Scheme și modalități tehnologice de valorificare a minereurilor de cupru

Minereurile sulfurate comerciale includ minereurile care conțin mai mult de 0,3 — 0,4 % cupru, care este reprezentat în proporție de cel puțin 85 — 90 % de minerale sulfurate (calcopirita, barnita și calcosina). Un companion invariabil al sulfurilor de cupru din minereuri este sulfura de fier — pirita.

08.11.2019 Rubrica: Minereuri de metale neferoase Autor: Paxey

În acest articol:

Compoziția minerală și provocările tehnologice în îmbogățirea minereurilor de cupru

Cuprul este extras din minereuri sulfurate, oxidice și mixte de cupru și cupru-pirita.

Minereurile sulfurate comerciale includ minereurile care conțin mai mult de 0,3 — 0,4 % cupru, care este reprezentat în proporție de cel puțin 85 — 90 % de minerale sulfurate (calcopirita, barnita și calcosina). Un companion invariabil al sulfurilor de cupru din minereuri este sulfura de fier — pirita.

Minereurile de cupru oxidate și mixte se găsesc în orizonturile superioare ale depozitelor de cupru. Mineralele de cupru oxidat ușor plutibile includ malachitul, azuritul, atacamitul, cuprita, tenoritul; mineralele greu plutibile includ crisocola, dioptaza, aluminosilicații și fosfații de cupru practic nerecuperabili, precum și cuprul strâns asociat cu hidroxizi de fier și mangan.

Principala metodă de îmbogățire a minereurilor oxidate și mixte este flotarea. Metodele de îmbogățire gravitațională și magnetică joacă un rol secundar. Aceste metode rezolvă problemele legate de separarea eficientă a mineralelor sulfurate și oxidate de cupru din rocă, separarea sulfurilor de cupru și fier, obținerea concentratelor oxidate, creșterea complexității utilizării materiei prime prin extragerea suplimentară a metalelor nobile, magnetitei și a altor componente valoroase în produse separate sau concentrate. Cuprul este extras din minereuri greu de flotat și „încăpățânate” prin metode hidrometalurgice sau metode combinate metalurgice și de îmbogățire. Concentratele de cupru obținute în timpul îmbogățirii conțin 15-40% cupru, concentratele de pirită conțin 38-50% sulf și nu mai mult de 1% plumb și zinc.

Schema și regimurile de îmbogățire a minereurilor sulfurate

În majoritatea cazurilor, minereurile sulfuroase de cupru se caracterizează prin fenocristuri minerale de cupru foarte neregulate, ceea ce predetermină necesitatea unor scheme de ameliorare în mai multe etape.

Agregatele de sulfură de cupru cu pirita și minerale de rocă pot fi de obicei identificate după măcinarea relativ grosieră a minereului: până la 50-65% din clas a-0,074 mm. Pentru a deschide concrețiunile, fie concentratul, fie produsul intermediar, fie ambele, trebuie să fie măcinate în continuare până la 80 — 95% din clas a-0,074 mm (fig. 3.1). Cu toate acestea, schemele ciclurilor de flotare sunt de obicei simple.

Xantogenatele și aeroflotele sunt cel mai adesea utilizate ca colector în flotația sulfurilor de cupru și fier, iar uleiul de pin și daufrosul sunt utilizate ca spumanți. În cazul în care cuprul din minereuri este reprezentat în principal de sulfuri secundare de cupru, se utilizează ca colector un amestec de xantogenați sau aerofloți cu colectori mai puternici sau uleiuri apolare.

Modul reactiv de flotare a minereurilor de formare (Fig. 3.1) este de obicei simplu: flotarea se realizează într-un mediu ușor alcalin creat de var (până la 1 kg/t), în prezența unui colector și a unui agent spumant. Utilizarea unor xantogenați superiori în operațiile de control ale flotării asigură indicatori tehnologici superiori în comparație cu xantogenați inferiori și o extracție mai completă a metalelor rare, neferoase și nobile însoțitoare în concentrat.

