله انجماد كم )، انجمادهاي خميري ( فاصله انجماد زياد ) و همچنين انجمادهاي اوتكتيكي و پريتكتيكي مختلف را شامل مي گردند و از اين رو يك تعريف كلي و عمومي براي آنها تقريباً مشكل و غير ممكن مي باشد . حدود 4/3 آلياژهاي مس ( به جز چند مورد استثانايي مانند آلياژهاي برليم و 1% كرم ) اغلب داراي عناصر آلياژي بيش از 10% و گاه تا 40% مي باشند و از اين رو فاصله انجماد آن ها بر حسب تركيب از نوسانات زيادي برخوردار است . همچنين درجه حرارت ريختن آنها حدود 100 تا C 150 بالاتر از نقطه مايع مي باشد . آلياژهاي مس با نقطه ذوبي معمولاً بالاتر از 850 و درجه ريخته گري بالاتر از C 1000 و وزن مخصوصي معادل 8 گرم بر سانتيمتر مكعب بيشتر در شرايط ريخته گري آلياژهاي آهني و چدن ها قرار مي گيرند و از اين رو ريخته گري آنها به مراتب مشكل تر از آلياژهاي آلومينيم مي باشد . سياليت آلياژهاي مس از آلياژهاي آلومينيم كمتر است و به همين دليل در انتخاب و ايجاد سيستم راهگاهي همواره سياليت كمتر اين آلياژ مورد نظر قرار مي گيرد. بسياري از عناصر كه در تهيه آلياژهاي مس به كار مي روند مانند روي ، آلومينيم ، سليسيم به شدت قابل اكسيده شدن هستند و بخصوص در شرايط اكسيدي مس که باعث آن مي شود كه آلياژهاي مسي به سرعت با اكسيژن محيط و همچنين مواد نسوز تركيب شده و انواع مواد ناخواسته و آخال ها را در مذاب القاء نمايند. آلیاژهای مس به دو نوع آلیاژهای نوردی و ریخته گری تقسیم می شوند که از طرق مختلف ریخته گری در ماسه، قالب فلزی و اخیراً سیستم های تحت فشار شکل می گیرند. • آلياژ هاي نوردي : كه به روش دائمي ريخته شده و كاربرد مستقيم در صنعت ندارد كه همراه بعد از عمليات تكميلي مانند تراشكاري فرز كاري و كار مكانيكي استفاده مي شود . • آلياژ هاي ريخته گري مس : آلياژ هايي هستند كه پس از مرحله ريخته گري در صنعت كاربرد مستقيم دارند. انواع آلياژهاي ريخته گري شامل مس خالص، برنج ها (مس و روي)، برنز (مس و قلع)، مفرغ (مس و قلع و روي)، ورشو (مس و نيكل)، آلياژ هاي مس و سرب ( مس ليتيم ) موادي كه براي ذوب آلياژهاي مس به كار مي روند شامل شمش هاي اوليه ، شمش هاي ثانويه ، برگشتي هاي كارگاه ، قراضه هاي خريداري شده و آميژان ها مي باشند كه بر اساس نياز و تركيب شيميايي و با توجه به هزينه هاي اقتصادي انتخاب و مورد استفاده قرار مي گيرند .

شمش هاي اوليه

بسياري از عناصر به صورت شمش هاي تقريباً خالص در ريخته گري مس مورد استفاده اند كه بنا به دلايل شرايط مطلوب ذوب بكار مي روند. • مس : مس كه عنصر اصلي در اين آلياژها مي باشد با نقطه ذوب C 1083 و وزن مخصوص 5/8 تا 9/8 گرم بر سانتيمتر مكعب در ورقها و مفتول هاي مختلف مسي تهيه مي شود و درجه خلوص آن 5/99 تا 9/99 مي باشد و همواره حاوي ناخالصي هاي/ي مانند قلع يا نيكل، آهن ، آنتيموان ، بيسموت و سرب است . • قلع : عنصر دوم در برنزهاي قلع است و در اغلب آلياژهاي مس نيز تا حدودي يافت مي شود و با نقطه ذوب C 232 و وزن مخصوص gr/Cm3 در شمش هاي 25 كيلوگرمي و مفتولهاي مختلف تهيه و مورد استفاده قرار مي گيرند . درجه خلوص آن از 5/99 تا 9/99 متغير و حاوي ناخالصي هايي مانند مس ، آهن ، سرب ، آلومينيم ، بيسموت و آنتيموان مي باشد . • سليسيم : سيليسيم كه در انواع مختلف برنجها و برنزها مورد استفاده است دقيقاً در تركيب و اندازه هايي كه در آلومينيم ذكر شد در ريخته گري مس نيز به كار مي رود . • روي : تركيبات مختلف برنج ها حاوي روي به عنوان عنصر دوم هستند كه باوزن مخصوص gr/Cm3 1/7 در قطعات مختلف تهيه و ناخالصي هاي آن با آنچه در مبحث آلومينيم ذكر شد ، مطابقت دارد . • سرب : سرب در تهيه برنزهاي سرب دار و همچنين انواع برنجها بكار مي رود . سرب با نقطه ذوب C 327 و وزن مخصوص gr/Cm3 3/11 در قطعات 30 تا 40 كيلوگرمي تهيه مي شود به طوريكه از نظر بريدن ، سهولت برش حاصل آيد . درجه خلوص سرب مورد استفاده در ريخته گري 5/99 تا 8/99 مي باشد و حاوي ناخالصي هاي معمولي از قبيل قلع ، روي ، مينزيم ، آهن ، آلومينيم ، كلسيم ، بيسموت ، آرسنيك و آنتيموان مي باشد . • نيكل : نيكل در برنجهاي مخصوص ( ورشو ) و همچنين در برنزها بكار مي رود و با وزن مخصوص 9/8 و نقطه ذوب C 145 شرايط حلاليت ايده آل را در مس دارد . انواع مختلف شمش هاي كاتدي آن مورد استفاده قرار مي گيرد .

