فرآوری فلزات باارزش با توان بومی

به گزارش می متالز به نقل از عصر مس، استحصال فلزات از جریان‌های آبی به‌وسیلۀ روش‌های مختلفی ازجمله روش استخراج با حلال، روش تبادل یونی و جذب توسط کربن فعال در اکثر صنایع معدنی صورت می‌گیرد. این روش‌ها به‌طور وسیع توسط واحدهای فراوری مورد استفاده قرار می‌گیرند و استفاده از آن‌ها موجب کسب موفقیت‌های فراوانی در ارتباط با استحصال فلزات از محلول‌های لیچینگ (محلول آبی غلیظ) شده است، با این‌حال استفاده از این روش‌ها در ارتباط با پالایش جریان‌های رقیق آبی ازجمله زهاب اسیدی معادن، پساب‌های کارخانه‌های فراوری، محلول لیچینگ کانسنگ‌های کم‌عیار و محلول رافینت بخش استخراج همچنان دارای مشکلات فنی و اقتصادی فراوانی است و باعث می‌شود این استخراج انتخابی فلزات از جریان‌های آبی رقیق به یکی از چالش‌برانگیزترین مسائل این صنایع تبدیل شود. وجود فلزات مختلف در جریان‌های رقیق آبی، علاوه بر دیدگاه محیط‌زیستی و توسعۀ پایدار، از جنبۀ اقتصادی نیز دارای اهمیت فراوانی است و می‌تواند به‌عنوان یکی از منابع بالقوۀ فلزات شناخته شود.
روش استخراج با حلال هوایار، یک روش نوین جهت استخراج انتخابی فلزات از جریان‌های رقیق آبی است و با جایگزینی مولکول‌های مرکزی فاز آلی با حباب هوا (حباب‌های پوشش‌داده‌شده) سبب کاهش چشمگیر مصرف فاز آلی، افزایش سطح تماس ویژه دو فاز و افزایش قابلیت شناورسازی فاز آلی (افزایش مقدار فاز آلی استحصالی در مدت زمان ماند محدود) شود (شکل 1). به‌طور کلی استفاده از این فرایند باعث رفع مشکلات فنی و اقتصادی روش‌های مرسوم استخراج با حلال در ارتباط با جریان‌های آبی رقیق می‌شود. از همین رو طرح بررسی مکانیزم و سینتیک فرآیند استخراج حلال به روش هوایار برای بازیابی فلزات پایه از محلول‌های رقیق آبی در واحد تحقیقات هیدرومتالورژی امور تحقیق‌وتوسعه مجتمع مس سرچشمه تعریف و اجرا شد.

با توجه به این‌که اکثر تحقیقات صورت‌گرفته در ارتباط با موضوع استخراج با حلال هوایار به‌صورت کوچک مقیاس و ناپیوسته انجام شده است، در این تحقیق ارائۀ راهکاری برای استفاده از روش استخراج با حلال هوایار در سیستم پیوسته و مقیاس نیمه‌صنعتی مد نظر بود. در شکل 2، تصویر یکی از دستگاه‌های ساخته شده در ارتباط با فرایند استخراج با حلال هوایار نشان داده شده است.
در سال 1393، موضوع طراحی و توسعۀ فرآیند استخراج حلال هوایار برای بازیابی فلزات باارزش از محلول‌های رقیق آبی در قالب رسالۀ دکتری آقای «سروش رحمتی» به راهنمایی آقای دکتر «علی احمدی»، از دانشگاه صنعتی اصفهان در واحد هیدرومتالورژی امور تحقیق و توسعه مجتمع مس سرچشمه مطرح، مصوب و تعریف شد. در ابتدای امر، مطالعات کتابخانه‌ای در ارتباط با این اصول فرآیند استخراج با حلال هوایار و جنبه‌های مختلف آن صورت گرفت. با توجه به این‌که ساخت دستگاهی در مقیاس نیمه‌صنعتی مدنظر بود و همچنین، نبود نمونه مشابه، طراحی کامل دستگاه و تجهیزات آن توسط مجریان صورت گرفت. تصویر نقشه دستگاه در شکل 2 آمده است. فرایند ثبت اختراع دستگاه نیز ابتدای سال 95 آغاز و داوری آن توسط سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران صورت گرفت که منجر به گواهی ثبت اختراع به شماره 94540 مورخ 96/10/10 شد.
استفاده نکردن از پمپ هوا برای تولید و مکش حباب‌های پوشش داده شده توسط فاز آلی، یکی از دیگر از اهداف این تحقیق بود که بدین منظور ستون پوشش‌دهی مناسب و همچنین لوله ونتوری طراحی شد. پس از طراحی نهایی و انجام مذاکرات با برخی از سازندگان تجهیزات آزمایشگاهی در سطح کشور، فرآیند ساخت آن صورت گرفت و پس از انجام آزمایش‌های اولیه، اصلاحات نهایی در ارتباط با آن انجام شد.
برای کسب اطلاعات کافی از مکانیسم‌های حاکم بر فرایند استخراج با حلال هوایار و عملکرد دستگاه مربوط، آزمایش‌های متعدد تک‌عاملی و سیستماتیک (طراحی آماری آزمایش‌ها) صورت گرفت. آزمایش‌های مذکور برای بررسی تأثیر عوامل مختلف از جمله میزان دبی فاز آبی، غلظت مس در فاز آبی، نسبت استخراج‌کننده به رقیق کننده در فاز آلی، ارتفاع فاز آلی در ستون پوشش دهی، وجود مواد اضافه‌شده در فاز آبی و آلی (مانند انواع کف ساز و روغن سیلیکون)، دبی فاز آبی در ستون اصلی و استفاده از ستون رمق‌گیری مورد بررسی قرار گرفت و مقادیر بهینه هریک از آن‌ها مشخص شد. پاسخ‌ها و موارد اندازه‌گیری‌شده در آزمایش‌ها عبارت بودند از نسبت فاز آبی به آلی، میزان باریابی مس، میزان فاز آلی استحصالی، مقدار ماندگی گاز و اندازه حباب‌ها درون ستون. همچنین آزمایش‌هایی برای بررسی خصوصیات سطحی و بین سطحی فاز آبی و آلی در فرایند استخراج با حلال هوایار صورت گرفت.

