કોપર ઓર ઉત્પાદન અને પ્રક્રિયા પ્રક્રિયા
તાંબુ (Cu) એ આધુનિક જીવનમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ ધાતુઓમાંની એક છે. તેની વિદ્યુત અને થર્મલ વાહકતા, કાટ પ્રતિકાર અને સંબંધિત નમ્રતા તાંબુને ઇલેક્ટ્રિકલ કેબલ, ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો, પાઈપો અને સોલાર પેનલ અને વિન્ડ ટર્બાઇન જેવી નવીનીકરણીય ઉર્જા ઔદ્યોગિક સામગ્રી માટે મુખ્ય સામગ્રી બનાવે છે. જો કે, અંતિમ ઉત્પાદન બનતા પહેલા, તાંબુને ખાણકામ અને ઓર પ્રક્રિયાથી લઈને રિફાઇનિંગ અને કેથોડ્સ અથવા અન્ય વ્યાપારી સ્વરૂપોમાં મોલ્ડિંગ સુધીની પ્રક્રિયાઓની લાંબી શ્રેણીમાંથી પસાર થવું પડે છે. આ લેખ કોપર ઓર ઉત્પાદન અને પ્રક્રિયાની સામાન્ય પ્રક્રિયા, દરેક તબક્કે ઉદ્દેશ્યો અને કાર્યકારી સિદ્ધાંતોની ચર્ચા કરે છે.
૧. કોપર ઓર સંશોધન અને ખાણકામ
પ્રારંભિક તબક્કો આર્થિક રીતે સધ્ધર તાંબાના ભંડાર શોધવા માટે શોધખોળથી શરૂ થાય છે. શોધખોળ પ્રવૃત્તિઓમાં ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય નકશા, ભૂ-ભૌતિક અને ભૂ-રાસાયણિક સર્વેક્ષણો અને ગ્રેડ, ખનિજ વિતરણ અને અનામત જથ્થો નક્કી કરવા માટે કોર ડ્રિલિંગનો સમાવેશ થાય છે. એકવાર શક્યતા અભ્યાસ અને પરવાનગીઓ પ્રાપ્ત થઈ જાય, પછી ખાણકામ બે મુખ્ય પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને હાથ ધરવામાં આવે છે:
૧. ખુલ્લા ખાડામાં ખાણકામ: સપાટીની નજીક તાંબાના ભંડાર માટે વપરાય છે, જેમ કે પોર્ફાયરી કોપર. આ પદ્ધતિ વૈશ્વિક તાંબાના ઉત્પાદનમાં પ્રભુત્વ ધરાવે છે કારણ કે ઓર ગ્રેડ ઓછો હોવા છતાં ભંડાર મોટો છે.
2. ભૂગર્ભ ખાણકામ: જો થાપણો વધુ ઊંડા હોય અથવા ભૌગોલિક પરિસ્થિતિઓ ખુલ્લા ખાણકામની મંજૂરી ન આપે તો તેનો ઉપયોગ થાય છે.
ખાણકામ કરાયેલ અયસ્કમાં સામાન્ય રીતે તાંબાના ખનિજો જેમ કે ચેલ્કોપીરાઇટ (CuFeS₂), બોર્નાઇટ (Cu₅FeS₄), ચેલ્કોસાઇટ (Cu₂S), અને ઓક્સાઇડ ખનિજો જેમ કે મેલાકાઇટ (Cu₂CO₃(OH)₂) અને એઝ્યુરાઇટ હોય છે. તાંબા ઉપરાંત, અયસ્કમાં ઘણીવાર અશુદ્ધિઓ અથવા સંકળાયેલ ખનિજો જેમ કે આયર્ન, સલ્ફર, સિલિકા, સોનું, ચાંદી અને મોલિબ્ડેનમ હોય છે.
2. કચડી નાખવું અને પીસવું
ખોદવામાં આવેલું ઓર મોટું છે અને તેથી તાંબાના ખનિજોને ગેંગ્યુથી અલગ કરવા માટે તેને કચડી નાખવાની જરૂર છે. આ પ્રક્રિયામાં બે તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે:
- ક્રશિંગ: ઓરનું કદ કેટલાક સેન્ટિમીટર સુધી ઘટાડવા માટે જડબાના ક્રશર, કોન ક્રશર અથવા ગાયરેટરી ક્રશરનો ઉપયોગ કરવો.