شمش هاي ثانويه

اين آلياژها و شمش ها كه از ذوب و تصفيه مجدد قراضه ها تهيه مي شوند از نظر كنترل تركيبي مطلوب تر و همچنين از نظر درصد عناصر آلياژي غني تر مي باشند و در مراحل خاص ذوب به كار مي روند . تركيب شيميايي شمش هاي ثانويه معمولاً حاوي 2 تا 7 درصد قلع ، 4 تا 10 درصد روي و 2 تا 6 درصد سرب مي باشد .

copper-bar

آلياژسازها (آميژان ها)

نكته حائز اهميت در مورد آميژان هاي مربوط به مس فقط تقليل نقطه ذوب نيست بلكه چگونگي ساخت آلياژ و همچنين جلوگيري از تصعيد بعضي عناصر باعث آن مي گردد كه از آميژان هاي مس استفاده گردد. بهترين روش تهيه آنها در كوره هاي القايي گزارش شده است. روش تهيه آلياژسازي مس كه اغلب در مورد ساير ريخته گري غير آهني نيز به كار مي رود از پيچيدگي زيادي برخوردار نيست. از مهم‌ترين حوادث تاريخي تعيين‌كننده در مسير تكامل دانش بشر در زمينه‌ي استفاده از مس، كشف چگونگي توليد آلياژ برنز مي‌باشد. با كشف اين مسئله كه از تركيب مس و قلع، آلياژ برنز به‌دست مي‌آيد، عصر ديگري در تاريخ يعني عصر برنز آغاز شد كه حدوداً به 2500 قبل از ميلاد مربوط مي‌شود و تا آغاز عصر مفرغ، پايه‌گذاري شده است. همچنين مي‌توان به كشف چگونگي استخراج مس از سنگ معدن، تقريباً همزمان با كشف برنز و همچنين اختراع برنج از تركيب مس و روي در حوالي سال‌هاي 600 تا 1000 قبل از ميلاد اشاره كرد. در روشهاي قديمي از احياء مستقيم مخلوط مس ، يا برخي از سنگ معدنهاي آن ، وكالامين يا سنگ توتيا ( كربنات روي ) بدست مي آوردند . تنها در سال 1781 بود كه امرسون روش ذوب مستقيم فلزات را كشف كرد و يك آلياژ مس - روي بدست آورد كه به آن برنج مي گوئيم. برنج برای یونانیان شناخته شده بود اما اولین بار بصورت گسترده توسط رومیان بکار رفت. به خاطر زیبایی درخشانش (بطوریکه در باستان برای ساخت آئینه از آن استفاده می‌شد) و نیز به دلیل ارتباط آن با قبرس که مربوط به الهه بود، در اسطوره‌شناسی و کیمیاگری فلز مس با الهه‌های آفرودیت و ونوس پیوند دارد. در کیمیاگری علامتی را که برای مس در نظر گرفته بودند، علامت سیاره ناهید نیز بود. در امريكا ، نخستين نورد ورقه برنجي در Connecticut Watcrbury ، انجام شد و تاكنون Connecticut مقام خود را بعنوان مركز ساخت برنج امريكائي حفظ كرده است . مس اغلب بعنوان يك عنصر آلياژ دهنده براي فلزات قيمتي مصرف مي شود . قسمت عمده طلا و نقره بازار با مس آلياژ ميشوند . همچنين براي بهبود مقاومت خوردگي مس نيز به بعضي فولادها اضافه ميشود . وقتي مس به آلومينيوم افزوده ميشود ، يك آلياژ قابل پيرسختي حاصل مي گردد . معمولاً 10 تا 15% آلومينيم مورد نياز را به همراه مس ذوب مي كنند و بقيه آلومينيم مورد نياز را بعد از حرارت دادن تا C 200-150 به مذاب محلول اضافه مي كنند و سپس درجه حرارت مذاب را تا 700 تقليل داده و بعد از گاززدايي با كلرور روي و يا كلرور منيزيم در درجه حرارت حدود C 670 در قالب شمش هاي تهيه شده مي ريزند . البته چنانچه دوكوره آماده بهره برداري باشد ، مي توان مس و آلومينيم را جداگانه ذوب نمود و سپس با برقراري يك جريان باريك ، مس مذاب را به آلومينيم افزوده و سپس باقي مانده آلومينيم را به آنها اضافه كرد ( مس سنگين مي باشد و در مذاب آلومينيم غوطه ور مي گردد). بابيت ها ( آلياژهاي پرقلع ، پر سرب ) غالباً مس دارند . آلياژهاي نيكل محتوي مس از خود مقاومت خوردگي پايداري نشان مي دهند. مصرف وسيع ديگر مس در صنعت الكترو پليتينگ ( آبكاري الكتريكي ) است كه مس بعنوان زيرپوش براي آبكاري نيكل و كرم مصرف ميشود. ذكر اين نكته لازم است كه استفاده روزافزون از آلومينيوم و گسترش انواع آلياژي آن، موارد استفاده از مس را با كاهش فراوان روبرو كرده است.

