مقتبس من EPA 1995.

النحاس

يتم استخراج النحاس في كل من الحفر المفتوحة والمناجم تحت الأرض ، اعتمادًا على درجة الخام وطبيعة رواسب الخام. يحتوي خام النحاس عادةً على أقل من 1٪ من النحاس على شكل معادن كبريتيد. بمجرد تسليم الخام فوق الأرض ، يتم سحقه وطحنه إلى درجة نعومة مساحيق ثم تركيزه لمزيد من المعالجة. في عملية التركيز ، يتم خلط خام الأرض بالماء ، وتضاف الكواشف الكيميائية وينفخ الهواء عبر الملاط. تلتصق فقاعات الهواء بالمعادن النحاسية ثم يتم نزعها من أعلى خلايا التعويم. يحتوي المركز على ما بين 20 و 30٪ نحاس. تسقط المخلفات ، أو معادن الشوائب ، من الركاز إلى قاع الخلايا وتتم إزالتها ، وإزالة المياه بواسطة مكثفات ، ونقلها كملاط إلى بركة المخلفات للتخلص منها. يتم استرداد جميع المياه المستخدمة في هذه العملية ، من مكثفات نزح المياه وبركة المخلفات ، وإعادة تدويرها مرة أخرى في العملية.

يمكن إنتاج النحاس إما بالمعادن الحرارية أو بالمعدن المائي اعتمادًا على نوع الخام المستخدم كشحنة. تتم معالجة مركزات الركاز ، التي تحتوي على كبريتيد النحاس ومعادن كبريتيد الحديد ، بواسطة عمليات استخلاص المعادن بالحرارة لإنتاج منتجات نحاسية عالية النقاء. تتم معالجة خامات الأكسيد ، التي تحتوي على معادن أكسيد النحاس التي قد تحدث في أجزاء أخرى من المنجم ، إلى جانب مواد النفايات المؤكسدة الأخرى ، بواسطة عمليات استخلاص المعادن بالماء لإنتاج منتجات نحاسية عالية النقاء.

يتم تحويل النحاس من الركاز إلى المعدن عن طريق الصهر. أثناء الصهر ، يتم تجفيف المركزات وتغذيتها في واحد من عدة أنواع مختلفة من الأفران. هناك تتأكسد معادن الكبريتيد جزئياً وتذوب لإنتاج طبقة من الكبريتيد النحاسي المختلط وخبث الحديد ، وهي طبقة عليا من النفايات.

تتم معالجة اللون المطفأ عن طريق التحويل. يتم استخراج الخبث من الفرن وتخزينه أو التخلص منه في أكوام الخبث في الموقع. يتم بيع كمية صغيرة من الخبث لصابورة السكك الحديدية ولحبيبات السفع بالرمل. المنتج الثالث لعملية الصهر هو ثاني أكسيد الكبريت ، وهو غاز يتم جمعه وتنقيته وتحويله إلى حمض الكبريتيك لبيعه أو استخدامه في عمليات الترشيح المعدني المائي.

بعد الصهر ، يتم تغذية مادة النحاس غير اللامعة في محول. خلال هذه العملية ، يُسكب اللامع النحاسي في وعاء أسطواني أفقي (حوالي 10ґ4 م) مزود بصف من الأنابيب. الأنابيب ، المعروفة باسم tuyères ، تدخل في الأسطوانة وتستخدم لإدخال الهواء في المحول. يضاف الجير والسيليكا إلى النحاس المطفأ ليتفاعل مع أكسيد الحديد المنتج في العملية لتشكيل الخبث. يمكن أيضًا إضافة خردة النحاس إلى المحول. يتم تدوير الفرن بحيث يتم غمر التويير ، ويتم نفخ الهواء في المادة المصهورة مما يتسبب في تفاعل باقي كبريتيد الحديد مع الأكسجين لتكوين أكسيد الحديد وثاني أكسيد الكبريت. ثم يتم تدوير المحول للتخلص من خبث سيليكات الحديد.

