تجهیزات خط فرآوری مس اکسیدی از معدن تا کاتد

 

فرآوری سنگ‌های معدنی مس اکسیدی (مانند مالاکیت، آزوریت، کریزوکلا) به دلیل انحلال‌پذیری بالا در محیط اسیدی، عمدتاً از طریق روش هیدرومتالورژی انجام می‌شود. این فرآیند، که نسبت به متالورژی گرمایی (ذوب) انرژی‌بری کمتر و سازگاری محیط زیستی بیشتری دارد، نیازمند زنجیره‌ای دقیق و بهم‌پیوسته از تجهیزات تخصصی است. در این مقاله، مراحل کلیدی و ماشین‌آلات ضروری برای احداث یک کارخانه فرآوری مس اکسیدی از ابتدا تا تولید کاتد نهایی شرح داده می‌شود.

 

 

 

هدف: کاهش اندازه سنگ به ذرات ریز برای افزایش سطح تماس و انحلال در مرحله بعد

 

1. سنگ‌شکن اولیه (Primary Crusher): معمولاً از نوع سنگ‌شکن فکی (Jaw Crusher) یا ژیراتوری (Gyratory Crusher) برای خردایش سنگ‌های درشت خروجی از معدن به ابعاد زیر ۲۰۰ میلی‌متر.

2. سنگ‌شکن ثانویه و سوم (Secondary & Tertiary Crusher): استفاده از سنگ‌شکن مخروطی (Cone Crusher) یا سنگ‌شکن ضربه‌ای (Impact Crusher) برای رساندن مواد به ابعاد زیر ۲۰ میلی‌متر.

3. آسیاب‌کنی (Grinding): استفاده از آسیاب گلوله‌ای (Ball Mill) یا آسیاب میله‌ای (Rod Mill) همراه با هیدروسیکلون (Hydrocyclone) در یک مدار بسته، برای تولید پالپ (خمیر) با ذرات معمولاً زیر ۱۵۰ میکرون که آماده برای انحلال است.

 

 

 

هدف: انحلال انتخابی مس موجود در سنگ معدن در یک محیط اسیدی

 

1. مخازن لیچینگ همزندار (Agitated Leach Tanks): این مخازن بزرگ مجهز به همزن‌های مکانیکی قوی (Impellers) هستند که پالپ سنگ معدن را با محلول اسید سولفوریک رقیق (H₂SO₄) به طور مداوم مخلوط می‌کنند. واکنش شیمیایی اصلی، تبدیل اکسیدهای مس به یون مس محلول (Cu²⁺) است.

2. سیستم تزریق هوا و کنترل pH: برای بهینه‌سازی واکنش، تجهیزاتی برای تزریق هوا و کنترل مداوم اسیدیته (pH) محیط ضروری است.

3. مخازن لیچینگ برکه‌ای (Heap Leach Pads) (در صورت استفاده): برای سنگ‌های با عیار بسیار پایین، از پشته‌های عظیم سنگ خرد شده استفاده می‌شود که محلول اسیدی بر روی آنها ریخته می‌شود. این روش نیازمند سامانه‌های لوله‌کشی و پمپاژ گسترده برای جمع‌آوری محلول حاوی مس (PLS – Pregnant Leach Solution) است.

 

 

 

هدف: جداسازی و تغلیظ یون‌های مس از محلول لیچ و حذف ناخالصی‌ها.

این مرحله حیاتی، قلب فرآیند هیدرومتالورژی و کلید تولید کاتد با خلوص بالا است. تجهیزات اصلی شامل مجموعه‌ای از میکسر-سِتلرها (Mixer-Settlers) است:

 

1. میکسر (Mixer): محلول حاوی مس (PLS) با یک حلال آلی (اکسترکتانت) اختصاصی که تنها با یون‌های مس واکنش می‌دهد، به شدت مخلوط می‌شود. مس از فاز آبی به فاز آلی منتقل می‌شود.

2. سِتلر (Settler): یک مخزن بزرگ و آرام که در آن دو فاز آبی و آلی بر اساس اختلاف وزن مخصوص به طور کامل از هم جدا می‌شوند. فاز آبی تصفیه‌شده (Raffinate) به مرحله لیچینگ بازگردانده می‌شود.