در این تحقیق، دستگاهی مبتنی بر فرایند استخراج با حلال هوایار در مقیاس نیمه‌صنعتی و سیستم پیوسته طراحی و ساخته شد. در این دستگاه برخلاف اکثر مطالعات قبلی، برای تولید حباب‌های پوشش‌داده‌شده، نیازی به استفاده از پمپ هوا نیست و قادر است جریان آبی حدود 30 لیتر بر دقیقه را مورد پالایش قرار دهد.
نتایج آزمایش‌ها در حالت بهینه نشان داد با نسبت فاز آبی به فاز آلی حدود 1 به 100 می‌توان حدود 85 درصد از مس موجود در جریان آبی (با دبی حدود 30 لیتر بر دقیقه) با غلظت اولیه 50 میلی‌گرم بر لیتر مس (محلول ساختگی) را به روش استخراج با حلال هوایار استخراج کرد. نسبت فاز آبی به آلی در این فرایند، کاهش چشمگیر مصرف فاز آلی نسبت به روش میکسر ستلر را نشان می‌دهد که پالایش این جریان‌ها را از لحاظ اقتصادی امکان‌پذیر می‌کند.

در این راه، البته چالش‌های چندی هم داشتیم؛ برای مثال، طراحی دستگاه مبتنی بر فرآیند استخراج با حلال هوایار به‌طور پیوسته نیازمند استفاده از قوانین علوم مختلفی ازجمله مهندسی مکانیک و مهندسی شیمی بود که با کسب اطلاعات کتابخانه‌ای و مشورت با افراد خبره، مشکلات مربوطه حل شد. همچنین، با توجه به مقیاس نیمه‌صنعتی دستگاه، مونتاژ و راه‌اندازی آن دشوار بود که زمان زیادی صرف راه‌اندازی اولیه شد.
یکی از مشکلات در ارتباط با این تحقیق، افزایش بازیابی فاز آلی بود که این مشکل با نصب یک عدد اسپارجر در ستون اصلی و همچنین، استفاده از ستون رمق‌گیر تا مقدار زیادی برطرف شد. همچنین، برای کسب اطلاعات کافی از مکانیسم این فرایند آزمایش‌های متعددی با استفاده از دستگاه صورت گرفت که زمان زیادی صرف آن شد.
با این‌حال، ما به‌دنبال یک هدف بزرگ بودیم که خوش‌بختانه در جریان این طرح محقق شد؛ دربارۀ این هدف باید گفت؛ جریان‌های رقیق حاوی مس زیادی در مجتمع مس سرچشمه وجود دارد،؛ مثل زهاب باطلۀ سنگ‌ها، آب کف معدن، آب رودخانۀ شور، پساب باطله و... . پالایش این جریان‌ها از لحاظ زیست‌محیطی دارای اهمیت فراوانی است و بایستی غلظت عناصر مختلف در این جریان‌ها پایش و در صورت بیش از حد مجاز بودن مورد پالایش قرار گیرند. پالایش این جریان‌ها به روش‌های غیرانتخابی مانند استفاده از کربنات سدیم، علاوه بر صرف هزینه زیاد، باعث هدررفت فلزات موجود در این جریان‌ها نیز می‌شود. استفاده از روش استخراج با حلال هوایار، قادر است فلزات موجود در این جریان‌ها را به روش انتخابی استحصال کند و ضمن رفع مشکلات زیست‌محیطی این جریان‌ها، منافع اقتصادی را برای این مجتمع به‌وجود آورد.

>سروش رحمتی– مهدی مولایی‌نسب