بمجرد إزالة الحديد بالكامل ، يتم تدوير المحول للخلف وإعطاء ضربة ثانية للهواء يتم خلالها أكسدة ما تبقى من الكبريت وإزالته من كبريتيد النحاس. ثم يتم تدوير المحول لسكب النحاس المصهور ، والذي يسمى في هذه المرحلة بالنحاس البثور (سمي بهذا الاسم لأنه إذا سمح له بالتصلب في هذه المرحلة ، فسيكون له سطح وعر بسبب وجود الأكسجين الغازي والكبريت). يتم جمع ثاني أكسيد الكبريت من المحولات وتغذيته في نظام تنقية الغاز مع ذلك من فرن الصهر وتحويله إلى حمض الكبريتيك. بسبب محتواه النحاسي المتبقي ، يتم إعادة تدوير الخبث مرة أخرى إلى فرن الصهر.

يتم تنقية النحاس المنفّط ، الذي يحتوي على 98.5٪ من النحاس على الأقل ، إلى نحاس عالي النقاوة في خطوتين. تتمثل الخطوة الأولى في تكرير الحرائق ، حيث يتم سكب النحاس المنصهر في فرن أسطواني ، مشابه في المظهر للمحول ، حيث يتم نفخ الهواء أولاً ثم الغاز الطبيعي أو البروبان من خلال الذوبان لإزالة آخر الكبريت وأي الأكسجين المتبقي من النحاس. ثم يُسكب النحاس المصهور في عجلة صب لتشكيل أنودات نقية بدرجة كافية للتكرير الكهربائي.

في التكرير الكهربائي ، يتم تحميل الأنودات النحاسية في الخلايا الإلكتروليتية وتتخللها صفائح بدء نحاسية ، أو كاثودات ، في حمام من محلول كبريتات النحاس. عندما يتم تمرير تيار مباشر عبر الخلية ، يذوب النحاس من الأنود ، وينقل عبر الإلكتروليت ويعاد ترسيبه على ألواح بدء الكاثود. عندما تتراكم الكاثودات بسماكة كافية ، تتم إزالتها من خلية التحليل الكهربائي ويتم وضع مجموعة جديدة من أوراق البداية في مكانها. تسقط الشوائب الصلبة في الأنودات في قاع الخلية كحمأة حيث يتم جمعها ومعالجتها في النهاية لاستعادة المعادن الثمينة مثل الذهب والفضة. تُعرف هذه المادة باسم الأنود الوحل.

تعتبر الكاثودات التي تمت إزالتها من خلية التحليل الكهربائي هي المنتج الأساسي لمنتج النحاس وتحتوي على 99.99٪ نحاس. يمكن بيعها لمصانع قضبان الأسلاك ككاثودات أو معالجتها إلى منتج يسمى قضيب. في قضيب التصنيع ، يتم صهر الكاثودات في فرن عمود الدوران ويصب النحاس المصهور على عجلة الصب لتشكيل قضيب مناسب للدحرجة إلى قضيب متصل بقطر 3/8 بوصة. يتم شحن منتج القضيب هذا إلى مصانع الأسلاك حيث يتم بثقه إلى أحجام مختلفة من الأسلاك النحاسية.

في عملية المعالجة بالمياه المعدنية ، يتم ترشيح الخامات المؤكسدة والنفايات بحمض الكبريتيك من عملية الصهر. يتم تنفيذ النض فى الموقع، أو في أكوام معدة خصيصًا عن طريق توزيع الحمض عبر الجزء العلوي والسماح له بالتسرب إلى أسفل من خلال المواد التي يتم تجميعها فيها. يتم تبطين الأرض الموجودة أسفل منصات الترشيح بمادة بلاستيكية غير منفذة ومقاومة للأحماض لمنع سائل النض من تلويث المياه الجوفية. بمجرد تجميع المحاليل الغنية بالنحاس يمكن معالجتها بإحدى عمليتين - عملية التثبيت أو عملية الاستخلاص بالمذيب / عملية الاستخلاص الكهربائي (SXEW). في عملية التدعيم (التي نادرًا ما تستخدم اليوم) ، يتم ترسيب النحاس الموجود في المحلول الحمضي على سطح الحديد الخردة في مقابل الحديد. عندما يتم ترسيخ كمية كافية من النحاس ، يتم وضع الحديد الغني بالنحاس في المصهر مع مركزات الخام لاستعادة النحاس عبر مسار المعادن الحرارية.

