מִיטוּב השבת נחושת מפי סלעים תחמוצתיים–גופרתיים באמצעות הפרדה כבידתית וטכניקות ציפוי קצף

מדוע סיפור הנחושת הזה חשוב

נחושת משולבת כמעט בכל מה שמניע את החיים המודרניים — ממכוניות חשמליות וסמארטפונים ועד רשתות חשמל ומרכזי נתונים. עם זאת, מקורות הנחושת הקלים יותר כבר נחצבו ברובם, מה שמאלץ את התעשייה לפנות לעפרות בדירוג נמוך ומסובכות יותר, שקשה ויקר יותר לעבדן. המחקר הזה בוחן כיצד להפיק נחושת בצורה יעילה יותר מאחת מהעפרות הקשות האלה באיראן, על ידי שילוב חכם של שתי שיטות הפרדה קלאסיות וכיול הכימיה שמאפשרת לחלקיקי נחושת לצוף.

סלע קשה עם גרגירים בעלי ערך קטנטנים

החוקרים עבדו עם דגימות ליבת קידוח מאזור נחושת עלי גודארז, שהכילו בסך הכל כ־חצי אחוז נחושת בלבד. תחת המיקרוסקופ נמצא תערובת מסובכת: הנחושת הופיעה הן כמינרל גופרתני (חלפופיריט) והן כמינרל תחמוצתי (מלאכית), הכל משולב בצפיפות עם חמרים וחמצני ברזל. גרגירי הנחושת היו דקים מאוד, ברובם מתחת ל־74 מיקרומטר, כלומר הם נוטים להתנהג כטין במים. השילוב של גודל דק, חמרים דביקים וסוגי מינרלים מעורבים מקשה על הפרדת הנחושת מהסלע באמצעות שיטות סטנדרטיות.

הסתכלות פנימה לפי גרגיר

כדי להבין כיצד לטפל בעפרה בצורה הטובה ביותר, הקבוצה מיפתה קודם כל את הרכב המינרלים בפרטים. הם השתמשו בדיפרקציית קרני רנטגן (XRD) ובהארת פלואורסציית רנטגן (XRF) כדי לזהות מינרלים עיקריים כמו קוורץ, פלדספאטים, פחמימנים ומספר סוגי חמרים, ולמדוד את הכימיה הכללית. בדיקות בליעה אטומית הראו שנחושת הדגימות בדירוג נמוך ורק חלקית מחומצנת, בעוד הזהב נמצא רק בשרידים קטנטנים. מיקרוסקופים אלקטרוניים ברזולוציה גבוהה ומפות יסוד הראו כיצד מינרלי הנחושת קשורים לחמצני ברזל ולחמרים, ואישרו שרוב גרגירי החלפופיריט כבר היו חופשיים בגודל הטחינה המיועד. התצפית המינרלוגית הזו הנחתה את בחירת שלבי העיבוד ותנאי הפעולה.

נתינת תפקיד ראשון לכבידה

מכיוון שחלק מהגרגירים היו צפופים הרבה יותר מאחרים, החוקרים ניסו תחילה שולחן רועד רטוב, מתקן המשתמש במשטח נטוי רוטט ומים זורמים למיון גרגירים לפי צפיפות. הם בדקו טווחי גודל חלקיקים שונים ומצאו שהחומר הדי יחסית (עד כ־120 מיקרומטר) סיפק את הפשרה הטובה ביותר בין דירוג הנחושת לשיחזור. בשלב זה, ההפרדה הכבידתית לבדה הצליחה להחזיר כשלש חמישים מהנחושת לתוצר מועשר מתון, אך תכולת הנחושת הייתה עדיין נמוכה מדי לשימוש סופי. שלב הכבידה עבד טוב יותר כשלב פירוק־ריכוז מוקדם, שהוציא פסולות ברורות והזין זרם קטן ועשיר יותר לתהליך הבא.

להפוך את גרגירי הנחושת לצפים על בועות

השלב השני התבסס על ציפוי קצף, שבו כימיקלים הופכים חלקיקים נשאי‑נחושת הידרופוביים כדי שיוכלו להידבק לבועות אוויר ולעלות, בעוד המינרלים הפסולת שוקעים. מינרלים תחמוצתיים של נחושת כמו מלאכית בדרך כלל אינם מגיבים היטב לאוספים הרגילים, לכן הצוות קודם כל "סולפד" את פני השטח שלהם באמצעות הידרו‑סולפיד נתרן. הטיפול הזה מצפה את הגרגירים בשכבת סוג־סולפיד דקה שאוספי קסנטאט סטנדרטיים יכולים לתפוס. באמצעות עשרות ניסויים כיוונו החוקרים את חומציות המשחה (pH), את תמהיל וכמות האוספים, וכן את המינון והסוג של סוכן הסולפידציה. הם הראו שפאזה קלה־בסיסית של pH 9.5, מינון משולב של אוספים יחסית גבוה, והשתמשות בהידרו‑סולפיד נתרן במקום בסולפיד נתרן יצרו תגובה חזקה ובעלת שליטה טובה יותר, שהביאה לדירוגי נחושת ושיחזורים גבוהים.

כיול עדין להברקת המתכת

לאחר שקבעו את תנאי הגולמיים הטובים ביותר, הצוות דחק עוד יותר. העלאת ריכוז האוספים הכולל הגדילה בהדרגה את השיחזור עד כ־500 גרם לטון עפרה, מעבר לכך התשואה צפויה להשאר שטוחה או להכניס חומר בלתי רצוי רב מדי. לגבי הסולפידציה, מינון של 500 גרם הידרו‑סולפיד נתרן לטון התברר כנקודת איזון: מעט מדי השאיר נחושת תחמוצתית לא מופעלת, בעוד רב מדי התחיל להפריע לציפוי על‑ידי כיסוי יתר של הפנים. בתנאים האופטימיים הללו, הציפוי הישיר השיג דירוג נחושת של כ־22.5% עם יותר מ־94% מהנחושת שהושבה לריכוז הגולמי (rougher).

שילוב שיטות לשימוש טוב יותר בעפרות בדירוג נמוך

על ידי שימוש תחילה בשולחן הרועד להסרת פסולת קלה ולאחר מכן שימוש בסולפידציה–ציפוי כייל בקפידה, הצליחו החוקרים לייצר ריכוז "נקי" סופי עם כ־27% נחושת ובמקביל לשמור על כ־70% מהמתכת שהייתה בעפרה המקורית. עבור משקע בדירוג נמוך, עשיר בחמרים ומעורב תחמצנתי–גופרתני כזה, זהו הישג משמעותי. במילים פשוטות, המחקר מראה שגם עפרות נחושת מאתגרות ניתן להפוך לתוצר שימושי למחצרות אם מבינים את המבנה המיקרוסקופי שלהן ומשלבים בתבונה מיון פיזיקלי עם כימיה מותאמת. כשמאגרי הדירוג הגבוה פוחתים, אסטרטגיות כאלה יהיו מפתח לשמירה על אספקת נחושת מבלי להגביר באופן דרמטי עלויות או השפעות סביבתיות.

ציטוט: 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

מילות מפתח: עיבוד עפרות נחושת, ציפוי קצף, הפרדה כבידתית, סולפידציה, עפרות בדירוג נמוך