تکامل روش های تهیه مس

احتمالا مس در ابتدا از ذوب مس طبیعی که به‌صورت آزاد وجود داشته بدست آمده و سپس احیاء سنگ های اکسید مس به‌خصوص مالاکیت متداول شده است. طبق شواهد، این سنگ ها را در گودال هایی که در دامنه تپه‌های مشرف به وزش باد احداث شده بود، ریخته و عمل احیا توسط چوب های جنگلی و بعدها بوته‌های گل سیلیکاتی استفاده شده و سپس به‌تدریج وسایل ابتدایی مس بکار رفته است. مورخ یونانی (Plinius) از سنگ های سولفوره به‌عنوان ماده اولیه تهیه مس یاد کرده است. در سال 1585 ، کوره قائم توسط Barthel – Kohler جهت ذوب مثل ساخته شد و در سال 1866 ، "Pilzz" جهت خنک کردن چنین کوره‌هایی از آب استفاده نمود که این کوره‌ها به نام خود وی معروف شد. در 1890 کوره‌های قائم با سطح مقطع مستطیل شکل طراحی گردید. همچنین در حدود سالهای 1698 ، کوره شعله‌ای توسط "D.Wright" طراحی و ساخته شده و با مرور زمان به تکامل رسید. این کوره‌ها در ابتدا با سوخت زغال سنگ کار می‌کرد. اولین کوره‌های تسویه مکانیکی در سال 1851 توسط "پارکس" طراحی گردید و در سال 1875 توسط "Brucken" و "Smith" طوری تکامل یافت که بتوان در آنها از واکنش‌های گوگردی گرمازا تا حدی جهت گرم کردن کوره استفاده کرد. بر این مبنا در سال 1875 کوره‌های تبدیل کننده توسط "W.Keates" و در سال 1880 کوره‌های کنورتوره توسط "Manhes" و "David" به صنعت راه یافت. تصفیه مس در ابتدا در گودال هایی توسط چوب انجام می‌شد و از سال‌های 1700 در ناحیه Harz در آلمان تصفیه مس در کوره‌های شعله‌ای آغاز شد و سپس برای بازیابی فلزات قسمتی از خرامن تصفیه فلزات از روشی که توسط "Scholtuter" پیشنهاد گردید، استفاده شد و با راه یافتن متد الکترولیز به صنعت در سالهای 1870 و تصفیه الکتریکی مس ، تحولی عظیم در صنعت مسگری بوجود آمد.

روش های استخراج و تولید مس

در دوران امپراطوري روم، بيشتر كانه هاي مس از اسپانيا (معدن ريوتينتو) و قبرس بدست مي آمد. با سقوط امپراطوري روم، معدنكاري در اروپا دچار ركود مجازي شد. در آلمان (ساكسوني) تا 920 ميلادي فعاليت هاي معدني شناخته نشده است. در طول قرون وسطي، معدنكاري و استحصال فلزات از آلمان به تمام اروپا گسترش يافت. تا سالها قبل از ميلاد مسيح، بوميان آمريكاي شمالي با كار بر روي مس طبيعي، ابزارهايي ساخته بودنددر حالي که مهارت ذوب و ريخته گري در نزد آنان ناشناخته بود. از سوي ديگر، مهارت ريخته گري مس در 500 ميلادي توسط مردم پرو شناخته شده بود و در قرن 15 ميلادي اينكاها به روش استحصال مس از كانه هاي سولفيدي دست يافتند. در سال 1500 ميلادي آلمان در توليد مس مقام نخست را داشت و خانواده Fugger ، تجارت جهاني مس را در دست داشتند. از سال 1800 انگلستان در فرآوري كانه ها به مقام نخست دست يافت. در 1850 شيلي مهمترين توليد كننده كانسنگ مس شد و تا انتهاي قرن 20، آمريكا رهبري معدنكاري و توليد جهاني مس تصفيه شده را به دست گرفت. توسعه فني در صنعت مس در 120 سال اخير رشد چشمگيري داشته است. كوره انفجاري بر اساس قديمي ترين اصول توليد مس، بطور پيوسته به سمت كارخانجات مؤثرتر توسعه يافت. با اين وجود پس از جنگ جهاني اول، كوره انعكاسي، كه براي نخستين بار در ايالات متحده ساخته شد، جايگزين كوره انفجاري شد. معمولاً در انتخاب یک روش برای استخراج مس یا هر فلز دیگر پارامترهای مختلفی دخالت دارد و مهمترین آنها اقتصادی و مقرون به صرفه بودن آن روش است. دست‌اندرکاران صنعت استخراج معمولاً سعی در ابداع یک روش جدید با هزینه‌های کمتر و بازده بالا یا بهبود روش های قبلی برای پایین آوردن هزینه و بهره‌وری بالاتر دارند. با پیشرفت تکنولوژی و ساخت دستگاه‌های جدید روز به روز روش های اقتصادی‌تر جایگزین روش های پرهزینه قدیمی می‌شود. روش های مرسوم و کلی استخراج مس شامل مراحل زیر می باشد.

