مقتبس من الطبعة الثالثة ، موسوعة الصحة والسلامة المهنية.

في إنتاج وتنقية المعادن ، يتم فصل المكونات القيمة عن المواد التي لا قيمة لها في سلسلة من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية المختلفة. المنتج النهائي عبارة عن معدن يحتوي على كميات خاضعة للرقابة من الشوائب. ينتج الصهر والتكرير الأوليان المعادن مباشرة من مركزات الخام ، بينما ينتج الصهر والتكرير الثانوي معادن من الخردة ونفايات العمليات. تشتمل الخردة على أجزاء وقطع من الأجزاء المعدنية ، والقضبان ، والخراطة ، والألواح والأسلاك غير المطابقة للمواصفات أو البالية ولكنها قابلة لإعادة التدوير (راجع مقالة "استصلاح المعادن" في هذا الفصل).

نظرة عامة على العمليات

تستخدم تقنيتان لاستعادة المعادن بشكل عام لإنتاج المعادن المكررة ، ميتالورجيا حراري و معالجة المعادن. تستخدم عمليات استخلاص المعادن الحرارية الحرارة لفصل المعادن المرغوبة عن المواد الأخرى. تستخدم هذه العمليات الاختلافات بين إمكانات الأكسدة ونقاط الانصهار وضغط البخار والكثافة و / أو الامتزاج لمكونات الركاز عند الذوبان. تختلف تقنيات استخلاص المعادن من المعادن عن عمليات استخلاص المعادن من الفلزات الحرارية حيث يتم فصل المعادن المرغوبة عن المواد الأخرى باستخدام تقنيات تستفيد من الاختلافات بين المواد القابلة للذوبان و / أو الخواص الكهروكيميائية أثناء وجودها في المحاليل المائية.

ميتالورجيا

 أثناء المعالجة المعدنية الحرارية ، خام ، بعد الوجود استفاد (مركزة عن طريق التكسير ، الطحن ، الطفو والتجفيف) ، يتم تلبيدها أو تحميصها (المكلس) بمواد أخرى مثل غبار الكيس والتدفق. يتم بعد ذلك صهر المركز ، أو صهره ، في فرن صهر من أجل دمج المعادن المرغوبة في سبيكة مصهورة غير نقية. تخضع هذه السبائك بعد ذلك لعملية معدنية حرارية ثالثة لتكرير المعدن إلى المستوى المطلوب من النقاء. في كل مرة يتم فيها تسخين الخام أو السبائك ، يتم إنشاء مواد النفايات. قد يتم التقاط الغبار من التهوية وغازات المعالجة في حاوية الأكياس ويتم التخلص منها أو إعادتها إلى العملية ، اعتمادًا على المحتوى المعدني المتبقي. يتم أيضًا التقاط الكبريت الموجود في الغاز ، وعندما تزيد التركيزات عن 4٪ يمكن تحويله إلى حمض الكبريتيك. اعتمادًا على منشأ الخام ومحتواه من المعادن المتبقية ، يمكن أيضًا إنتاج معادن مختلفة مثل الذهب والفضة كمنتجات ثانوية.

التحميص هو عملية معدنية حرارية مهمة. يستخدم تحميص الكبريتات في إنتاج الكوبالت والزنك. والغرض منه هو فصل المعادن بحيث يمكن تحويلها إلى شكل قابل للذوبان في الماء لمزيد من المعالجة المعدنية المائية.

ينتج عن صهر خامات الكبريتيد مركز فلز مؤكسد جزئياً (غير لامع). في عملية الصهر ، تشكل المادة التي لا قيمة لها ، وهي الحديد عادة ، خبثًا بمواد متدفقة وتتحول إلى أكسيد. تكتسب المعادن الثمينة الشكل المعدني في مرحلة التحويل ، والتي تحدث في أفران التحويل. تستخدم هذه الطريقة في إنتاج النحاس والنيكل. يتم إنتاج الحديد والفيروكروم والرصاص والمغنيسيوم والمركبات الحديدية عن طريق اختزال الخام بالفحم والتدفق (الحجر الجيري) ، وعادة ما تتم عملية الصهر في فرن كهربائي. (انظر أيضا صناعة الحديد والصلب الفصل.) التحليل الكهربائي بالملح المنصهر ، المستخدم في إنتاج الألومنيوم ، هو مثال آخر على عملية استخلاص المعادن من الفلزات.

يتم الحصول على درجة الحرارة العالية المطلوبة للمعالجة الحرارية للمعادن عن طريق حرق الوقود الأحفوري أو باستخدام التفاعل الطارد للحرارة للخام نفسه (على سبيل المثال ، في عملية الصهر السريع). عملية الصهر السريع هي مثال على عملية استخلاص المعادن الحرارية الموفرة للطاقة حيث يتأكسد الحديد والكبريت في تركيز الخام. يوفر التفاعل الطارد للحرارة المقترن بنظام استرداد الحرارة الكثير من الطاقة للصهر. كما أن استرداد الكبريت المرتفع لهذه العملية مفيد أيضًا لحماية البيئة. تستخدم معظم المصاهر الحديثة للنحاس والنيكل هذه العملية.

