بهترین روش‌های لیچینگ برای کانسنگ‌های اکسیدی مس

کانسنگ‌های اکسیدی مس به دلیل ترکیب کانی‌شناسی خاص خود، با روش‌های معمول فلوتاسیون به‌خوبی قابل پرعیارسازی نیستند و نیازمند رویکردهای هیدرومتالورژیکی هستند. هیدرومتالورژی، به ویژه فرآیند لیچینگ با اسید سولفوریک، رایج‌ترین و اقتصادی‌ترین روش برای استخراج مس از این نوع کانسنگ‌ها محسوب می‌شود.

در این مقاله، به بررسی جامع بهترین روش‌های لیچینگ برای کانسنگ‌های اکسیدی مس می‌پردازیم. ابتدا با ماهیت این کانسنگ‌ها آشنا می‌شویم، سپس هر یک از روش‌های اصلی لیچینگ شامل لیچینگ توده‌ای (Heap Leaching)، لیچینگ همزن‌دار (Agitation Leaching)، لیچینگ مخزنی (Vat Leaching) و لیچینگ درجا (In-Situ Leaching) را به تفصیل بررسی کرده و در نهایت فرآیند SX-EW را به عنوان مکمل اصلی این روش‌ها معرفی می‌کنیم.

تصویر ۱: نمای کلی یک مجتمع لیچینگ مس اکسیدی

🔬 کانی‌شناسی کانسنگ‌های اکسیدی مس

کانسنگ‌های اکسیدی مس شامل کانی‌هایی هستند که در اثر فرآیندهای هوازدگی و اکسیداسیون در بخش‌های بالایی ذخایر مس تشکیل شده‌اند. مهم‌ترین کانی‌های اکسیدی مس عبارتند از: مالاکیت (Malachite) با فرمول Cu₂(CO₃)(OH)₂، آزوریت (Azurite) با فرمول Cu₃(CO₃)₂(OH)₂، کریزوکولا (Chrysocolla) با فرمول (Cu,Al)₂H₂Si₂O₅(OH)₄·nH₂O، کاپریت (Cuprite) با فرمول Cu₂O و تنوریت (Tenorite) با فرمول CuO.

این کانی‌ها در اسید سولفوریک رقیق به راحتی حل می‌شوند. واکنش‌های شیمیایی اصلی لیچینگ این کانی‌ها به صورت زیر است:

• مالاکیت: Cu₂CO₃(OH)₂ + 4H⁺ → 2Cu²⁺ + CO₂↑ + 3H₂O
• آزوریت: Cu₃(CO₃)₂(OH)₂ + 6H⁺ → 3Cu²⁺ + 2CO₂↑ + 4H₂O
• کاپریت: Cu₂O + 2H⁺ → Cu²⁺ + Cu⁰ + H₂O (واکنش دیسموتاسیون)

مهم‌ترین پارامتر در انحلال این کانی‌ها، اندازه ذرات (ابعاد خوراک) و غلظت اسید سولفوریک است. هرچه ذرات ریزتر باشند، سطح تماس با اسید افزایش یافته و سرعت انحلال بیشتر می‌شود.

🛠️ روش‌های اصلی لیچینگ کانسنگ‌های اکسیدی مس

۱. لیچینگ توده‌ای (Heap Leaching)

لیچینگ توده‌ای رایج‌ترین و اقتصادی‌ترین روش برای فرآوری کانسنگ‌های اکسیدی مس با عیار پایین (تا حدود ۲ درصد مس) است. در این روش، سنگ معدن خرد شده (معمولاً با ابعاد ۱۲ تا ۵۰ میلی‌متر) بر روی یک بستر نفوذناپذیر (معمولاً از جنس HDPE یا خاک رس متراکم) به صورت توده‌هایی با ارتفاع ۶ تا ۱۰ متر انباشته می‌شود. سپس محلول اسید سولفوریک رقیق با استفاده از سیستم‌های پاشش به طور یکنواخت روی سطح توده پاشیده می‌شود. محلول اسیدی به آرامی از میان توده نفوذ کرده و مس موجود در کانی‌های اکسیدی را در خود حل می‌کند. محلول غنی از مس (Pregnant Leach Solution یا PLS) از کف توده جمع‌آوری شده و به بخش SX-EW هدایت می‌شود.