– ગ્રાઇન્ડીંગ: બોલ મિલ અથવા SAG મિલનો ઉપયોગ કરીને બારીક કણો ઉત્પન્ન કરવા, સામાન્ય રીતે દસથી સેંકડો માઇક્રોમીટર કદ સુધી.
આ તબક્કાનો મુખ્ય ઉદ્દેશ્ય ખડકના મેટ્રિક્સમાંથી તાંબાના ખનિજોને મુક્ત કરવાનો છે. અનુગામી વિભાજન પ્રક્રિયાઓની સફળતા માટે મુક્તિની ડિગ્રી મહત્વપૂર્ણ છે.
૩. ઓર કોન્સન્ટ્રેશન: ફ્લોટેશન (સલ્ફાઇડ ઓર માટે)
સલ્ફાઇડ કોપર ઓર માટે, સૌથી સામાન્ય પદ્ધતિ ફ્રોથ ફ્લોટેશન છે. આ પ્રક્રિયામાં, બારીક ઓર સ્લરી પાણી અને ચોક્કસ રાસાયણિક રીએજન્ટ્સ સાથે મિશ્રિત કરવામાં આવે છે:
– કલેક્ટર: તાંબાના ખનિજની સપાટીને હાઇડ્રોફોબિક બનાવે છે જેથી તે હવાના પરપોટા સાથે સરળતાથી ચોંટી જાય.
– ફ્રધર: સ્થિર ફીણ બનાવે છે.
– મોડિફાયર (એક્ટિવેટર્સ, ડિપ્રેસન્ટ્સ, pH રેગ્યુલેટર્સ): અલગ થવાની પસંદગીમાં વધારો.
ફ્લોટેશન સેલમાં હવા ફૂંકાય છે, જેના કારણે તાંબાના ખનિજો પરપોટા સાથે ચોંટી જાય છે અને ફીણ તરીકે સપાટી પર ઉગે છે, જ્યાં તેઓ તાંબાના ઘટ્ટ તરીકે એકત્રિત થાય છે. બાકીની બિન-તાંબાની સામગ્રીને પૂંછડી તરીકે ફેંકી દેવામાં આવે છે.
પરિણામી સાંદ્રતામાં સામાન્ય રીતે લગભગ 20-35% Cu હોય છે, જે શરૂઆતના ઓર કરતા ઘણું વધારે છે જે કેટલીક પોર્ફાયરી ખાણોમાં 0,4-1% Cu જેટલું ઓછું હોઈ શકે છે.
૪. હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ પ્રોસેસિંગ (ઓક્સાઇડ ઓર માટે)
કોપર ઓક્સાઇડ ઓર સામાન્ય રીતે સલ્ફાઇડ ફ્લોટેશન દ્વારા અસરકારક રીતે પ્રક્રિયા કરવામાં આવતા નથી. તેથી, હાઇડ્રોમેટલર્જિકલ માર્ગો જેમ કે:
૧. લીચિંગ: ઓર અથવા કચડી સામગ્રીનો ઢગલો કરવામાં આવે છે (ઢગલો લીચિંગ) અને સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H₂SO₄) દ્રાવણ સાથે છાંટવામાં આવે છે. ગર્ભવતી લીચ દ્રાવણમાં તાંબુ Cu²⁺ આયનોમાં ઓગળી જાય છે.
2. દ્રાવક નિષ્કર્ષણ (SX): કાર્બનિક દ્રાવકોનો ઉપયોગ કરીને લીચ દ્રાવણમાંથી Cu²⁺ ને અલગ કરીને શુદ્ધ કરવું.
૩. ઇલેક્ટ્રોવિનિંગ (EW): ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ દ્વારા કેથોડ પર શુદ્ધ તાંબુ જમા કરીને, ઉચ્ચ-શુદ્ધતાવાળા કોપર કેથોડ ઉત્પન્ન કરે છે.
SX-EW માર્ગ ખૂબ જ લોકપ્રિય છે કારણ કે તે પીગળ્યા વિના સીધા કેથોડ ઉત્પન્ન કરી શકે છે, ખાસ કરીને ઓછા-ગ્રેડ ઓક્સાઇડ અયસ્ક માટે.
