بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق لیچینگ اسیدی کنستانتره مجتمع مس سرچشمه در شرایط اتمسفری با هدف بررسی تاثیر عواملی نظیر کلرید سدیم، دما و اکسیژن بر راندمان استخراج فلز مس مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نهایی از تاثیر بارز کلیه عوامل مخصوصاً کلرید سدیم و دما بر راندمان استخراج حکایت داشت. بطوریکه حضور کلرید سدیم در پالپ %3 جامد حاصل از اختلاط اسید سولفوریک 0/5 مولار و سولفات فریک 0/15 مولار در شرایط دمایی 90 درجه سانتیگراد، ضمن تزریق اکسیژن با دبی 0/ 5 لیتر بر دقیقه ، افزایش استخراج مس از % 25 به % 58 موجب گردید. این مهم در شرایط عدم حضور اکسیژن از % 44 تجاوز ننموده است. همچنین متغیر دما بعنوان کلیدی ترین عامل موثر بر انحلال کنسانتره شناخته شد. بطوریکه افزایش دما از 25 درجه سانتیگراد به 90 درجه سانتیگراد با تثبیت شرایط بهینه مشابه، افزایش نرخ انحلال مس از %14/5 به % 58 را موجب شده است.
.1 مقدمه
با توجه مشکلات عدیده عمل آوری پیرومتالورژیکی کنسانتره سولفیدی مس نظیر آلودگی زیست محیطی، مصرف بالای انرژی و ... تمایل به استفاده از روشهای هیدرومتالورژیکی رو به گسترش می باشد. تحقیقات در خصوص لیچینگ کنسانتره سولفیدیمس مخصوصاً در محیطهای سولفاته و در حضور یون فریک، به ارائه راهکارها و روشهای مختلف فرآیندی منجر شده است. نرخ کند و بسیار آرام انحلال کنسانتره کالکوپیریتی در محیطهای سولفاته با حضور یون فریک جز مهمترین مشکلات پیش روی محققین بوده که این امرعمدتاً به دلیل تشکیل یک لایه غیر فعال یا پاسیو در سطح ذرات کانه ، خصوصاً در دمای کمتر از 110 C می باشد.
طبیعت این لایه همچنان ناشناخته باقی مانده است. لیکن تخلخل کم و رسانایی ضعیف این لایه مورد تائید اکثر محققین است . مهمترین مسئله در مورد لیچینگ کنسانترههای کالکوپیریتی در محلول اسیدی سولفات فریک تحت فشار اتمسفر و دمای کمتر از 110 Cاین است که عموماً با حل شدن حدود %30 مس سرعت انحلال به صورت قابل توجهی کاهش مییابد. بعد از حدود یک قرن تحقیق در مورد مکانیزم انحلال کالکوپیریت توسط یون فریک در مورد تشکیل یک لایه غیر فعال کننده بر روی سطح که واکنش اکسیداسیون را کند می-کند توافق به وجود آمده است. اما با این وجود طبیعت این لایه همچنان ناشناخته باقی مانده است. چیزی که مسلم است این لایه دارای تخلخل کم و یا رسانایی الکتریکی ضعیف است. در ادامه برخی از تئوری های ارائه شده در این زمینه ذکر میشود
بورکین و همکاران - 1969 - بیان کردند که لایه احاطه کننده کالکوپیریت درحین لیچینگ با یون فریک از یک سولفید دوفلزی تشکیل شده است که ترکیب شیمیایی و ساختاری متفاوت از ماده اولیه دارد ولی از لحاظ ویژگیهای نیمه رسانایی شبیه آن است. این محصولات واسطه حاصل تغییر حالت فاز جامد میباشند که انحلال کاتیونها از شبکه کریستالی را تسهیل میکنند .بعد از آن آموچکروم2 و همکاران - 1977 - پیشنهاد دادند که سرعت فرآیند انحلال با تشکیل و تکامل یک لایه فشرده از جنس پلی سولفید مس با حلالیت کم کنترل میشود که نسبت به کالکوپیریت اولیه فعالیت آن کاهش یافته و میزان آهن کمتری دارد که در شکل 1 نشان داده شده است. ضخامت این لایه ناشی از دو حالت مختلف زیر است .