في عملية SXEW ، يتركز محلول النض الحامل (PLS) عن طريق الاستخلاص بالمذيبات ، التي تستخرج النحاس وليس المعادن غير النقية (الحديد والشوائب الأخرى). ثم يتم فصل المحلول العضوي المحمل بالنحاس عن العصارة في خزان الترسيب. يضاف حمض الكبريتيك إلى الخليط العضوي الحامل ، والذي يزيل النحاس إلى محلول إلكتروليتي. يتم إرجاع المادة المرتشحة المحتوية على الحديد والشوائب الأخرى إلى عملية الترشيح حيث يتم استخدام حمضها لمزيد من الترشيح. يتم تمرير محلول الشريط الغني بالنحاس إلى خلية إلكتروليتية تعرف بالخلية الكهربية. تختلف الخلية الكهربية عن خلية التعريف الكهربائي من حيث أنها تستخدم أنودًا دائمًا غير قابل للذوبان. يتم بعد ذلك طلاء النحاس الموجود في المحلول على صفائح كاثود البداية بنفس الطريقة التي يتم بها على القطب السالب في خلية التكرير الكهربائي. يتم إرجاع المنحل بالكهرباء المنضب من النحاس إلى عملية الاستخلاص بالمذيب حيث يتم استخدامه لنزع المزيد من النحاس من المحلول العضوي. يتم بعد ذلك بيع الكاثودات الناتجة عن عملية الاستخلاص الكهربائي أو تحويلها إلى قضبان بنفس الطريقة التي يتم إنتاجها من عملية التكرير الكهربائي.

تُستخدم الخلايا الكهربية أيضًا لتحضير صفائح البدء لكل من عمليات التكرير الكهربائي وعمليات الاستخلاص الكهربائي عن طريق طلاء النحاس على كاثودات الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم ثم نزع النحاس المطلي.

الأخطار والوقاية منها

تتمثل المخاطر الرئيسية في التعرض لغبار الركاز أثناء معالجة الخام وصهره ، والأبخرة المعدنية (بما في ذلك النحاس والرصاص والزرنيخ) أثناء الصهر ، وثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكربون أثناء معظم عمليات الصهر ، والضوضاء من عمليات التكسير والطحن ومن الأفران ، والإجهاد الحراري الناجم عن الأفران وحمض الكبريتيك والمخاطر الكهربائية أثناء عمليات التحليل الكهربائي.

تشمل الاحتياطات: تهوية العادم المحلي للغبار أثناء عمليات النقل ؛ العادم المحلي وتهوية التخفيف لثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكربون ؛ برنامج التحكم في الضوضاء وحماية السمع ؛ الملابس الواقية والواقيات ، وفترات الراحة والسوائل للإجهاد الحراري ؛ و LEV ، معدات الوقاية الشخصية والاحتياطات الكهربائية لعمليات التحليل الكهربائي. عادة ما يتم ارتداء حماية الجهاز التنفسي للحماية من الغبار والأبخرة وثاني أكسيد الكبريت.

يسرد الجدول 1 الملوثات البيئية لخطوات مختلفة في صهر النحاس وتكريره.