المعالجة المائية

ومن الأمثلة على عمليات المعالجة المعدنية المائية: الترشيح ، والترسيب ، والاختزال بالتحليل الكهربائي ، والتبادل الأيوني ، وفصل الغشاء ، واستخراج المذيبات. تتمثل المرحلة الأولى من عمليات استخلاص المعادن بالمياه في ترشيح المعادن القيمة من مادة أقل قيمة ، مثل حمض الكبريتيك. غالبًا ما يسبق النض معالجة مسبقة (على سبيل المثال ، تحميص كبريتات). غالبًا ما تتطلب عملية الترشيح ضغطًا مرتفعًا أو إضافة أكسجين أو درجات حرارة عالية. يمكن أيضًا إجراء عملية النض بالكهرباء. من محلول النض ، يتم استخلاص المعدن المطلوب أو مركبه عن طريق الترسيب أو الاختزال باستخدام طرق مختلفة. يتم إجراء التخفيض ، على سبيل المثال ، في إنتاج الكوبالت والنيكل بالغاز.

يعتبر التحليل الكهربائي للمعادن في المحاليل المائية أيضًا عملية تعدين مائية. في عملية التحليل الكهربائي ، يتم تقليل الأيون المعدني إلى المعدن. يوجد المعدن في محلول حمضي ضعيف يترسب منه على الكاثودات تحت تأثير تيار كهربائي. يمكن أيضًا تنقية معظم المعادن غير الحديدية عن طريق التحليل الكهربائي.

غالبًا ما تكون العمليات المعدنية عبارة عن مزيج من عمليات استخلاص المعادن بالحرارة والماء ، اعتمادًا على تركيز الخام المراد معالجته ونوع المعدن المراد تكريره. ومن الأمثلة على ذلك إنتاج النيكل.

الأخطار والوقاية منها

الوقاية من المخاطر الصحية والحوادث في صناعة المعادن هي في المقام الأول مسألة تعليمية وتقنية. الفحوصات الطبية ثانوية ولها دور تكميلي فقط في الوقاية من المخاطر الصحية. يعطي التبادل المنسق للمعلومات والتعاون بين أقسام التخطيط والخط والسلامة والصحة المهنية داخل الشركة النتيجة الأكثر كفاءة في الوقاية من المخاطر الصحية.

أفضل التدابير الوقائية وأقلها تكلفة هي تلك التي يتم اتخاذها في مرحلة التخطيط لمصنع أو عملية جديدة. عند التخطيط لمنشآت الإنتاج الجديدة ، يجب مراعاة الجوانب التالية كحد أدنى:

• يجب إحاطة وعزل المصادر المحتملة لملوثات الهواء.
• يجب أن يسمح تصميم ووضع معدات العملية بالوصول السهل لأغراض الصيانة.
• يجب مراقبة المناطق التي قد يحدث فيها خطر مفاجئ وغير متوقع بشكل مستمر. يجب تضمين إخطارات التحذير المناسبة. على سبيل المثال ، يجب أن تخضع المناطق التي قد يكون فيها التعرض للأرسين أو سيانيد الهيدروجين للمراقبة المستمرة.
• يجب التخطيط لإضافة ومناولة المواد الكيميائية السامة للعمليات بحيث يمكن تجنب المناولة اليدوية.
• يجب استخدام أجهزة أخذ عينات الصحة المهنية الشخصية من أجل تقييم التعرض الحقيقي للعامل الفردي ، كلما أمكن ذلك. تعطي المراقبة الثابتة المنتظمة للغازات والغبار والضوضاء نظرة عامة على التعرض ولكن لها دور تكميلي فقط في تقييم جرعة التعرض.
• في تخطيط المساحات ، يجب مراعاة متطلبات التغييرات أو الامتدادات المستقبلية للعملية حتى لا تسوء معايير الصحة المهنية للمصنع.
• يجب أن يكون هناك نظام تدريب وتثقيف مستمر للعاملين في مجال السلامة والصحة ، وكذلك للمراقبين والعاملين. يجب أن يكون العمال الجدد على وجه الخصوص على دراية كاملة بالمخاطر الصحية المحتملة وكيفية منعها في بيئات العمل الخاصة بهم. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يتم التدريب كلما تم إدخال عملية جديدة.
• ممارسات العمل مهمة. على سبيل المثال ، قد يؤدي سوء النظافة الشخصية عن طريق الأكل والتدخين في موقع العمل إلى زيادة التعرض الشخصي بشكل كبير.
• يجب أن يكون لدى الإدارة نظام مراقبة الصحة والسلامة الذي ينتج بيانات كافية لاتخاذ القرارات الفنية والاقتصادية.

