Мыс кенін өндіру және өңдеу процесі
Мыс (Cu) қазіргі заманғы өмірдегі ең маңызды металдардың бірі болып табылады. Оның электр және жылу өткізгіштігі, коррозияға төзімділігі және салыстырмалы икемділігі мысты электр кабельдері, электрондық компоненттер, құбырлар және тіпті күн батареялары мен жел турбиналары сияқты жаңартылатын энергия өнеркәсіптік материалдары үшін негізгі материалға айналдырады. Дегенмен, соңғы өнімге айналмас бұрын, мыс өндіру мен кенді өңдеуден бастап, катодтарға немесе басқа коммерциялық нысандарға тазарту және қалыптауға дейінгі ұзақ процестер сериясынан өтуі керек. Бұл мақалада мыс кенін өндіру мен өңдеудің жалпы процесі, сондай-ақ әр кезеңдегі мақсаттар мен жұмыс принциптері талқыланады.
1. Мыс кенін барлау және өндіру
Бастапқы кезең экономикалық тұрғыдан тиімді мыс қорларын табу үшін барлаудан басталады. Барлау жұмыстарына геологиялық картаға түсіру, геофизикалық және геохимиялық зерттеулер, сондай-ақ кен орнының деңгейін, минералдардың таралуын және қор көлемін анықтау үшін керн бұрғылау кіреді. Техникалық-экономикалық негіздеме мен рұқсаттар алынғаннан кейін өндіру екі негізгі әдісті қолдану арқылы жүзеге асырылады:
1. Ашық карьерлік өндіру: жер бетіне жақын орналасқан мыс кен орындары үшін, мысалы, порфирлі мыс үшін қолданылады. Бұл әдіс әлемдік мыс өндірісінде басым, себебі кеннің құрамы төмен болса да, қорлар үлкен.
2. Жер асты өндіру: егер кен орындары тереңірек болса немесе географиялық жағдайлар ашық өндіруге мүмкіндік бермесе қолданылады.
Өндірілген кеннің құрамында әдетте халькопирит (CuFeS₂), борнит (Cu₅FeS₄), халькоцит (Cu₂S) сияқты мыс минералдары және малахит (Cu₂CO₃(OH)₂) және азурит сияқты оксидті минералдар болады. Мыстан басқа, кеннің құрамында көбінесе темір, күкірт, кремний диоксиді, алтын, күміс және молибден сияқты қоспалар немесе онымен байланысты минералдар болады.
2. Ұсақтау және ұнтақтау
Өндірілген кен ірі, сондықтан мыс минералдарын гангтан бөлу үшін ұсақтау қажет. Бұл процесс екі кезеңнен тұрады:
– Ұсақтау: кеннің көлемін бірнеше сантиметрге дейін кішірейту үшін жақ ұсатқышты, конус ұсатқышты немесе гираторлық ұсатқышты пайдалану.
– Ұнтақтау: әдетте ондаған немесе жүздеген микрометрге дейінгі ұсақ бөлшектерді алу үшін шарлы диірменді немесе SAG диірменін пайдалану.
Бұл кезеңнің негізгі мақсаты - тау жыныстары матрицасынан мыс минералдарын босату. Босату дәрежесі кейінгі бөлу процестерінің сәттілігі үшін өте маңызды.
3. Кенді шоғырландыру: Флотация (сульфидті кендер үшін)
Сульфидті мыс кендері үшін ең көп таралған әдіс - көбікті флотация. Бұл процесте ұсақ кен шламы сумен және белгілі бір химиялық реагенттермен араластырылады:
– Коллектор: мыс минералының бетін ауа көпіршіктеріне оңай жабысатындай етіп гидрофобты етеді.
– Көпірткіш: тұрақты көбік түзеді.
– Модификаторлар (активаторлар, депрессанттар, рН реттегіштері): бөлу селективтілігін арттырады.
Флотациялық камераға ауа үрленеді, нәтижесінде мыс минералдары көпіршіктерге жабысып, көбік түрінде бетіне көтеріледі, онда олар мыс концентраты ретінде жиналады. Қалған мыс емес материал қалдық ретінде тасталады.
Алынған концентрат әдетте шамамен 20-35% мыс бар, бұл кейбір порфир кеніштерінде 0,4-1% мыс болуы мүмкін бастапқы кеннен әлдеқайда жоғары.
4. Гидрометаллургиялық өңдеу (оксидті кендер үшін)
Мыс оксиді кендері, әдетте, сульфидті флотация арқылы тиімді өңделмейді. Сондықтан, гидрометаллургиялық жолдар, мысалы:
1. Шаймалау: кен немесе ұсақталған материал үйіліп (үйінді шаймалау), күкірт қышқылы (H₂SO₄) ерітіндісімен ерітіледі. Мыс жүктемелі шаймалау ерітіндісінде Cu²⁺ иондарына ериді.
2. Еріткішті экстракциялау (SX): органикалық еріткіштерді пайдаланып, Cu²⁺-ны шаймалау ерітіндісінен бөлу және тазарту.
3. Электролиттік жеңу (ЭЖ): электр тогы арқылы катодқа таза мысты тұндыру, жоғары тазалықтағы мыс катодын алу.