بر اساس مطالعه مروری سیستماتیک بر روی لیچینگ توده‌ای مس، پارامترهای کلیدی عملیاتی شامل pH (محدوده ۱.۵ تا ۲.۰)، پتانسیل اکسایش-کاهش Eh (۶۰۰ تا ۷۵۰ میلی‌ولت)، دما (۲۵ تا ۵۵ درجه سانتی‌گراد)، نرخ آبیاری (۵ تا ۱۵ لیتر بر مترمربع در ساعت) و غلظت اسید (۰.۵ تا ۲.۰ مولار) هستند. کنترل دقیق این عوامل می‌تواند بازیابی مس را تا ۹۰ درصد افزایش دهد.

مزایای لیچینگ توده‌ای:

• هزینه سرمایه‌گذاری و عملیاتی پایین
• مناسب برای کانسنگ‌های با عیار پایین
• امکان فرآوری حجم‌های عظیم سنگ معدن

معایب لیچینگ توده‌ای:

• بازیابی نسبتاً پایین (معمولاً بین ۶۰ تا ۸۰ درصد)
• زمان لیچینگ طولانی (چند ماه تا چند سال)
• مصرف بالای اسید (به ویژه در حضور کانی‌های اسیدخور مانند کلسیت)

پارامترهای کلیدی در لیچینگ توده‌ای:

• اندازه ذرات: هرچه ذرات ریزتر باشند، بازیابی بیشتر است، اما نفوذپذیری توده کاهش می‌یابد. اندازه بهینه معمولاً بین ۱۲ تا ۵۰ میلی‌متر است.
• غلظت اسید سولفوریک: معمولاً بین ۵ تا ۲۰ گرم در لیتر.
• نرخ آبیاری: معمولاً بین ۵ تا ۲۰ لیتر بر مترمربع در ساعت.
• آگلومراسیون (Agglomeration): افزودن اسید و سیمان به سنگ معدن قبل از انباشت، می‌تواند نفوذپذیری را تا ۱۰ تا ۱۰۰ برابر افزایش دهد، زمان لیچینگ را یک‌سوم تا نصف کاهش دهد، مصرف اسید را ۲۰ تا ۳۰ درصد کاهش و بازیابی مس را ۱۰ تا ۳۰ درصد افزایش دهد.

مطالعه‌ای بر روی کانسنگ اکسیدی معدن مس سرچشمه در ایران نشان داد که بررسی‌های میکروسکوپی برای درک کامل اثر اسید بر سنگ، یک الزام ضروری است و نادیده گرفتن آن می‌تواند پیامدهای منفی اقتصادی و زیست‌محیطی به همراه داشته باشد. همچنین در معدن مس توو در چین، لیچینگ توده‌ای با موفقیت برای بازیابی مس از کانسنگ‌های کم‌عیار به کار گرفته شده است؛ هرچند عیار پایین مس، وجود رس در کانی‌های باطله و نرخ تبخیر بالا در منطقه کویری، چالش‌های جدی برای این روش محسوب می‌شوند.

۲. لیچینگ همزن‌دار (Agitation Leaching)

لیچینگ همزن‌دار که به عنوان لیچینگ مخزنی هم‌زن‌دار نیز شناخته می‌شود، روشی سریع‌تر و با کنترل بیشتر نسبت به لیچینگ توده‌ای است. در این روش، سنگ معدن ابتدا به‌صورت بسیار ریز آسیاب می‌شود (معمولاً زیر ۷۵ میکرون) و سپس با محلول اسید سولفوریک در مخازن مجهز به همزن‌های مکانیکی یا پمپ‌های هوا مخلوط می‌شود.

مزایای لیچینگ همزن‌دار:

• بازیابی بسیار بالا (معمولاً بیش از ۹۰ درصد)
• زمان لیچینگ کوتاه (چند ساعت تا چند روز)
• کنترل دقیق بر پارامترهای فرآیند (دما، pH، غلظت اسید)

معایب لیچینگ همزن‌دار:

• هزینه سرمایه‌گذاری و عملیاتی بالا
• نیاز به آسیاب کردن بسیار ریز (هزینه انرژی بالا)
• مناسب نبودن برای کانسنگ‌های با عیار بسیار پایین

تحقیقات جدید نشان داده است که فناوری لیچینگ همزن‌دار خودافزاینده (Self-Pressurizing Agitation Leaching) در دمای پایین، می‌تواند بازیابی مس را از کانسنگ‌های اکسیدی پیچیده و مقاوم تا بیش از ۹۸ درصد افزایش دهد. در شرایط بهینه (نسبت جرمی ۵:۵، سرعت همزن ۴۰۰ دور در دقیقه، غلظت اسید سولفوریک ۴.۰ مولار، زمان ۶۰ دقیقه و دمای ۸۰ درجه سانتی‌گراد)، بازیابی مس به ۹۸.۹ درصد رسیده است.