فيما يلي بعض المخاطر والاحتياطات المحددة الموجودة في الصهر والتكرير.

إصابات

صناعة الصهر والتكرير لديها معدل إصابات أعلى من معظم الصناعات الأخرى. وتشمل مصادر هذه الإصابات: تناثر وانسكاب المعدن المنصهر والخبث مما يؤدي إلى حدوث حروق ؛ انفجارات وانفجارات الغاز من ملامسة المعدن المنصهر بالماء ؛ التصادم مع القاطرات المتحركة والعربات والرافعات المتحركة وغيرها من المعدات المتنقلة ؛ سقوط أشياء ثقيلة يسقط من ارتفاع (على سبيل المثال ، أثناء الوصول إلى كابينة رافعة) ؛ وإصابات الانزلاق والتعثر نتيجة انسداد الأرضيات والممرات.

تشمل الاحتياطات: التدريب الكافي ، ومعدات الحماية الشخصية المناسبة (على سبيل المثال ، القبعات الصلبة ، وأحذية الأمان ، وقفازات العمل ، والملابس الواقية) ؛ التخزين الجيد والتدبير المنزلي وصيانة المعدات ؛ قواعد المرور لنقل المعدات (بما في ذلك الطرق المحددة ونظام الإشارات والتحذير الفعال) ؛ وبرنامج الحماية من السقوط.

حرارة

تعتبر أمراض الإجهاد الحراري مثل ضربة الشمس من المخاطر الشائعة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى الأشعة تحت الحمراء من الأفران والمعدن المنصهر. هذه مشكلة خاصة عندما يجب القيام بعمل شاق في بيئات حارة.

يمكن أن تشمل الوقاية من أمراض الحرارة شاشات مائية أو ستائر هوائية أمام الأفران ، وتبريد موضعي ، وأكشاك مغلقة مكيفة ، وملابس واقية من الحرارة ، وبدلات مبردة بالهواء ، مما يتيح وقتًا كافيًا للتأقلم ، واستراحات العمل في المناطق الباردة ، وإمدادات كافية من المشروبات للشرب المتكرر.

المخاطر الكيميائية

يمكن أن يحدث التعرض لمجموعة متنوعة من الغبار والأبخرة والغازات والمواد الكيميائية الأخرى الخطرة أثناء عمليات الصهر والتكرير. يمكن أن يؤدي تكسير الخام وطحنه بشكل خاص إلى التعرض العالي للسيليكا والغبار المعدني السام (على سبيل المثال ، المحتوي على الرصاص والزرنيخ والكادميوم). يمكن أن يكون هناك أيضًا حالات تعرض للغبار أثناء عمليات صيانة الفرن. أثناء عمليات الصهر ، يمكن أن تكون الأبخرة المعدنية مشكلة كبيرة.

يمكن التحكم في انبعاثات الغبار والأبخرة عن طريق الغلاف ، وأتمتة العمليات ، وتهوية العادم الموضعي والتخفيف ، وتبليل المواد ، وتقليل التعامل مع المواد وتغييرات العملية الأخرى. عندما لا تكون هذه كافية ، ستكون هناك حاجة لحماية الجهاز التنفسي.

تتضمن العديد من عمليات الصهر إنتاج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت من خامات الكبريتيد وأول أكسيد الكربون من عمليات الاحتراق. التخفيف وتهوية العادم المحلي (LEV) ضروريان.

ينتج حامض الكبريتيك كمنتج ثانوي لعمليات الصهر ويستخدم في التكرير الكهربائي وترشيح المعادن. يمكن أن يحدث التعرض لكل من السائل وضباب حامض الكبريتيك. هناك حاجة لحماية الجلد والعين و LEV.

قد يكون لصهر وتنقية بعض المعادن مخاطر خاصة. وتشمل الأمثلة كربونيل النيكل في تكرير النيكل ، والفلوريد في صهر الألومنيوم ، والزرنيخ في النحاس وصهر وتنقية الرصاص ، والتعرض للزئبق والسيانيد أثناء تكرير الذهب. تتطلب هذه العمليات احتياطاتها الخاصة.

مخاطر أخرى

يمكن أن يتسبب الوهج والأشعة تحت الحمراء الصادرة من الأفران والمعدن المنصهر في تلف العين بما في ذلك إعتام عدسة العين. يجب ارتداء النظارات الواقية والواقيات المناسبة للوجه. قد تتسبب المستويات العالية من الأشعة تحت الحمراء أيضًا في حدوث حروق بالجلد ما لم يتم ارتداء ملابس واقية.