3. مرحله استریپینگ (Stripping): فاز آلی غنی از مس، وارد مجموعه دوم میکسر-سِتلرها می‌شود و با یک محلول اسید سولفوریک بسیار قوی مخلوط می‌شود. در این مرحله، مس از فاز آلی به فاز آبی جدید و غلیظ منتقل می‌شود و محلول الکترولیت غنی شده (Rich Electrolyte) با غلظت بالای مس و اسید تولید می‌گردد. حلال آلی نیز مجدداً بازیابی و چرخه استفاده می‌شود.

 

 

 

هدف: رسوب الکتروشیمیایی مس خالص (گرید کاتد) از الکترولیت غلیظ

 

1. سلول‌های الکترووینینگ (EW Cells): این سلول‌ها مخازن بتنی یا فایبرگلاس مجهز به آندهای نامحلول (معمولاً از جنس آلیاژ سرب-قلع یا تیتانیوم با پوشش اکسید ایریدیوم) و کاتدهای پایه (Starter Sheets) از جنس مس خالص بسیار نازک یا فولاد ضدزنگ هستند.

2. سیستم توزیع جریان مستقیم (DC): یک رکتیفایر (Rectifier) قدرتمند، جریان مستقیم با ولتاژ پایین و آمپراژ بسیار بالا (گاهی ده‌ها هزار آمپر) را به سلول‌ها اعمال می‌کند. تحت این جریان، یون‌های مس (Cu²⁺) روی سطح کاتدها رسوب کرده و به صورت لایه‌ای از مس خالص (۹۹.۹۹٪) رشد می‌کنند.

3. سیستم گردش و کنترل الکترولیت: الکترولیت به طور مداوم بین سلول‌های الکترووینینگ و مرحله استریپینگ در گردش است. کنترل دقیق دما، غلظت مس و اسید در اینجا حیاتی است.

4. ماشین‌های جداکننده کاتد (Cathode Stripping Machine): پس از ۵ تا ۷ روز، کاتدهای تولید شده (با وزن ۵۰ تا ۱۰۰ کیلوگرم) از سلول خارج شده و در این ماشین، ورق‌های مس خالص از صفحه‌های کاتد پایه جدا می‌شوند. کاتدهای پایه مجدداً به سلول برگردانده می‌شوند.

 

 

– تاسیسات تصفیه و بازیابی آب: بسته‌بندی و ارسال کاتدهای مسی

– سیستم‌های پایش و کنترل پیشرفته (PLC/DCS): برای کنترل تمام پارامترهای فرآیند

– آزمایشگاه مجهز: برای آنالیز نمونه‌های محلول، پالپ و محصول نهایی

– تاسیسات تصفیه و بازیابی آب: مدیریت بسته آب کارخانه و کاهش مصرف

– خط بسته‌بندی کاتد (Cathode Packaging Line): بسته‌بندی و ارسال کاتدهای مسی

 

 

خط فرآوری مس اکسیدی یک اکوسیستم صنعتی پیچیده است که در آن انتخاب، طراحی و یکپارچه‌سازی تجهیزات، مستقیماً بر راندمان بازیابی، خلوص محصول نهایی و هزینه‌های عملیاتی تأثیر می‌گذارد. تکنولوژی حلال‌سازی و استخراج (SX) و الکترووینینگ (EW) به عنوان ستون‌های اصلی این فرآیند، نیازمند دقت مهندسی فوق‌العاده، مواد مقاوم در برابر خوردگی (مانند فایبرگلاس و آلیاژهای خاص) و کنترل اتوماتیک دقیق هستند.

با وجود پیچیدگی، مزایای این روش از جمله عدم تولید گازهای گلخانه‌ای SO₂، قابلیت کار بر روی سنگ‌های کم‌عیار و تولید محصول با خلوص بی‌نظیر، آن را به گزینه غالب برای مس‌های اکسیدی تبدیل کرده است. شرکت‌های مهندسی داخلی با بومی‌سازی دانش ساخت مخازن، سیستم‌های انتقال پالپ و پایش فرآیند، می‌توانند سهم ارزنده‌ای در توسعه این صنعت در کشور داشته باشند.