تصویر ۲: مخازن لیچینگ همزن‌دار (Agitation Leaching Tanks)

۳. لیچینگ مخزنی (Vat Leaching)

لیچینگ مخزنی روشی بینابین بین لیچینگ توده‌ای و لیچینگ همزن‌دار است. در این روش، سنگ معدن خرد شده (با ابعاد نسبتاً درشت) در مخازن بزرگ بتنی یا فولادی قرار داده شده و محلول اسید سولفوریک به صورت غرقابی (Submerged) یا قطره‌ای (Trickle) از میان آن عبور داده می‌شود.

لیچینگ مخزنی معمولاً برای کانسنگ‌های با عیار متوسط (معمولاً بین ۱ تا ۳ درصد مس) به کار می‌رود. یک مخزن معمولی حدود ۲۵ متر طول، ۱۵ متر عرض و ۶ متر عمق دارد و بین ۳۰۰۰ تا ۵۰۰۰ تن ماده را در خود جای می‌دهد. چرخه کامل لیچینگ مخزنی معمولاً ۱۰ تا ۱۴ روز طول می‌کشد.

به عنوان مثال، معدن Inspiration در آریزونا از این روش برای فرآوری کانسنگ‌های اکسیدی با عیار بالا استفاده می‌کند. در این روش، محلول لیچینگ معمولاً حاوی ۳۰ تا ۶۰ گرم در لیتر اسید سولفوریک است و پس از اتمام عملیات، محلول غنی از مس (با غلظت حدود ۲۵ گرم در لیتر مس) مستقیماً به واحد الکترووینینگ ارسال می‌شود.

۴. لیچینگ درجا (In-Situ Leaching)

لیچینگ درجا روشی است که در آن محلول اسیدی مستقیماً به درون توده سنگ معدن در محل معدن تزریق می‌شود و محلول غنی از مس از طریق چاه‌های برداشت جمع‌آوری می‌گردد. این روش بیشتر برای کانسنگ‌های با عیار بسیار پایین یا کانسنگ‌هایی که استخراج سنتی از آن‌ها اقتصادی نیست، به کار می‌رود.

با افزایش تقاضای جهانی برای مس، لیچینگ درجا به عنوان یک روش استخراج که فلزات را از توده‌های سنگ عمیق یا کم‌عیار بازیابی می‌کند، توجه فزاینده‌ای را به خود جلب کرده است. این روش مزایایی از جمله کاهش سطح‌زدایی و هزینه‌های تولید پایین‌تر نسبت به استخراج معمولی دارد.

در ایالات متحده، ۱۸ عملیات لیچینگ درجا برای مس وجود دارد که عمدتاً بر روی کانسنگ‌های اکسیدی در معادن زیرزمینی قدیمی انجام می‌شود. شیمی لیچینگ درجا مشابه لیچینگ توده‌ای و مخزنی است.

🔗 فرآیند SX-EW: مکمل اصلی روش‌های لیچینگ

صرف‌نظر از روش لیچینگ انتخابی، محلول غنی از مس (PLS) تولید شده باید به مس فلزی با خلوص بالا تبدیل شود. رایج‌ترین روش برای این کار، فرآیند استخراج با حلال – الکترووینینگ (Solvent Extraction – Electrowinning یا SX-EW) است.