يمكن أن تتسبب مستويات الضوضاء العالية الناتجة عن تكسير الخام وطحنه ومنفاخ تفريغ الغاز والأفران الكهربائية عالية الطاقة في فقدان السمع. إذا كان مصدر الضوضاء لا يمكن تغطيته أو عزله ، فيجب ارتداء واقيات السمع. يجب وضع برنامج للحفاظ على السمع بما في ذلك اختبار قياس السمع والتدريب.

يمكن أن تحدث المخاطر الكهربائية أثناء عمليات التحليل الكهربائي. تشمل الاحتياطات الصيانة الكهربائية المناسبة مع إجراءات الإغلاق / الوسم ؛ قفازات وملابس وأدوات معزولة ؛ وقواطع دائرة الأعطال الأرضية عند الحاجة.

يمكن أن يتسبب الرفع اليدوي للمواد والتعامل معها في حدوث إصابات في الظهر والأطراف العلوية. يمكن أن تقلل وسائل الرفع الميكانيكية والتدريب المناسب في طرق الرفع من هذه المشكلة.

التلوث وحماية البيئة

قد تساهم انبعاثات الغازات المهيجة والمسببة للتآكل مثل ثاني أكسيد الكبريت وكبريتيد الهيدروجين وكلوريد الهيدروجين في تلوث الهواء وتسبب تآكل المعادن والخرسانة داخل المصنع وفي البيئة المحيطة. يختلف تحمل الغطاء النباتي لثاني أكسيد الكبريت تبعًا لنوع الغابة والتربة. بشكل عام ، تتحمل الأشجار دائمة الخضرة تركيزات أقل من ثاني أكسيد الكبريت مقارنة بالأشجار المتساقطة الأوراق. قد تحتوي انبعاثات الجسيمات على جسيمات غير محددة ، وفلوريد ، ورصاص ، وزرنيخ ، وكادميوم ، والعديد من المعادن السامة الأخرى. قد تحتوي مياه الصرف السائلة على مجموعة متنوعة من المعادن السامة وحمض الكبريتيك وشوائب أخرى. يمكن أن تتلوث النفايات الصلبة بالزرنيخ والرصاص وكبريتيدات الحديد والسيليكا وغيرها من الملوثات.

يجب أن تتضمن إدارة المصهر تقييم ومراقبة الانبعاثات من المصنع. هذا عمل متخصص لا ينبغي تنفيذه إلا بواسطة موظفين على دراية تامة بالخصائص الكيميائية والسمية للمواد التي يتم تفريغها من عمليات المصنع. يجب مراعاة الحالة الفيزيائية للمادة ، ودرجة الحرارة التي تغادر عندها العملية ، والمواد الأخرى في تيار الغاز وعوامل أخرى عند التخطيط لتدابير التحكم في تلوث الهواء. من المستحسن أيضًا الاحتفاظ بمحطة الطقس ، والاحتفاظ بسجلات الأرصاد الجوية والاستعداد لتقليل المخرجات عندما تكون الظروف الجوية غير مواتية لتشتت النفايات السائلة المكدسة. الرحلات الميدانية ضرورية لمراقبة تأثير تلوث الهواء على المناطق السكنية والزراعية.

يتم استرجاع ثاني أكسيد الكبريت ، وهو أحد الملوثات الرئيسية ، في صورة حمض الكبريتيك عندما يكون موجودًا بكميات كافية. خلاف ذلك ، لتلبية معايير الانبعاث ، يتم التحكم في ثاني أكسيد الكبريت والنفايات الغازية الخطرة الأخرى عن طريق الغسل. عادة ما يتم التحكم في انبعاثات الجسيمات عن طريق المرشحات النسيجية والمرسبات الكهروستاتيكية.

تستخدم كميات كبيرة من الماء في عمليات التعويم مثل تركيز النحاس. يتم إعادة تدوير معظم هذه المياه مرة أخرى في العملية. يتم ضخ المخلفات الناتجة عن عملية التعويم على شكل ملاط ​​في أحواض الترسيب. يتم إعادة تدوير المياه في هذه العملية. يتم تنظيف مياه العمليات المحتوية على معادن ومياه الأمطار في محطات معالجة المياه قبل تفريغها أو إعادة تدويرها.

تشتمل نفايات المرحلة الصلبة على الخبث الناتج عن الصهر ، وعجائن التفريغ من تحويل ثاني أكسيد الكبريت إلى حمض الكبريتيك والحمأة الناتجة عن الخزانات السطحية (على سبيل المثال ، أحواض الترسيب). يمكن إعادة تركيز بعض الخبث وإعادتها إلى المصاهر لإعادة المعالجة أو استعادة المعادن الأخرى الموجودة. العديد من نفايات المرحلة الصلبة هذه عبارة عن نفايات خطرة يجب تخزينها وفقًا للوائح البيئية.

الرجوع

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