૫. કોપર કોન્સન્ટ્રેટનું ગલન
સલ્ફાઇડ સાંદ્રતા માટે, આગળનો તબક્કો પાયરોમેટલર્જી છે. સાંદ્રતાને સૂકવવામાં આવે છે અને પછી ભઠ્ઠીમાં ઓગાળવામાં આવે છે (દા.ત., ફ્લેશ સ્મેલ્ટર અથવા રિવર્બેરેટરી ફર્નેસ). સ્મેલ્ટિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, બે મુખ્ય તબક્કાઓમાં વિભાજન થાય છે:
– મેટ: કોપર અને આયર્ન સલ્ફાઇડનું મિશ્રણ, જેમાં આશરે 45-70% Cu હોય છે.
- સ્લેગ: સિલિકા, આયર્ન અને અન્ય ખનિજો જેવી અશુદ્ધિઓમાંથી મળતા ઓક્સાઇડ અને સિલિકેટ્સ ધરાવે છે.
ગંધતી વખતે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ પણ SO₂-સમૃદ્ધ વાયુઓ ઉત્પન્ન કરે છે. આધુનિક સુવિધાઓમાં, SO₂ ને કેપ્ચર કરીને સલ્ફ્યુરિક એસિડમાં પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે, જે ઉત્સર્જન ઘટાડે છે અને મૂલ્યવાન ઉપ-ઉત્પાદન ઉત્પન્ન કરે છે.
૬. ફોલ્લા કોપરમાં રૂપાંતર
સ્મેલ્ટરમાંથી નીકળેલા મેટને પછી કન્વર્ટરમાં પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે (દા.ત., પિયર્સ-સ્મિથ કન્વર્ટર). આયર્ન સલ્ફાઇડ અને સલ્ફરને ઓક્સિડાઇઝ કરવા માટે હવા અથવા ઓક્સિજન ફૂંકવામાં આવે છે:
– લોખંડનું FeO માં ઓક્સિડાઇઝેશન થાય છે અને પછી સ્લેગમાં પ્રવેશ કરે છે.
- સલ્ફરનું SO₂ માં ઓક્સિડાઇઝેશન થાય છે.
પરિણામ સ્વરૂપે, ફોલ્લા કોપર લગભગ 98-99% Cu ની શુદ્ધતા ધરાવે છે. તેને "ફોલ્લા" કહેવામાં આવે છે કારણ કે પ્રક્રિયા દરમિયાન વાયુઓ છૂટા થવાને કારણે તેની સપાટી ઘણીવાર છિદ્રાળુ દેખાય છે.
૭. રિફાઇનિંગ: ફાયર રિફાઇનિંગ અને ઇલેક્ટ્રોરિફાઇનિંગ
ફોલ્લામાં તાંબાનું પ્રમાણ વધુ હોવા છતાં, Fe, S, Ni, As, Sb અને મૂલ્યવાન તત્વો (Au, Ag, Pt, Pd) જેવી અશુદ્ધિઓ હજુ પણ દૂર કરવાની જરૂર છે. શુદ્ધિકરણ બે સામાન્ય પગલાંમાં હાથ ધરવામાં આવે છે:
1. અગ્નિ શુદ્ધિકરણ: ઓક્સિજન અને ચોક્કસ અશુદ્ધિઓ ઘટાડવા માટે ભઠ્ઠીમાં પ્રારંભિક શુદ્ધિકરણ, પ્લેટ આકારના કોપર એનોડ ઉત્પન્ન કરે છે.
2. ઇલેક્ટ્રોરિફાઇનિંગ: એનોડ કોપર સલ્ફેટના દ્રાવણમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક રીતે ઓગળી જાય છે. શુદ્ધ તાંબુ 99,99% શુદ્ધતા સાથે કેથોડ કોપર તરીકે કેથોડ પર અવક્ષેપિત થાય છે.