SX-EW бағыты өте танымал, себебі ол катодтарды балқытпай-ақ тікелей өндіре алады, әсіресе төмен сапалы оксид кендері үшін.
5. Мыс концентратын балқыту
Сульфидті концентраттар үшін келесі кезең - пирометаллургия. Концентрат кептіріліп, содан кейін пеште балқытылады (мысалы, тез балқыту пеші немесе ревербераторлық пеш). Балқыту процесінде бөлу екі негізгі кезеңге бөлінеді:
– Күңгірт: шамамен 45–70% Cu бар мыс пен темір сульфидтерінің қоспасы.
– Қож: құрамында кремний диоксиді, темір және басқа минералдар сияқты қоспалардан түзілген оксидтер мен силикаттар бар.
Балқыту кезіндегі химиялық реакциялар SO₂-ға бай газдарды да түзеді. Қазіргі заманғы қондырғыларда SO₂ ұсталып, күкірт қышқылына өңделеді, бұл шығарындыларды азайтады және құнды қосымша өнім шығарады.
6. Көпіршікті мысқа айналдыру
Балқыту зауытынан шыққан штейн конвертерде өңделеді (мысалы, Пирс-Смит конвертері). Темір сульфиді мен күкіртті тотықтыру үшін ауа немесе оттегі үрленеді:
– Темір FeO дейін тотығады, содан кейін қожға түседі.
– Күкірт SO₂ дейін тотығады.
Нәтижесінде шамамен 98–99% Cu тазалығы бар көпіршікті мыс пайда болады. Ол «көпіршік» деп аталады, себебі оның беті процесс кезінде газдардың бөлінуіне байланысты жиі кеуекті болып көрінеді.
7. Тазарту: өртпен тазарту және электротазарту
Блистерде мыс мөлшері жоғары болғанымен, Fe, S, Ni, As, Sb және бағалы элементтер (Au, Ag, Pt, Pd) сияқты қоспалар әлі де бар, оларды алып тастау қажет. Тазарту екі жалпы кезеңде жүзеге асырылады:
1. Отпен тазарту: оттегі мен белгілі бір қоспаларды азайту үшін пеште бастапқы тазарту, пластина тәрізді мыс анодын алу.
2. Электротазарту: анод мыс сульфаты ерітіндісінде электролиттік жолмен ерітіледі. Таза мыс катодта 99,99% тазалықтағы катод мысы ретінде тұнбаға түседі.
Алтын мен күміс сияқты асыл қоспалар ерімейді және анод шырышы түрінде тұнбаға түседі, содан кейін ол бағалы металдарды қалпына келтіру үшін одан әрі өңделеді. Сондықтан мыс өнеркәсібі көбінесе алтын мен күмісті қосалқы өнім ретінде де өндіреді.
8. Басып шығару және соңғы өнім
Мыс катодтары халықаралық стандартты тауарлар ретінде тікелей сатылуы мүмкін (мысалы, LME A класы) немесе басқа формаларда өңделуі мүмкін:
– Электр кабельдеріне арналған сым шыбық,
– сантехникалық және жылыту, желдету және кондиционерлеуге арналған мыс құбырлар,
– өңдеу өнеркәсібіне арналған парақтар/пластиналар,
– жез (Cu-Zn) және қола (Cu-Sn) сияқты қорытпалар.
Бұл өндіріс кезеңі әдетте қалаған өнімге байланысты илемдеу, экструзия немесе сым тарту зауытында жүзеге асырылады.
9. Қоршаған ортаны қорғау және қалдықтарды басқару
Мыс кенін өңдеу процесі қалдықтарды, шлактарды және газ шығарындыларын тудырады. Сондықтан қоршаған ортаға әсер ететін факторлар өте маңызды:
– Қалдық қалдық қоймаларында судың тұрақтылығы мен сапасын бақылау арқылы сақталады.
– Өндірістік су көбінесе тұщы суды тұтынуды азайту үшін қайта өңделеді.
– Күкірт қышқылын өндіру үшін балқыту зауытынан SO₂ жиналады.
– Жерді қалпына келтіру кен өндіру жұмыстары аяқталғаннан кейін жүзеге асырылады.
Қазіргі заманғы қоршаған ортаны қорғау стандарттары шаң шығарындыларын азайтуды, энергияны тиімдірек пайдалануды және күкірт қышқылы сияқты химиялық заттарды қауіпсіз өңдеуді талап етеді.
Қорытынды
Кеннен мыс өндіру процесі күрделі технологиялық тізбекті қамтиды: өндіруден бастап, ұсақтау және ұнтақтау, флотация немесе шаймалау арқылы минералды бөлу, содан кейін балқыту-конверсиялау немесе SX-EW арқылы тазарту, жоғары сапалы мыс катодтарын алу. Процесс жолын таңдау кен түріне (сульфид немесе оксид), мыс құрамына, сондай-ақ экономикалық және экологиялық факторларға байланысты. Электр энергиясына, электр көліктеріне және жаңартылатын энергияға әлемдік сұраныстың артуымен тиімді және тұрақты мыс өндірісі саланың болашақ дамуының кілті болып табылады.