استراج مس

روش احیا

این روش برای استخراج مس از سنگهای اکسیدی و پرعیار بکار می‌رود. اساس این روش ، حذف کامل گوگرد از سنگ معدن مس و احیاء بعدی آن توسط عوامل احیا کننده مانند کربن یا منوکسید کربن قرار دارد. این روش ، قدیمی است و امروزه بدلیل کمیاب بودن سنگ های اکسیدی پرعیار و همچنین مصرف سوخت و انرژی بالا ، تلفات زیاد مس در سرباره و هزینه زیاد حذف ناخالصی‌ها ، مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

روش پیرو متالورژی (روش خشک - مات)

تهیه مس به طریق خشک عبارتست از حرارت دادن و ذوب نمودن. در این روش سنگ های معدنی مس گوگرددار در کوره‌های ذوب به مخلوطی از سولفورهای مس و آهن که مات مس نام دارد، تبدیل می‌شود و سپس توسط یک کنورتور (مبدل) به مس خام تبدیل می‌شود که بعد از تصفیه و ذوب کاتدی مس فلزی بدست می‌آید. این روش ، بدلیل مصرف سوخت کمتر (وجود عناصر گرمازای کافی در مات که کنورتور را بی‌نیاز از سوخت خارجی می‌کند) و همچنین درجه خلوص بالاتر مس خام ، نسبت به روش احیا ، اقتصادی‌تر بوده ، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در میان روش های استخراج مس ، تهیه مات متداولترین روش می‌باشد که براساس دو اصل زیر استوار می‌باشد: • واکنش پذیری مس با گوگرد از سایر عناصر وجود در کانی بیشتر بوده ، زودتر از عناصری مثل نیکل و کبالت و سرب می‌تواند سولفور تشکیل بدهد. آهن هم سریعتر از عناصر فوق با گوگرد وارد واکنش می‌شود، از این رو ، مات مس معمولاً سولفور دوگانه آهن و مس می‌باشد که به‌سهولت از گانگ‌ها به‌صورت مذاب جدا می‌شود. مقدار گوگرد موجود در سنگ معدن ، عیار مات را تعیین می‌کند. مقدار بالای گوگرد نشانگر پایین بودن عیار مس می‌باشد بهترین حالت وقتی است که مقدار گوگرد 50-35 درصد مس کافی باشد. • میل ترکیبی مس با اکسیژن کمتر از سایر فلزات و عناصر موجود می‌باشد، از این رو ، در محیط اکسیژنی پایدار است و به این ترتیب، از مات مس جدا می‌شود پس از عملیات استخراج، سنگ معدن در کارخانه تغلیظ وارد سنگ شکن اولیه و ثانویه شده و به ابعادی در حدود 12 میلیمتر خرد و وارد آسیای گلوله ای شده و با مواد شیمیایی و شیر آهک به صورت دوغاب (اندازه دانه ها کمتر از 100 میکرون) در می آید. دوغاب حاصله با فرآیند فلوتاسیون (شناورسازی) تغلیظ شده و کنسانتره مس و کنسانتره مولیبدن از آن به دست می آید. کنسانتره مس صاف شده ( به شکل خمیری) و در کوره های خشک کن رطوبت گیری شده و به مرحله ذوب می رود. مواد مذاب ترکیبی از مس و سایر مواد ناخالصی نظیر گوگرد، آهن، طلا و ... با عیار حدود 45% است (به اسم مات مس). عبور هوا و اکسیژن از مات مس در کوره های مبدل، ناخالصی ها و به خصوص آهن و گوگرد را اکسیده کرده و به سربار انتقال می دهد. مس حاصله هنوز به دلیل وجود عناصر مختلف و مواد غیر فلزی، ناخالصی و متخلخل است که آن را مس بلیستر می نامند. سپس ناخالصی های مس بلیستر را در کوره های دیگر و با کمک گاز پروپان سوزانده و در چرخ ریخته گری به صورت صفحات بزرگی در می آورند که به عنوان آند در الکترولیز مس به کار می روند. در مرحله پالایش، صفحات آند از مرحله قبل و نیز صفحات نازک کاتد (از جنس مس بسیار خالص) در محلول الکترولیت اسید سولفوریک و سولفات مس وارد و پس از عبور جریان معین تحت ولتاژ بسیار پایین از آنها، مس به صورت یون از آند جدا شده و بر روی کاتد می نشیند. عناصر و فلزات دیگر (از جمله فلزات گرانبها مثل طلا و نقره) در محلول الکترولیت حل نمی شوند و از این رو در کف کوره الکترولیز به صورت لجن رسوب می کنند. کاتدها و نیز محصولات منتجه از آن (اسلب، مفتول، لوله مسی) قابل فروش در بازار فلزات است. از گاز so2 تولیدی در مرحله ذوب برای تولید اسید سولفوریک به عنوان یک محصول جانبی ( قابل فروش و نیز مورد نیاز در روش هیدرو متالورژی) استفاده می شود. لجن الکترولیز و سرباره مرحله ذوب نیز دارای مقداری مس و سایر فلزات (از جمله طلا و نقره) هستند که به عنوان محصول جانبی فروخته می شوند. مولیبدن، سولفور مولیبدن و فرو مولیبدن نیز از محصولات جانبی این فرآیند است. کوره هایی که از آنها در ذوب پرعیار شده سولفور مس و آهن مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از : کوره انعکاسی (شعله ای)، کوره بادی، کوره الکتریکی، کوره فلاشی، کوره مبدل