Flotarea minereurilor sulfuroase de cupru cu conținut mediu de piriți se realizează conform schemei de flotare colectivă cu separarea ulterioară a concentratului colectiv în cupru și piriți sau conform schemei de flotare selectivă cu separarea secvențială a concentratelor de cupru și piriți. Schema de flotare colectivă-selectivă este mai economică.

Valoarea pH-ului în flotarea colectivă nu depășește 7,5 pentru a asigura flotarea eficientă a sulfurilor de fier în concentrat. Flotarea selectivă a minereurilor și separarea concentratului colectiv de cupru și pirită se realizează de obicei într-un mediu cu var, la o valoare a pH-ului mai mică de 10, pentru a asigura depresurizarea eficientă a sulfurilor de fier. Consumul de var depinde de conținutul de pirită și de gradul de oxidare a minereului și este cuprins între 1-5 kg/t.

Separarea sulfurilor de cupru și de fier la îmbogățirea prin flotare a minereurilor continue de cupru și pirită se realizează prin schema selectivă în mediu puternic alcalin (pH 10-12), creat prin încărcarea cu var (până la 15-20 kg/t), de obicei după aerarea pulpei înainte de flotare pentru oxidarea compușilor sulfoxidici, a sărurilor de fier divalente și a depresiunii suplimentare a pirhotitei și piritei. Reziduurile de flotație a cuprului sunt un concentrat finit de pirită dacă conținutul de rocă din minereul original nu depășește 10-15%. În caz contrar, concentratele de pirită sunt produse prin reflotarea reziduurilor de flotație a cuprului după îngroșare și diluarea ulterioară cu apă dulce sau apă acidă de mină. Pentru a îmbunătăți calitatea concentratelor de pirită, acestea sunt uneori desliminate în hidrocicloane.

Scheme și moduri de îmbogățire prin flotare a minereurilor de cupru oxidate și mixte

Diferența dintre agregatele și fenocristurile de sulfuri și oxizi de cupru, proprietățile lor de flotare și tendința mineralelor oxidate de cupru de a se suprafinisa au condus la utilizarea pe scară largă a flotării separate a mineralelor sulfurate și oxidate de cupru.

Flotarea colectivă a sulfurilor de cupru și fier se realizează în mediu ușor alcalin (pH de până la 8,5), iar o parte semnificativă a colectorului pentru hidrofobizarea sulfurilor este de obicei introdusă în moară. Concentratele colective de cupru și pirită rezultate sunt separate în mediu calcaros la un pH mai mare de 10. În caz de activare semnificativă a sulfurilor de fier de către sărurile de cupru și de eficiență insuficientă a depresiei lor în mediu de var, separarea concentratului colectiv se realizează în mediu ușor alcalin (pH mai mic de 9) cu aditivi cianurați (până la 200 g/t).

Flotarea mineralelor de cupru oxidate cu colectori oxihidrilici este utilizată (de exemplu, la uzina Katanga) pentru rocile silicioase sau argiloase din minereuri cu un conținut nesemnificativ de carbonați și hidroxizi de fier. În acest caz, doar malachitul este bine extras, mult mai rău — cuprita, destul de rău — crisocolla și alți silicați de cupru.

