تحسين استخلاص النحاس من الخامات المختلطة أكسيد-كبريتيد باستخدام فصل بالجاذبية والتعويم

لماذا تهمنا قصة النحاس هذه

النحاس حاضر في كل ما يشغّل الحياة الحديثة تقريبًا، من السيارات الكهربائية والهواتف الذكية إلى شبكات الطاقة ومراكز البيانات. ومع استنفاد ترسبات النحاس الأسهل استغلالًا، اضطرت الصناعة إلى التوجّه نحو خامات أقل درجة وأكثر تعقيدًا يصعب معالجتها وتكلفتها أعلى. تستعرض هذه الدراسة كيفية استخلاص النحاس بكفاءة أكبر من أحد هذه الترسبات الصعبة في إيران عبر الجمع الذكي بين طريقتين فصل تقليديتين وضبط الكيمياء التي تجعل جسيمات النحاس قابلة للتعويم.

صخر صعب به بقع قيمة دقيقة

عمل الباحثون على عينات من أنوية الحفر من منطقة علي غدارز للنحاس، تحتوي إجمالًا على نحو نصف بالمئة فقط من النحاس. تحت المجهر وجدوا خليطًا معقّدًا: وُجد النحاس في صورة معدن كبريتي (الكالكوبيريت) وفي صورة معدن مؤكسد (المالاكيت)، مرتبطة بإحكام بالطين وأكاسيد الحديد. كانت حبيبات النحاس دقيقة جدًا، أغلبها أقل من 74 ميكرومتر، أي أنها تتصرف بسهولة مثل الطين في الماء. يجمع هذا المزيج من الحجم الدقيق، والطينات اللزجة، وأنواع المعادن المختلطة، ما يجعل فصل النحاس عن الصخر المحيط بصعوبة باستخدام الطرق القياسية.

فحص الخامة حبة بحبة

لفهم أفضل طرق المعالجة، خريطة الفريق التكوين المعدني للخامة بتفصيل. استخدموا حيود الأشعة السينية (XRD) وتألق الأشعة السينية (XRF) لتحديد المعادن الرئيسية مثل الكوارتز والفلسبارات والكربونات وأنواع الطين المختلفة، ولقياس التركيبة الكيميائية العامة. أظهرت اختبارات الامتصاص الذري أن درجة النحاس كانت منخفضة ولم تكن مؤكسدة بالكامل، بينما كان الذهب موجودًا بكميات أثرية فقط. أوضحت ميكروسكوبات إلكترونية عالية الدقة وخرائط العناصر كيف ارتبطت معادن النحاس بأكاسيد الحديد والطين، وأكدت أن معظم حبيبات الكالكوبيريت كانت محررة بالفعل عند حجم الطحن المستهدف. وجهت هذه الرؤية المعدن على مستوى المعدن اختيار خطوات المعالجة وظروف التشغيل.

ترك الجاذبية تقوم بالفرز الأول

نظرًا لأن بعض الجسيمات كانت أكثر كثافة بكثير من غيرها، جرب الباحثون أولًا طاولة اهتزاز رطبة، جهاز يستخدم سطحًا مائلًا مهتزًا وتدفق ماء لفرز الحبيبات حسب الكثافة. اختبروا نطاقات حجم جسيمات مختلفة ووجدوا أن المادة النسبية الدقيقة (حتى نحو 120 ميكرومتر) أعطت أفضل توازن بين درجة النحاس ونسب الاستخلاص. في هذه المرحلة، أمكن للفصل بالجاذبية وحده استخلاص نحو ثلثي النحاس إلى منتج مثرى معتدل، لكن محتوى النحاس ظل منخفضًا جدًا للاستخدام النهائي. عملت خطوة الجاذبية بشكل أفضل كمرحلة تركيز أولية، فأزالت النفايات الواضحة وقدّمت تيارًا أصغر وأكثر ثراء للمعالجة التالية.

جعل حبيبات النحاس تطفو على فقاعات

المرحلة الثانية اعتمدت على التعويم، حيث تجعل المواد الكيميائية الجسيمات الحاملة للنحاس كارهة للماء بحيث تلتصق بالفقاعات الهوائية وتصعد، بينما تغرق المعادن النفايات. المعادن المؤكسدة للنحاس مثل المالاكيت عادة لا تستجيب جيدًا لجامعات التعويم المعتادة، لذا قام الفريق أولًا «بتكبريت» أسطحها باستخدام هيدروسلفيد الصوديوم. يغلف هذا المعاملة الجسيمات المؤكسدة بطبقة رقيقة تشبه الكبريتيد يمكن لجامعات الزانثات القياسية الإمساك بها. من خلال عشرات الاختبارات ضبط الباحثون حموضة اللب (pH)، ومزيج وكمية الجامعات، وجرعة ونوع عامل التكبريت. أظهرت النتائج أن حموضة معتدلة قلوية عند pH يساوي 9.5، وجرعة جامعات مشتركة نسبية عالية، وهيدروسلفيد الصوديوم بدلاً من كبريتيد الصوديوم أنتجت استجابة أقوى وأكثر قابلية للتحكّم، مما أدى إلى درجات واستخلاصات نحاس عالية.

الضبط الدقيق للحصول على معدن أنظف

بمجرد تحديد أفضل ظروف التقريب، دفع الفريق الأمور إلى الأمام. زيادة تركيز الجامع الكلي عززت الاستخلاص تدريجيًا حتى نحو 500 غرامًا لكل طن من الخام، وبعد ذلك من المرجح أن تتسطح المكاسب أو تدخل كمية كبيرة من المواد غير المرغوبة. بالنسبة لعملية التكبريت، كانت جرعة هيدروسلفيد الصوديوم بمقدار 500 غرام لكل طن نقطة مثالية: القليل جدًا يترك النحاس المؤكسد غير منشط، والكثير جدًا يبدأ بالتدخل في التعويم عبر تغليف السطوح بشكل مفرط. تحت هذه الظروف المحسّنة، حقق التعويم المباشر درجة نحاس تقارب 22.5% مع أكثر من 94% من النحاس المسترد في مركز التركيز الخشن.

دمج الأساليب لاستخدام أفضل للخامات منخفضة الدرجة

بالبداية باستخدام طاولة الاهتزاز لإزالة النفايات السهلة ثم تطبيق التكبريت–التعويم المضبوط بعناية، أنتج الباحثون مركزًا نهائيًا للتنظيف («كلينر») بحوالي 27% نحاس مع الاحتفاظ بحوالي 70% من المعدن الموجود أصلاً في الخام. بالنسبة لترسب منخفض الدرجة غني بالطين ومختلط أكسيد–كبريتيد، هذا نتيجة قوية. ببساطة، تُظهر الدراسة أن الخامات النحاسية الصعبة يمكن تحويلها إلى مادة تغذية مفيدة للمصاهر إذا فهمنا بنيتها المجهرية وجمعنا بذكاء الفرز الفيزيائي مع الكيمياء المصممة. ومع تناقص الترسبات عالية الدرجة، ستكون استراتيجيات من هذا النوع مفتاحية للحفاظ على إمدادات النحاس دون رفع التكاليف أو التأثيرات البيئية بشكل كبير.

الاستشهاد: Sobouti, A., Rezai, B. Optimization of copper recovery from oxide-sulfide ores through gravity separation and flotation techniques. Sci Rep 16, 11970 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42015-y

الكلمات المفتاحية: معالجة خام النحاس, التعويم, فصل بالجاذبية, التكبريت, الخامات منخفضة الدرجة