સોના અને ચાંદી જેવી ઉમદા અશુદ્ધિઓ અદ્રાવ્ય હોય છે અને એનોડ સ્લાઇમ તરીકે અવક્ષેપિત થાય છે, જે પછી કિંમતી ધાતુઓને પુનઃપ્રાપ્ત કરવા માટે વધુ પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે. આ જ કારણ છે કે તાંબા ઉદ્યોગ ઘણીવાર આડપેદાશો તરીકે સોના અને ચાંદીનું ઉત્પાદન પણ કરે છે.
8. પ્રિન્ટિંગ અને અંતિમ ઉત્પાદન
કોપર કેથોડ્સને આંતરરાષ્ટ્રીય માનક કોમોડિટીઝ (દા.ત. LME ગ્રેડ A) તરીકે સીધા વેચી શકાય છે અથવા અન્ય સ્વરૂપોમાં પ્રક્રિયા કરી શકાય છે:
- ઇલેક્ટ્રિકલ કેબલ માટે વાયર રોડ,
- પ્લમ્બિંગ અને HVAC માટે કોપર પાઇપ,
- ઉત્પાદન ઉદ્યોગ માટે શીટ્સ/પ્લેટ,
- પિત્તળ (Cu-Zn) અને કાંસ્ય (Cu-Sn) જેવા મિશ્રધાતુઓ.
આ ફેબ્રિકેશન સ્ટેજ સામાન્ય રીતે ઇચ્છિત ઉત્પાદનના આધારે રોલિંગ, એક્સટ્રુઝન અથવા વાયર ડ્રોઇંગ પ્લાન્ટમાં હાથ ધરવામાં આવે છે.
9. પર્યાવરણીય અને કચરો વ્યવસ્થાપન
કોપર ઓર પ્રોસેસિંગ પ્રક્રિયા ટેઇલિંગ્સ, સ્લેગ અને ગેસ ઉત્સર્જન ઉત્પન્ન કરે છે. તેથી, પર્યાવરણીય પાસાઓ મહત્વપૂર્ણ છે:
- સ્થિરતા અને પાણીની ગુણવત્તાનું નિરીક્ષણ કરીને ટેઇલિંગ્સ ડેમમાં ટેઇલિંગ્સનો સંગ્રહ કરવામાં આવે છે.
- તાજા પાણીનો વપરાશ ઘટાડવા માટે પ્રક્રિયા કરેલા પાણીને ઘણીવાર રિસાયકલ કરવામાં આવે છે.
- સ્મેલ્ટરમાંથી SO₂ સલ્ફ્યુરિક એસિડના ઉત્પાદન માટે મેળવવામાં આવે છે.
- ખાણકામ પૂર્ણ થયા પછી જમીન સુધારણા હાથ ધરવામાં આવે છે.
આધુનિક પર્યાવરણીય ધોરણો ધૂળના ઉત્સર્જનમાં ઘટાડો, વધુ કાર્યક્ષમ ઉર્જા ઉપયોગ અને સલ્ફ્યુરિક એસિડ જેવા રસાયણોના સલામત સંચાલનની માંગ કરે છે.
કેસિમ્પુલન
ઓરમાંથી તાંબાનું ઉત્પાદન કરવાની પ્રક્રિયામાં એક જટિલ તકનીકી ક્રમનો સમાવેશ થાય છે: ખાણકામ, ક્રશિંગ અને ગ્રાઇન્ડીંગથી શરૂ કરીને, ફ્લોટેશન અથવા લીચિંગ દ્વારા ખનિજ અલગ કરીને, અને પછી સ્મેલ્ટિંગ-કન્વર્ઝન અથવા SX-EW દ્વારા રિફાઇન કરીને, ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા કોપર કેથોડ્સનું ઉત્પાદન કરવું . પ્રક્રિયા માર્ગની પસંદગી ઓરના પ્રકાર (સલ્ફાઇડ અથવા ઓક્સાઇડ), કોપર સામગ્રી, તેમજ આર્થિક અને પર્યાવરણીય વિચારણાઓ પર ખૂબ આધાર રાખે છે. વીજળી, ઇલેક્ટ્રિક વાહનો અને નવીનીકરણીય ઊર્જાની વધતી જતી વૈશ્વિક માંગ સાથે, કાર્યક્ષમ અને ટકાઉ કોપર ઉત્પાદન ઉદ્યોગના ભાવિ વિકાસ માટે ચાવીરૂપ છે.