الجدول 1. معالجة مدخلات المواد ومخرجات التلوث لصهر النحاس وتكريره

قيادة

تتكون عملية إنتاج الرصاص الأولية من أربع خطوات: التلبيد ، والصهر ، والخبث ، وتكرير المعادن الحرارية. للبدء ، يتم تغذية مادة أولية تتكون أساسًا من مركزات الرصاص على شكل كبريتيد الرصاص في آلة تلبيد. يمكن إضافة مواد خام أخرى بما في ذلك الحديد والسيليكا وتدفق الحجر الجيري وفحم الكوك والصودا والرماد والبيريت والزنك والمواد الكاوية والجسيمات التي تم جمعها من أجهزة التحكم في التلوث. في آلة التلبيد ، تتعرض المادة الأولية للرصاص إلى انفجارات من الهواء الساخن الذي يحرق الكبريت ، مما ينتج عنه ثاني أكسيد الكبريت. تحتوي مادة أكسيد الرصاص الموجودة بعد هذه العملية على حوالي 9٪ من وزنها في الكربون. يتم بعد ذلك تغذية اللبيدة مع فحم الكوك ، والعديد من المواد المعاد تدويرها والتنظيف ، والحجر الجيري وعوامل الصهر الأخرى في فرن صهر للتقليل ، حيث يعمل الكربون كوقود ويصهر أو يذوب مادة الرصاص. يتدفق الرصاص المنصهر إلى قاع الفرن حيث تتشكل أربع طبقات: "speiss" (أخف مادة ، أساسًا الزرنيخ والأنتيمون) ؛ "غير لامع" (كبريتيد النحاس وكبريتيدات المعادن الأخرى) ؛ خبث أفران الصهر (السيليكات في المقام الأول) ؛ وسبائك الرصاص (98٪ رصاص بالوزن). ثم يتم تجفيف جميع الطبقات. يتم بيع السبيس والمات إلى مصاهر النحاس لاستعادة النحاس والمعادن الثمينة. يتم تخزين خبث الفرن العالي الذي يحتوي على الزنك والحديد والسيليكا والجير في أكوام ويتم إعادة تدويره جزئيًا. تتولد انبعاثات أكسيد الكبريت في الأفران العالية من كميات صغيرة من كبريتيد الرصاص المتبقي وكبريتات الرصاص في تغذية اللبيدات.

عادة ما تتطلب سبائك الرصاص الخام من أفران الصهر معالجة أولية في الغلايات قبل الخضوع لعمليات التكرير. أثناء عملية الخبث ، يتم تحريك السبائك في غلاية خبث وتبريدها إلى ما يزيد قليلاً عن نقطة التجمد (370 إلى 425 درجة مئوية). خبث ، يتكون من أكسيد الرصاص ، إلى جانب النحاس والأنتيمون وعناصر أخرى ، يطفو إلى الأعلى ويتصلب فوق الرصاص المصهور.

تتم إزالة الخبث وإدخاله في فرن الخبث لاستعادة المعادن المفيدة غير الرصاصية. لتعزيز استخلاص النحاس ، تتم معالجة سبائك الرصاص الخبثية عن طريق إضافة مواد حاملة للكبريت و / أو الزنك و / أو الألومنيوم ، مما يؤدي إلى خفض محتوى النحاس إلى حوالي 0.01٪.

خلال الخطوة الرابعة ، يتم تنقية سبائك الرصاص باستخدام طرق المعالجة المعدنية الحرارية لإزالة أي مواد متبقية غير قابلة للبيع غير الرصاص (على سبيل المثال ، الذهب والفضة والبزموت والزنك وأكاسيد المعادن مثل الأنتيمون والزرنيخ والقصدير وأكسيد النحاس). يتم تنقية الرصاص في غلاية من الحديد الزهر بخمس مراحل. تتم إزالة الأنتيمون والقصدير والزرنيخ أولاً. ثم يضاف الزنك ويزال الذهب والفضة من خبث الزنك. بعد ذلك ، يتم تنقية الرصاص عن طريق إزالة الفراغ (التقطير) من الزنك. يستمر التكرير بإضافة الكالسيوم والمغنيسيوم. تتحد هاتان المادتان مع البزموت لتكوين مركب غير قابل للذوبان مقشود من الغلاية. في الخطوة الأخيرة ، يمكن إضافة الصودا الكاوية و / أو النترات إلى الرصاص لإزالة أي آثار متبقية للشوائب المعدنية. سيكون للرصاص المكرر نقاء من 99.90 إلى 99.99٪ ويمكن خلطه مع معادن أخرى لتشكيل سبائك أو قد يتم صبه مباشرة في أشكال.