• کوره شعله ای

کوره شعله ای بیشتر برای ذوب مواد اولیه مس که به صورت گرد و خاک از عملیات شناورسازی و خشک کردن بدست آمده می باشد. در این کوره گرمای لازم از شعله ای که از احتراق سوخت تولید می شود تأمین می گردد و دخالت چندانی در احیاء و فعل و انفعالات شیمیایی که در درون کوره انجام می گردد ندارد. در اثر احتراق سوخت (مازوت) در اطاق سوخت درابتدای کوره قرار گرفته و گرمایی با درجه حرارت 1400 تا 1500 درجه سانتیگراد تولید خواهد شد که از سقف و دیوارهای جنس کوره به طرف قاعده و کف آن منعکس می شود به طوریکه در انتها دمای کوره حرارتی در حدود 1200 درجه سانتیگراد خواهد بود. انتقال حرارت در کوره های شعله ای بیشتر از طریق تشعشع صورت می گیرد. پوشش درونی این نوع کوره ها از سنگ های نسوز سیلیس یا منیزیمی و یا کرومیتی می باشد. اصول ذوب معمولاً بر این منوال می باشد که در کوره عملیات ذوب و انجام فعل و انفعالات صورت می گیرد و قشر مات و سرباره در آن ایجاد می شود که مات در زمان های مختلف از کوره خارج می گردد ولی سرباره بطور مدوام دفع می شود. هنگام ذوب بایستی سعی شود فازهای مختلفی ایجاد شود قابلیت جدا کردن داشته باشند. در ذوب مس حداقل دو فاز با وزن مخصوص های مختلف تولید می شوند که عبارتند از: 1. فاز سولفورها که مات نامیده می شود و از مقدار زیادی سولفور مس و سولفور آهن که در یکدیگر قابل حل می باشند تشکیل یافته است. 2. فاز سیلیکات ها که بیشتر از سیلیکات های آهن تشکیل یافته و سبکتر از مات می باشد که سرباره نامیده می شود. در مواد معدنی عناصر و فلزات گوناگونی وجود دارند که قابلیت حلالیت متفاوتی در این دو فاز را دارا می باشد. مثلاً فلزات گرانبها از قبیل طلا و نقره که در موادمعدنی اصلی موجودند بخوبی در مات قابل حل و نگهداری هستند. چون مات حاصله دارای وزن مخصوص بیشتر از سرباره می باشد و در آن غیر قابل حل می باشد از خاصیت اخیر در عمل ذوب استفاده شده و این دو فاز را از یکدیگر جدا می سازند، مهمترین فعل و انفعالاتی که در این مرحله احتمالاً صورت می گیرد این است که قبل از مایع شدن سنگ ذوب شده، ترکیبات معدنی آهن موجود در کوره به ترکیبات سولفور مس، آهن و گاز گوگرد بدل می شوند. بر اثر برداشت سنگ معدن و عمیق ترشدن معدن، ترکیبات معدنی بصورت کالکوسیت، کوولیت، گالکوییریت و پرونیت تغییر خواهد کرد. در منطقه سوبرژن معدن که بعد از ناحیه اکسید قرار دارد، می توان گفت که این ناحیه از ترکیبات کالکوسیت و کوولیت و پرونیت تشکیل یافته و برحسب اینکه بهره برداری از معدن در چه مرحله ای قرار گرفته باشد فعل و انفعالات فوق در کوره انعکاسی قبل از روان شدن مس صورت می گیرد. مس مذاب (مات) حاصل از کوره انعکاسی دارای تقریباً 4/41 درصد مس می باشد و ناخالصی های همراه آن عبارتند از: آهن بمیزان تقریبی 1/30 درصد، گوگرد بمیزان 25درصد و ناخالصی های دیگری بمقدار کم. بمنظور جداکردن اینگونه ناخالصی ها، مس مذاب را وارد کوره های مبدل می کنند. در محیط اکسیده کننده این کوره آهن گوگرد بصورت اکسید آهن و گازانیدرید سولفور از مس جدا می گردند. آهن بصورت سیلیکات وارد سرباره کوره گردیده از محیط عمل خارج می شود و گوگرد بصورت گاز خارج می گردد. عملیات کوره مبدل جهت حذف آهن و گوگرد دارای دو مرحله است: 1. حذف آهن با دومش هوا در فلز سفید صورت می گیرد. 2. حذف گوگرد باقی مانده با دمش هوا بداخل مس جوشدار صورت می گیرد. در مرحله اول هوای فشرده بشدت محتوی کوره را بهم میزند و سولفور آهن در سطح حباب ها به اکسید آهن FeO تبدیل می شود. اکسید مس بلافاصله مجدداً با ترکیب شدن با سولفور آهن بصورت سولفور مس در می آید. اکسید آهن Feo حاصل ضمن ترکیب شدن با سیلیس اضافه شده و وارد سرباره می¬شود که از محیط عمل خارج میگردد. در صورتیکه سیلیس کمتر از حد مورد نیاز موجود باشد ممکن است تولید اکسید مغناطیسی آهن شود. واکنش های فوق همچنان ادامه دارد تا اینکه کلیه آهن موجود در مات اکسید شده و به سرباره برود و توده گداخته زیرین فقط محتوی است که به (فلز سفید) معروف است. در مرحله دوم دمش هوا ادامه دارد تا گوگرد تبدیل به اکسید گردد و اکسید مس با سولفور مس بصورت زیر ترکیب شده و تولید مس فلز را می نماید.