-1تشکیل لایه غیر فعال - Cp - ، از آنجا که نفوذ حالت جامد در مورد مس آهستهتر از آهن صورت میگیرد، این واکنش دارای سینتیک سهمی شکل است.
- 2 انحلال لایه بازدازنده به صورت خطی که تولید یک لایه متخلخل خارجی از جنس گوگرد میکند و هیچ تاثیر کنترلی بر فرآیند انحلال ندارد .
مونز 3 و همکاران - - 1979 مرحله محدود کننده در انحلال کالکوپیریت توسط یون فریک را انتقال الکترونهای لازم برای احیا یون فریک در سطح مشترک جامد- محلول از طریق لایه گوگرد عنصری که ذره را احاطه کرده دانستند که در شکل 2 نشان داده شده است . بر اساس این مدل، گوگرد عنصری نیم واکنشهای آندی و کاتدی را تحت تاثیر قرار داده و واکنش اکسایش-کاهش نهایی انحلال کالکوپیریت را محدود میکند .
شکل - 1 مدل اکسیداسیون کالکوپیریت توسط Fe3+ با تشکیل یک لایه داخلی پلی سولفید - Cp - و یک لایه متخلخل خارجی از جنس گوگرد
شکل -2 مدل اکسیداسیون کالکوپیریت توسط Fe3+ با تشکیل یک لایه نفوذ ناپذیر گوگرد عنصری [2]
روشهای متفاوتی جهت افزایش سینتیک انحلال کالکوپیریت در محیط سولفاته و در حضور سولفات فریک پیشنهاد شده که از جمله آنها می توان به بهره گیری از عوامل مختلف اکسایشگر نظیر اکسیژن یا گاز ازن، استفاده از عوامل استخراج کننده آلی، فعال سازی مکانیکی، استفاده از کاتالیزور - یون نقره، سورفاکتانت، ذرات کربن، پودر آهن یا هماتیت - و استفاده از افزودنی یون کلر اشاره کرد. یون کلر از جمله افزودنیهای مهم در لیچینگ کالکوپیریت در محیطهای سولفاته بوده که تاثیر قابل توجهی در افزایش نرخ انحلال کالکوپیریت داشته و افزایش آن تا مقادیر مشخص افزایش انحلال کالکوپیریت را منجر میشود .
لو4 و همکاران - 2000 - لیچینگ کنسانتره کالکوپیریتی در سیستم سولفات-کلرید را بررسی نموده اند. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، در حالیکه لیچینگ 9 ساعته کنسانتره کالکوپیریتی در حضور محلول 0/8 مولار اسید سولفوریک و دمای 95 درجه سانتی گراد، تنها امکان انحلال 30 درصد محتوای مس اولیه را فراهم نموده، این شرایط درحضور یون کلر به استخراج %98 و %93 مس و آهن در همین بازه زمانی منجر شده است. همچنین مشخص شد که در ابتدای لیچینگ در حضور یون کلر، آهن با سرعت بیشتری از مس حل میشود.
علاوه بر این مشخص شد در شرایط لیچینگ کانه بدون بهره گیری از یون کلر نزدیک به %95 گوگرد موجود در کانی به گوگرد عنصری تبدیل شده و مابقی آن بصورت آنیونهای سولفات، تیوسولفات و تتراتیونات در محلول به وجود خواهد آمد. واکنشهای انحلال کالکوپیریت به صورت واکنشهای 1 تا 4 نشان داده شده است .
در این تحقیق یون اولیه فریک وجود ندارد بنابراین انحلال کالکوپیریت توسط عامل اکسید کننده اکسیژن انجام میشود و یون فرو حاصل شده در ادامه یون فرو توسط اکسیژن به یون فریک اکسید شده و در نهایت یون فریک باعث اکسیداسیون کالکوپیریت میگردد.سولفور عنصری تشکیل شده حین لیچینگ ذرات کانه، با تشکیل لایه ای محافظ بر سطح ذرات کانی از ادامه انحلال جلوگیری می نماید. انجام این واکنشها نیز به شدت به میزان اکسیژن محلول وابسته است.