الأخطار والوقاية منها

تتمثل المخاطر الرئيسية في التعرض لغبار الركاز أثناء معالجة الخام وصهره ، والأبخرة المعدنية (بما في ذلك الرصاص والزرنيخ والأنتيمون) أثناء الصهر ، وثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكربون أثناء معظم عمليات الصهر ، والضوضاء الناتجة عن عمليات الطحن والتكسير ومن الأفران ، والإجهاد الحراري من الأفران.

تشمل الاحتياطات: تهوية العادم المحلي للغبار أثناء عمليات النقل ؛ العادم المحلي وتهوية التخفيف لثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكربون ؛ برنامج التحكم في الضوضاء وحماية السمع ؛ والملابس الواقية والدروع ، وفترات الراحة والسوائل للإجهاد الحراري. عادة ما يتم ارتداء حماية الجهاز التنفسي للحماية من الغبار والأبخرة وثاني أكسيد الكبريت. الرصد البيولوجي للرصاص أمر ضروري.

يسرد الجدول 2 الملوثات البيئية لخطوات مختلفة في صهر الرصاص وتنقيته.

الجدول 2. معالجة مدخلات المواد ومخرجات التلوث لصهر وتكرير الرصاص

زنك

يتم إنتاج تركيز الزنك عن طريق فصل الركاز ، الذي قد يحتوي على أقل من 2٪ من الزنك ، عن نفايات الصخور عن طريق التكسير والتعويم ، وهي عملية يتم إجراؤها عادةً في موقع التعدين. يتم بعد ذلك اختزال تركيز الزنك إلى معدن الزنك بإحدى طريقتين: إما عن طريق التقطير الحراري (معوجة في فرن) أو عن طريق المعالجة بالمعدن بالكهرباء. هذا الأخير يمثل ما يقرب من 80 ٪ من إجمالي تكرير الزنك.

تُستخدم أربع مراحل معالجة بشكل عام في تكرير الزنك بالمعدن المائي: التكليس ، والترشيح ، والتنقية ، والاستخلاص الكهربائي. التكليس ، أو التحميص ، هي عملية ذات درجة حرارة عالية (700 إلى 1000 درجة مئوية) تحول تركيز كبريتيد الزنك إلى أكسيد زنك غير نقي يسمى الكالسين. تشمل أنواع المحمصة موقد متعدد أو معلق أو سرير مميع. بشكل عام ، يبدأ التكليس بخلط المواد المحتوية على الزنك بالفحم. ثم يتم تسخين هذا الخليط ، أو تحميصه ، لتبخير أكسيد الزنك الذي ينتقل بعد ذلك إلى خارج حجرة التفاعل مع تيار الغاز الناتج. يتم توجيه تيار الغاز إلى منطقة الكيس (المرشح) حيث يتم التقاط أكسيد الزنك في غبار الكيس.

تولد جميع عمليات التكليس ثاني أكسيد الكبريت ، والذي يتم التحكم فيه وتحويله إلى حمض الكبريتيك كمنتج ثانوي قابل للتسويق.