• کوره انعکاسی ذوب خوراک آماده شده جهت ذوب وارد دوکوره انعکاسی که اندازه های طول و عرض داخلی آن به ترتیب 7/9× 5/35 متر است می شود. هر کدام از کوره ها قادرند روزانه 750 تن خوارک آماده شده را ذوب نماید. کوره از مواد نسوز ساخته شده و به سقف معلق و دریچه های معلق تنظیم خروج دود مجهز است. مخازن تغذیه خوراک و مواد محافظ دیوارها (Fettling) بالای هر کدام از کوره ها قرار گرفته، خوراک توسط یک نوار نقاله مداری رفت و برگشتی بین قیف های تغذیه کوره توزیع می شود. قیف های تغذیه بالای دیوارهای طرف مشعل ها و طرف خروج دود برای ورود مواد محافظ دیوارها بکار گرفته می شود. Two Uptakes برای هر کوره در نظر گرفته شده که گازهای ناشی از احتراق و ذوب را به دیگهای بخار(حرارت مازاد) هدایت کند. مکش کوره ها بوسیله دودکش آنها تامین می شود مه این مکش بصورت خودکار با دود دو دریچه پرده کرکره¬ای که در طرف خروجی گاز دیگ های بخار نصب شده اندکنترل می شود. ماکزیمم ظرفیت حرارتی هر کوره انعکاسی در صورتی که سوخت آن مازوت باشد BTU/hr (بی تی یو در ساعت) است و مصرف سوخت روزانه 230 تن در روز می باشد. دو سیستم خنک کننده مس مذاب (مات) و سرباره در دو طرف هر کوره برای خنک کردن اضطراری وجود دارد. هر کوره در هر طرف خود به دو ماشین سوراخ باز کن و سوراخ بند خروج مات و سرباره مجهز است. مس مذاب بوسیله تاودانی دوجداره مجهز به سیستم خنک کن آب وارد پالیت ها به حجم 2/9 متر مکعب می شود که از این پالیتل ها می توان جهت حمل مس مذاب، سرباره و مس جوشدار برحسب مورد استفاده کرد. هنگام انجام عملیات بازکردن سوراخ مس مذاب(مات) پاتیل ها روی ماشین های مخصوص بخود در دو طرف کوره قرار می گیرند، پس از پر شدن آنها می شوند که در چهار نقطه سربارهگیری مستقر می باشند. سپس پاتیل های پر شده توسط ماشین سرباره کش به محوطه مخصوص تخلیه سرباره حمل می شوند هر کوره انعکاسی نیز دارای دو عدد ناودانی مخصوص برگشت سرباره مبدل به خود می باشد، گازهای خروجی کوره های انعکاسی که وارد دیگهای بخار می شوند دارای درجه حرارتی در حدود درجه سانتیگراد بوده پس از خروج از دیگ ورود به گردگیرهای برقی درجه حرارتی در حدود درجه سانتیگراد خواهند داشت و پس از عبور از این سیستم ها و ورود به دودکش درجه حرارتی در حدود خواهند داشت. گازهای خروجی کوره ها که دارای ذرات مس و گرد و غبار می باشند در حین عبور از مسیرهای باد شده بالا و گردگیری های برقی ذرات را که همراه دارند از دست داده و تقریباً گاز خروجی از دودکش ها که به اتمسفر رها می شوند عاری از ذرات می باشند. گازها پس از خروج از دیگ بخار و عبور از بالن های T شکل و سه عدد گردگیر برقی که بطور موازی هم قرار گرفته اند وارد دودکشی که دارای 182 متر ارتفاع است می شوند. پیش بینی میشود بطور متوسط گاز خروجی از دودکش دارای جریانی معادل 149.000 متر مکعب در ساعت باشد.

کوره انعکاسی مس

• کورهای مبدل (کنور تورها)

مس مذاب (مات) که توسط پاتیل از کوره گرفته می شود با ماشین مخصوص خود وارد راهرو قسمت کوره های مبدل می شود و توسط جرثقیل سقفی این مذاب برای تبدیل به مس جوشدار و انجام عملیات اکسیداسیون وارد کوره مبدل می شود که از این نوع کوره 5 عدد با قطر 9/3 متر و طول 1/9 وجود دارد. کنورها به 52 توری بقطر 5 سانتیمتر جهت دمش هوا مجهز هستند و علاوه بر آن هر کوره دارای سیستم توری بازکن نوع گازی می باشد. درب (هود) آنها از فولاد ضد زنگ می باشد و این قسمت ها به نحوی طراحی شده که از رقیق شدن گاز خروجی با هوای خارج جلوگیری و از ایجاد سرباره در این قسمت جلوگیری گردد. موتور محرک کوره دارای قدرت 100 اسب بخار و از نوع DC جریان مستقیم می باشد و در صورت قطع برق موتور DC، با استفاده از باطری های اضطراری کوره را به چرخش در آورده تا توری های هوا، بالای توده مذاب قرار گیرند. در بالای هر کوره دو مخزن سیلیس وخرد شده های ته پاتیلی وجود دارند که سیلیس و خردشده های که پاتیلی بوسیله یک نوار نقاله در زمانیکه کوره در حالت دمش هوا قرار دارد از سوراخی که در هود تهیه شده به داخل کوره می ریزد. 3 مبدل در حالت بهره برداری و چهار مبدل بصورت آماده بهره برداری می باشد. هر کوره در روز سه سیکل کار خواهد کرد و زمان لازم جهت سیکل 8 ساعت می باشد. • کوره نگهداری این کوره از نظر اندازه و سایر مشخصات همانند کوره های آند می باشد. این کوره دارای توری های مخصوص اکسید کردن مس می باشد. و بدین منظور در نظر گرفته شده چنانچه حالتهای اضطراری برای مبدل ها بوجود آید و یا کوره های آند در مرحله آجر چینی باشند مس را بصورت قالب های چهار گوش ریخته گری نمایند. سوخت این کوره ها (نگهدارنده و آند) در مراحل اکسید از نوع سوخت سنگین (مازوت) بوده و در مرحله احیاء از نوع سوخت سبک (گاز) است. هوای لازم جهت سوخت بوسیله دود دمنده تهیه می شود.