Flotarea mineralelor de cupru oxidate cu colectori sulfhidrilici după sulfidizarea preliminară este cea mai frecventă metodă de îmbogățire a minereurilor cu carbonat și a rocilor puternic tinifere, atunci când este practic imposibil să se utilizeze acizi grași, săpunurile lor și alți colectori oxihidrilici. Cel mai frecvent agent de sulfidizare reactiv din fabrici este hidrasulfura de sodiu sau oxidul acesteia cu sulfură de sodiu. La toate fabricile, sulfidizantul (0,3-2 kg/t) este introdus în mod eșalonat: în mai multe etape de-a lungul frontului flotării principale și de control, pentru a obține o peliculă mai densă de sulfură de cupru pe suprafața mineralelor sulfidizate. Valoarea optimă a pH-ului pulpei pentru flotarea minereurilor de cupru oxidat după sulfidizare este de aproximativ 9. Extracția cuprului oxidat este de obicei crescută în următoarele cazuri: la încărcarea comună a xantogenatului și a aeroflotului, alimentarea cu până la 40 % din colector în moară, aplicarea unor xantogenați mai mari, adăugarea de produse tehnice care conțin hidrocarburi apolare la colector. Utilizarea unor colectori puternici (mercaptani, xantogenați superiori etc.) poate crește, de asemenea, recuperarea metalelor nobile prezente în minereu. Deprimarea flotării mineralelor de rocă se realizează cel mai adesea prin încărcări cu sticlă lichidă. Pierderile principale de cupru „liber” oxidat se observă în calitățile fine, în special la prelucrarea minereurilor cu conținut ridicat de zgură. Pentru a îmbunătăți eficiența prelucrării acestor minereuri, o serie de uzine (a se vedea Fig. 3.1) utilizează o schemă cu flotare separată a mineralelor de cupru.

Sisteme combinate cu levigarea acidă prealabilă a cuprului

Schemele combinate cu levigarea acidă preliminară a cuprului sunt utilizate pe scară largă în următoarele cazuri:

• Prelucrarea minereurilor greu de îmbogățit, în care cuprul este reprezentat în principal de cupru „legat”, sub formă de crizocolă, fosfați de cupru și aluminosilicați, precum și de cupru legat de hidroxizi de fier și mangan sau de deșeuri de rocă impregnate, atunci când flotarea nu asigură o recuperare satisfăcătoare;
• prezența mineralelor de rocă în minereuri care împiedică separarea lor selectivă de mineralele de cupru sau a mineralelor de cupru solubile care nu permit obținerea unor rate acceptabile de îmbogățire fără o complicare semnificativă a sistemului tehnologic;
• implicarea în exploatarea minereurilor sărace sau neechilibrate, a sterilului și a reziduurilor, a căror compoziție complexă și conținut scăzut de cupru fac practic imposibilă utilizarea schemelor și proceselor convenționale de ameliorare pentru prelucrarea acestora.

În toate aceste cazuri, levigarea acidă preliminară asigură o extracție destul de satisfăcătoare a cuprului în soluție, dacă minereul sau materialul inițial nu conține cantități semnificative de carbonat și alte minerale de rocă solubile în acid. Principalul solvent pentru levigarea mineralelor de cupru oxidate este acidul sulfuric (1,5-1,5 kg/kg cupru). Levigarea se realizează prin metode subterane, în grămezi sau în cuvă.

Pentru separarea cuprului din soluțiile de levigare în timpul prelucrării minereurilor oxidate și mixte prin scheme combinate se utilizează următoarele metode: electroliza; cimentarea cu fier; precipitarea cu var sub formă de hidroxid de cupru sau sulfură de sodiu sub formă de sulfuri de cupru; sorbția pe rășini solide schimbătoare de ioni; extracția lichid-lichid urmată de precipitarea electrolitică a cuprului. Cele mai comune metode utilizate în prezent sunt cimentarea cu fier și extracția lichidă urmată de electroliza cuprului.

Un exemplu de utilizare integrată a materiilor prime la prelucrarea simultană a minereurilor sulfuroase și oxidice la întreprindere este tehnologia adoptată, de exemplu, la Combinatul Lakeshore (Fig. 3.2).

Sisteme combinate cu prăjirea preliminară a minereului și flotarea ulterioară

Schemele combinate cu prăjirea preliminară prin reducere a minereului și flotarea ulterioară a granulelor metalice de cupru formate sunt utilizate pentru prelucrarea minereurilor de cupru oxidate care nu sunt adecvate pentru lixiviere din cauza conținutului ridicat de carbonați de rocă solubili în acid, pentru extracția cuprului din minereuri greu de îmbogățit cu conținut ridicat de silicați, aluminosilicați complecși și aluminofosfați de cupru și hidroxizi de fier cu conținut de cupru.