تتكون المعالجة الالكتروليتية للمكلس المنزوع الكبريت من ثلاث خطوات أساسية: الترشيح والتنقية والتحليل الكهربائي. يشير النض إلى إذابة الكالسيوم الملتقط في محلول من حامض الكبريتيك لتكوين محلول كبريتات الزنك. يمكن ترشيح الكلس مرة أو مرتين. في طريقة النض المزدوج ، يتم إذابة الكالسين في محلول حمضي قليلاً لإزالة الكبريتات. ثم يتم ترشيح الكلس مرة ثانية في محلول أقوى يذيب الزنك. خطوة الترشيح الثانية هذه هي في الواقع بداية الخطوة الثالثة من التنقية لأن العديد من شوائب الحديد تتسرب من المحلول بالإضافة إلى الزنك.

بعد الترشيح ، يتم تنقية المحلول على مرحلتين أو أكثر بإضافة غبار الزنك. يتم تنقية المحلول لأن الغبار يجبر العناصر الضارة على التعجيل بحيث يمكن تصفيتها. عادة ما يتم إجراء التنقية في خزانات تقليب كبيرة. تتم العملية في درجات حرارة تتراوح من 40 إلى 85 درجة مئوية وضغوط تتراوح من الغلاف الجوي إلى 2.4 من الغلاف الجوي. تشمل العناصر المسترجعة أثناء التنقية النحاس كعجينة والكادميوم كمعدن. بعد التنقية يكون المحلول جاهزًا للخطوة النهائية ، الاستخلاص الكهربائي.

يتم إجراء عملية الاستخلاص الكهربائي للزنك في خلية إلكتروليتية وتتضمن تشغيل تيار كهربائي من أنود سبائك الفضة والرصاص عبر محلول الزنك المائي. تقوم هذه العملية بشحن الزنك المعلق وتجبره على الإيداع في كاثود ألومنيوم مغمور في المحلول. كل 24 إلى 48 ساعة ، يتم إغلاق كل خلية ، وإزالة الكاثودات المغلفة بالزنك وشطفها ، ويتم تجريد الزنك ميكانيكيًا من ألواح الألمنيوم. بعد ذلك يتم صهر مركز الزنك ويصب في سبائك وغالبًا ما يكون نقيًا بنسبة 99.995٪.

تحتوي مصاهر الزنك الالكتروليتية على عدة مئات من الخلايا. يتم تحويل جزء من الطاقة الكهربائية إلى حرارة ، مما يزيد من درجة حرارة المنحل بالكهرباء. تعمل الخلايا الإلكتروليتية في درجات حرارة تتراوح من 30 إلى 35 درجة مئوية تحت الضغط الجوي. أثناء عملية الاستخلاص بالكهرباء ، يمر جزء من الإلكتروليت عبر أبراج التبريد لتقليل درجة حرارته وتبخر الماء الذي يجمعه أثناء العملية.

الأخطار والوقاية منها

تتمثل المخاطر الرئيسية في التعرض لغبار الركاز أثناء معالجة الخام وصهره ، والأبخرة المعدنية (بما في ذلك الزنك والرصاص) أثناء التكرير والتحميص ، وثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكربون أثناء معظم عمليات الصهر ، والضوضاء الناتجة عن عمليات التكسير والطحن ومن الأفران ، والإجهاد الحراري الناجم عن الأفران وحمض الكبريتيك والمخاطر الكهربائية أثناء عمليات التحليل الكهربائي.

تشمل الاحتياطات: تهوية العادم المحلي للغبار أثناء عمليات النقل ؛ العادم المحلي وتهوية التخفيف لثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكربون ؛ برنامج التحكم في الضوضاء وحماية السمع ؛ الملابس الواقية والواقيات ، وفترات الراحة والسوائل للإجهاد الحراري ؛ و LEV ، معدات الوقاية الشخصية ، والاحتياطات الكهربائية لعمليات التحليل الكهربائي. عادة ما يتم ارتداء حماية الجهاز التنفسي للحماية من الغبار والأبخرة وثاني أكسيد الكبريت.

يسرد الجدول 3 الملوثات البيئية لخطوات مختلفة في صهر الزنك وتنقيته.

الجدول 3. معالجة مدخلات المواد ومخرجات التلوث لصهر الزنك وتكريره

الرجوع