روش هیدرومتالوژی (روش تر)

امروزه جهت گيري و رويكرد صنعت توليد مس به سوي روش هاي هيدرومتالورژي مي باشد. اين امر با توجه هزينه هاي سنگين مواد اوليه، سرمايه گذاري بالا ، نيروي انساني و وجود مشكلاتي نظير آلودگي‫هاي زيست محيطي، مصرف بالاي انرژي و عدم امكان استفاده مجدد از مواد مصرفي، روز به روز از اهميت بيشتري برخوردار مي گردد. ‬‬‬ در این روش با ریختن اسید سولفوریک بر روی کانسنگ، محلولی به نام PLS وارد حوضچه انحلال می شود. در مرحله بعد، به روش الکتروشیمیایی و همانند روش تصفیه الکترولیتی در روش پیرومتالورژی، مس به روش الکترولیز استحصال می شود. با این تفاوت که در اینجا یون مس داخل محلول را بر روی آندی از جنس سرب رسوب می دهند و پس از رسیدن لایه رسوب به ضخامت کافی آنرا برش زده و جدا می کنند. این روش به خاطر حذف مرحله ذوب انرژی بسیار کمتری مصرف می کند ولی بخش کوچکی از مس دنیا از این طریق تولید می شود. در روش هيدرومتالورژي، كانسنگ هاي معدني پس از استخراج از معدن تحت عمليات خردايش و آگلومراسيون قرار گرفته و با انجام عمليات انحلال (ليچينگ) بر روي آن، محلول حاوي عنصر معدني حاصل مي‫شود. در ادامه فلز مس از اين محلول به كمك فرآيند هاي پالايش (جدايش با حلال يا تبادل يوني و الكترووينينگ) استحصال مي گردد. روش هاي انحلال عموماً به دو دسته اصلي انحلال بدون كمك ميكروارگانيسم و انحلال به كمك ميكروارگانيسم ها قابل تفكيك مي‫باشد. ‬‬‬‬‬‬ در طي فرآيند ليچينگ، كانسنگ حاوي كاني هاي عناصر (مانند مس) قابل حل توسط يك عامل شيميايي (مانند اسيد سولفوريك)، با قرار گرفتن در مجاورت محلول آبي حاوي اين عامل در شرايط شيميايي و فيزيكي مناسب، دچار انحلال شده و عناصر مورد نظر در اثر اين انحلال به صورت يون درآمده و از آن جدا مي شوند. روش ليچينگ خود به انواع مختلف شامل ليچينگ توده اي، ليچينگ درجا، ليچينگ با همزن، ليچينگ حوضچه اي و ليچينگ تحت فشار تقسيم مي گردد. در روش ليچينگ توده اي يا هيپ ليچينگ،كانسنگ به صورت توده اي در محلي انباشته شده و محلول حاوي عامل شيميايي از بالا بر روي آن ريخته مي‫شود تا در اثر جريان ثقل از ميان خلل و فرج موجود در توده كانسنگ عبور كرده و كاني مورد نظر را حل كند. در مورد كانسنگ مس، كاني‫هاي اصلي مس‫دار شامل كاني هاي اكسيدي (مانند مالاكيت يا كربنات مس و.....) و كاني هاي سولفيدي (مانند كالكوپيريت يا سولفيد مس و آهن و....) هستند. ‬‬‬‬‬‬‬‬‬در روش هيپ ليچينگ با پاشش محلول اسيد سولفوريك تحت شرايط شيميايي و فيزيكي مناسب، كاني هاي اكسيدي مس به راحتي حل مي‫شوند. ليكن در مورد كاني هاي سولفيدي اين فرآيند قدري پيچيده تر مي شود و اسيد به تنهايي امكان انحلال سريع اين كاني ها را ندارد. بنابراين از گذشته تاكنون كوشش هاي در اين راستا صورت گرفته است تا بتوان كاني هاي سولفيدي مس را به روش ليچينگ حل نمود كه اين تلاش ها منجر به ابداع روش هاي مختلفي از جمله بيوليچينگ گرديد.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

بيوليچينگ

بخش زيادي از ذخاير معدن مس جهان، متشكل ازانواع كانسنگ هاي سولفيدي مي باشد، حال آنكه حداكثر 10 درصد از ذخاير مس جهان از نوع كانسنگ هاي اكسيدي است كه امكان انحلال آنها به كمك اسيدسولفوريك وجود دارد. بنابراين يافتن راه حلي جهت به كارگيري حجم عظيم كانسنگ‫هاي سولفيدي با روش ليچينگ، همواره در سرلوحه امور پژوهشي و تحقيقاتي كشورهاي صاحب اين صنعت قرار داشته است.‬‬‬ يكي از راهكارهاي پيشنهاد شده در اين زمينه كمك گرفتن از عملكرد انواع عوامل بيولوژيكي به ويژه باكتري هاي مختلف است. انديشه اين راهكار از آنجا به وجود آمد كه در بسياري از معادن مس جهان مشاهده مي شد توده هاي كانسنگ سولفيدي در اثر نفوذ آب تا حدي دچار انحلال مي گردند و محلول هاي سبزرنگ (حاوي يون آهن) و آبي رنگ (حاوي يون مس) از آنها تراوش مي كند. با بررسي و مطالعه عوامل اين پديده، پژوهشگران به عملكرد بعضي از باكتري هاي موجود در اين آب ها مشكوك شدند و در تحقيقات بعدي ثابت شد كه اين عوامل بيولوژيكي، هنگامي كه محيط مناسبي براي حيات داشته باشند، انرژي موردنياز و غذاي خود را از اكسيداسيون گوگرد و آهن موجود در كاني هاي سولفيدي اين كانسنگ ها به دست مي آورند. در تحقيقات بعدي انواع اين باكتري ها شناسايي شد كه هركدام در شرايط شيميايي و فيزيكي خاصي (اعم از دما و pH) مي توانستند به حيات و عملكرد خود ادامه دهند. به تدريج بشر به اين فكر افتاد كه از اين فرآيند به نحوي اقتصادي بهره برداري كند و اين باكتري ها را جهت دستيابي به منافع اقتصادي خود به كار گيرد. در اين ارتباط از حدود 50 سال قبل فعاليت هايي آغاز شده و با گسترش تكنولوژي ليچينگ جهت استحصال مس از كانسنگ هاي اكسيدي، تلاش بر اين شد كه با پاشش محلول اسيد و باكتري برروي توده هاي كانسنگ سولفيدي، بتوان محلول حاوي يون مس به دست آورد. با انجام اين فعاليت ها مشخص گرديدكه تكنولوژي جديد ليچينگ با عوامل بيولوژيكي يا به اختصار بيوليچينگ، به ويژه در مورد كانسنگ هاي سولفيدي كم‫عيار اقتصادي ترمي باشد. ‬‬‬ بيوليچينگ به مفهوم استفاده از قابليت ميكروارگانيسم ها در عمليات انحلال سولفيدهاي فلزي به منظور بازيابي و توليد فلزات مي‫باشد. سابقه استفاده از اين تكنولوژي به سال هاي 1950 برمي‫گردد. توسعه اين روش در دنيا به حدي بوده است كه امروزه در امريكا بيش از 20 درصد از استحصال مس به روش ميكروبي مي باشد. در بسياري از كشورهاي ديگر از جمله شيلي، استراليا، آفريقاي جنوبي، كانادا، چين، پرو و ديگر مناطق از اين تكنيك براي بازيابي فلزات اصلي و گرانبها استفاده مي شود. ‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