فرآیند SX-EW شامل دو مرحله اصلی است:

1. استخراج با حلال (Solvent Extraction – SX): در این مرحله، مس موجود در محلول آبی (PLS) با استفاده از یک حلال آلی (معمولاً یک معرف کیلیت‌کننده مانند LIX 984N) به فاز آلی منتقل می‌شود. سپس مس از فاز آلی با استفاده از اسید سولفوریک غلیظ (الکترولیت) به فاز آبی بازگردانده (Stripping) می‌شود.
2. الکترووینینگ (Electrowinning – EW): در این مرحله، محلول غنی از مس (الکترولیت) تحت جریان الکتریکی مستقیم قرار می‌گیرد و مس به صورت کاتدهای با خلوص بالا (بیش از ۹۹.۹۹ درصد) بر روی صفحات استیل ضدزنگ رسوب می‌کند.

در سال ۱۹۶۸، شرکت Ranchers Exploration and Development Corp. اولین کارخانه SX مس را در میامی، آریزونا راه‌اندازی کرد. این فناوری به سرعت جایگزین روش قدیمی سمنتاسیون شد و به استاندارد مدرن تولید هیدرومتالورژیکی مس تبدیل گردید. از زمان معرفی فناوری SX-EW در سال ۱۹۶۸، نسل‌های جدیدی از مواد استخراج‌کننده با گزینش‌پذیری بهتر نسبت به مس، سینتیک سریع‌تر و ویژگی‌های ته‌نشینی بهبودیافته توسط تولیدکنندگان اصلی معرفی شده‌اند.

تصویر ۳: مس کاتدی با خلوص بالا تولید شده از فرآیند SX-EW

📊 مقایسه روش‌های مختلف لیچینگ

📌 جمع‌بندی نهایی

انتخاب بهترین روش لیچینگ برای کانسنگ‌های اکسیدی مس به عوامل متعددی بستگی دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از: عیار و ذخیره کانسنگ، کانی‌شناسی و بافت سنگ، هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی، دسترسی به آب و اسید، شرایط اقلیمی و مقررات زیست‌محیطی.

با توجه به رشد روزافزون تقاضا برای مس در جهان و کاهش عیار ذخایر قابل استخراج، توسعه و بهینه‌سازی روش‌های لیچینگ برای کانسنگ‌های اکسیدی مس، نقشی حیاتی در تأمین پایدار این فلز استراتژیک ایفا خواهد کرد.

📚 منابع و مراجع

1. R. H. Walton, “The Recovery of Copper from Copper Oxide Ore using Heap Leaching, Solvent Extraction and Electrowinning,” Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, 1990. لینک
2. F. León, L. Rojas, V. Bazán, et al., “A Systematic Review of Copper Heap Leaching: Key Operational Variables, Green Reagents, and Sustainable Engineering Strategies,” Processes, vol. 13, no. 5, p. 1513, 2025. لینک
3. “Ore agglomeration behavior and its key controlling factors in heap leaching of low-grade copper minerals,” Journal of Cleaner Production, Elsevier, 2021. لینک
4. J. Wang, X. Zeng, X. Liu, et al., “A Novel and High-Efficiency Approach to Improve the Sustainability of Agitation Leaching Technology to Refractory Copper Oxide Ore Using the Self-Pressurizing Technology,” Journal of Sustainable Metallurgy, vol. 11, pp. 1150–1166, 2025. لینک
5. U.S. Environmental Protection Agency, “Design and Operation of Copper Leaching Systems,” Technical Document, 2025. لینک
6. “Submerged Vat Leaching VS Trickle Leaching,” 911Metallurgist, 2019. لینک
7. “Pore structure evolution of stepwise loaded porphyry copper ore during in situ leaching,” Minerals Engineering, Elsevier, 2026. لینک
8. “A Little Bit of History – Aqueous Pathways,” BCCampus Pressbooks, 2025. لینک
9. M. S. Prasad, V. P. Kenyen, and D. N. Assar, “Development of SX-EW Process for Copper Recovery—An Overview,” Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, vol. 9, 1992. لینک
10. “Copper Leaching, Solvent Extraction, and Electrowinning (SX-EW),” Raw Material Outlook, 2023. لینک
11. “Mineralogy, petrology, and chemistry studies to evaluate oxide copper ores for heap leaching in Sarcheshmeh copper mine, Kerman, Iran,” Hydrometallurgy, Elsevier, 2008. لینک
12. “Experimental studies and pilot plant tests for acid leaching of low-grade copper oxide ores at the Tuwu Copper Mine,” Hydrometallurgy, Elsevier, 2016. لینک

تمامی حقوق مادی و معنوی این وب‌سایت متعلق به طاشکو می‌باشد.