Aplicarea industrială în străinătate (în Chile, SUA, Peru, Mauritania, Zambia, Japonia etc.) a fost obținută prin procesul de segregare-flotare. Acesta include prăjirea prin segregare a minereului zdrobit cu adaosuri (0,5-2 %) de agent de reducere carbonat solid (cocs, cărbune) și sare de masă (NaCl) timp de 10-60 min la temperatura de 700-850 °C. Ca urmare a reacțiilor care au loc în timpul arderii, cuprul este redus la cupru metalic cu mărirea simultană a particulelor reducătoare până la 80-10 microni. Cenușa obținută se răcește fără acces la aer și se supune flotării cu colector de sulfhidril (100-300 g/t) și aditivi suflanți. Bismutul și metalele nobile prezente în minereu sunt, de asemenea, extrase în procesul de flotare în concentratul bogat în cupru, care conține de obicei 35-70 % cupru, cu o recuperare de aproximativ 90 %.

Procesul de segregare și flotare asigură cea mai mare recuperare a metalelor atunci când se prelucrează minereuri de oxizi și minereuri mixte de cupru greu de îmbogățit. Cu toate acestea, este și cel mai complex și mai costisitor proces, necesitând costuri semnificative de construcție a instalației de prăjire. În general, procesul nu este economic dacă minereul conține mai puțin de 3% cupru, ceea ce limitează semnificativ capacitatea de a prelucra cantități mari de minereuri de cupru complexe prin acest proces.

Complexitatea utilizării minereurilor de cupru

Minereurile de cupru și cupru-pirita conțin adesea aur. Captarea aurului liber în ciclul de măcinare și clasificare se realizează prin instalarea de mașini de stripare, capcane centrifugal-hidraulice, concentratoare cu fantă (cu jet) (instalate pe nisipuri de clasificare cu o pantă de 12-14° în locul unui jgheab de nisip), camere de flotație cu capcană de aur. Aurul fin este extras din produsele intermediare la ecluzele de grămadă, iar aurul fin este extras din reziduurile de flotare și din alte produse la ecluzele de cordier. În ciclul de re-curățare, concentratul brut este trecut printr-un hidrociclon cu con scurt sau printr-o ecluză cu fante (concentrator). În nisipurile hidrociclonului sau ale ecluzei se concentrează particule de aur greu flotabile (boabe mari cu formațiuni acoperitoare, plăci cu minerale de rocă înglobate în suprafața lor, agregate etc.), care sunt greu transferate în concentratul brut și se pierd ușor în timpul re-curățării.

Aurul asociat cu sulfurile de cupru și care nu este extras prin metode gravitaționale, aurul „liber” este de obicei separat prin flotare cu utilizarea colectorilor sulfhidrilici în concentrat de aur-cupru sau direct din minereu, suprimând pirita și alte sulfuri de fier, sau în conformitate cu schema cu recepție preliminară a concentratului colectiv de aur-cupru-pirita și separarea ulterioară a acestuia în produse de aur-cupru și pirita.

Unele fabrici iau măsuri speciale pentru a extrage cuprul solubil în apă prezent în minereuri. De exemplu, la Mount Morgen, minereul este spălat în clasificatoare cu cremalieră înainte de măcinare, iar cuprul este cimentat pe așchiile de fier din faza lichidă a evacuării acestora. Până la 2% din tot cuprul produs la uzină este recuperat sub formă de nămol.

Pentru a crește gradul de utilizare complexă a minereurilor de cupru-magnetită, acestea sunt supuse flotării și separării magnetice pentru a produce concentrate de cupru și fier (uzinele Palabora, Toledo, Filex și altele).

Reziduurile sunt îngroșate la o serie de mori și utilizate pentru lucrările miniere sau prelucrate pentru a extrage minerale de metale grele, rare sau radioactive, fosfați, vermiculită, cuarț și alte produse.