بیولیچینگ

مكانيزم فرآيند بيوليچينگ

ميكروارگانيسم هاي مورد استفاده در فرآيند بيوليچينگ انرژي مورد نياز خود را ازاكسيداسيون آهنFe2+ به Fe3+ (31kg/mol Fe2+) به دست مي آورند. بسياري از باكتري هايي كه آهن را اكسيد مي كنند، قادر به اكسيداسيون گوگرد نيز مي باشند. اين باكتري ها تنها در محيط هاي اسيدي مي‫توانند به حيات خود ادامه دهند. ‬‬‬‬‬ كاني سولفيد آهن (FeS2) تقريباً در هر سنگ معدني سولفيدي وجود دارد و اكسيداسيون آن توسط باكتري منجر به تشكيل يون فريك مي گردد. اين يون نيز عامل اكسيد كننده مناسبي براي كاني هاي سولفيدي است. واكنش سولفيد مس با يون فريك، باعث انحلال مس و تشكيل Fe2+ مي شود. CuS +Fe3+ + H2O ¬¬¬¬¬––––¬¬> Fe2+ + Cu2+ + SO42- از طرفي باكتري با اكسيد كردن Fe2+ (طرف دوم واكنش) به Fe3+ (مورد نياز در طرف اول واكنش) موجب افزايش سرعت واكنش مي گردد. به اين ترتيب باكتري نقش كاتاليزور را ايفا مي كند.

باكتري هاي مورد استفاده در فرآيند بيوليچينگ باكتري ها يكي از ساده ترين انواع موجودات زنده هستند كه مهمترين پارامترهاي تقسيم بندي آنها شامل شكل باكتري، مقاومت حرارتي باكتري و خودكفايي غذايي باكتري مي باشند. به طور كلي باكتري ها از نظر شكل به سه دسته كلي باسيلي (ميله اي)، كوكسي (كروي)، اسپريل (مارپيچي) تقسيم بندي مي شوند. ضمناً از نظر مقاومت در مقابل حرارت، اين موجودات را مي توان به چهار دسته ساكروفيل ، مزوفيل، ترموفيل معتدل، ترموفيل مطلق دسته بندي نمود. ساكروفيل ها كه به باكتري هاي سرما دوست معروف هستند، در دماي زير 15 درجه سانتيگراد قادر به فعاليت مي باشند. مزوفيل ها در دماي بين 25 الي 45 درجه سانتيگراد زندگي مي كنند كه مهمترين آنها تيوباسيلوس‫ فرواكسيدانس و تيوباسيلوس تيواكسيدانس و لپتوسپيريليوم فرواكسيدانس مي باشد. اين باكتري ها اسيددوست بوده و pH مناسب براي فعاليت آنها 5/1 الي 5/3 است. ترموفيل‫هاي معتدل در دماي 45 الي 60 درجه سانتيگراد زندگي مي كنند كه مهمترين آنها سولفوباسيلوس‫ها مي باشند. باكتري هاي ترموفيل مطلق به باكتري هاي گرمادوست معروف هستند كه در دماي بالاتر از 60 درجه سانتيگراد زندگي مي كنند و مهمترين گونه آنها سولفولوبوس ها هستند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬ باكتري ها از نظر خودكفايي غذايي به دو دسته اتوتروف و هتروتروف طبقه بندي مي شوند. اتوتروف ها كه قادر به تامين مواد موردنياز خود مي باشند، اكسيژن، كربن و نيتروژن موردنيازشان را از CO2 ونيتروژن موجود در هوا به دست مي آورند. هتروتروف ها قادر به تامين مواد مورد نيازشان نيستند و مواد لازم بايد در اختيارشان قرار گيرد. آنها كربن موردنيازشان را از مواد آلي به دست مي‫آورند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

نظرات(0)

شما هم میتوانید اولین نظر خود را ثبت نمایید.


Notice: Undefined variable: user_ID in /home/tsepress/public_html/wp-content/themes/tsepress-theme/comments.php on line 70