Ottimizzazione del recupero del rame da minerali ossido‑solfuro mediante separazione per gravità e tecniche di flottazione

Perché questa storia del rame è importante

Il rame è presente in quasi tutto ciò che alimenta la vita moderna, dalle auto elettriche e dagli smartphone alle reti elettriche e ai data center. Tuttavia, molti dei depositi più semplici da sfruttare sono già stati minati, costringendo l’industria a rivolgersi a minerali di qualità inferiore e più complessi, più difficili e costosi da trattare. Questo studio esplora come estrarre il rame in modo più efficiente da uno di questi giacimenti difficili in Iran, combinando con intelligenza due metodi classici di separazione e ottimizzando la chimica che consente ai grani di rame di galleggiare.

Una roccia difficile con piccole spezie di valore

I ricercatori hanno lavorato su campioni di carote di perforazione dell’area rameifera di Ali Goodarz, contenenti complessivamente circa mezzo percento di rame. Al microscopio hanno trovato una miscela complessa: il rame si presentava sia come minerale solfuro (calcopirite) sia come minerale ossido (malachite), il tutto fortemente intercalato con argille e ossidi di ferro. I grani di rame erano molto fini, per lo più sotto i 74 micrometri, il che li porta facilmente a comportarsi come fango in acqua. Questa combinazione di dimensioni ridotte, argille adesive e tipi minerali misti rende difficile separare il rame dalla roccia circostante con metodi standard.

Analizzare il minerale grano per grano

Per capire come trattare al meglio questo minerale, il team ha prima mappato nel dettaglio la sua composizione mineralogica. Hanno usato diffrazione a raggi X e fluorescenza a raggi X per identificare minerali principali come quarzo, feldspati, carbonati e diversi tipi di argilla, e per misurare la chimica complessiva. Test di assorbimento atomico hanno mostrato che il rame era a basso tenore e solo parzialmente ossidato, mentre l’oro era presente solo in tracce minime. Microscopi elettronici ad alta risoluzione e mappe elementari hanno rivelato come i minerali di rame fossero associati a ossidi di ferro e argille, e hanno confermato che la maggior parte dei grani di calcopirite era già liberata alla dimensione di macinazione target. Questa visione minerale per minerale ha guidato la scelta delle fasi di processo e delle condizioni operative.

Lasciare che sia la gravità a fare il primo smistamento

Poiché alcune particelle erano molto più dense di altre, i ricercatori hanno prima provato una tavola vibrante bagnata, un dispositivo che usa una superficie inclinata e vibrante e acqua corrente per separare i grani in base alla densità. Hanno testato diverse classi di dimensione e hanno trovato che il materiale relativamente fine (fino a circa 120 micrometri) offriva il miglior compromesso tra tenore di rame e recupero. In questa fase, la separazione per gravità da sola poteva recuperare circa due terzi del rame in un prodotto moderatamente arricchito, ma il contenuto di rame era ancora troppo basso per l’uso finale. Il passaggio per gravità ha funzionato meglio come stadio di preconcentrazione, rimuovendo gli scarti evidenti e alimentando un flusso più piccolo e più ricco al processo successivo.

Far galleggiare i grani di rame sulle bolle

La seconda fase si è basata sulla flottazione, in cui sostanze chimiche rendono le particelle contenenti rame idrofobe in modo che possano attaccarsi alle bolle d’aria e risalire, mentre i minerali di scarto affondano. I minerali ossidati di rame come la malachite normalmente non rispondono bene ai collettori usuali, quindi il team ha prima «sulfurato» le loro superfici usando idrosolfuro di sodio. Questo trattamento riveste i grani ossidati con un sottile strato di tipo solfuro che i collettori xantati standard possono agganciare. Attraverso dozzine di prove, i ricercatori hanno aggiustato l’acidità della polpa (pH), la miscela e la quantità di collettori, e la dose e il tipo di agente di sulfurazione. Hanno mostrato che un pH leggermente alcalino di 9,5, una dose combinata di collettore relativamente elevata e l’idrosolfuro di sodio invece del solfuro di sodio producevano una risposta più forte e più controllabile, dando alti tenori e recuperi di rame.

Affinare per un metallo più pulito

Una volta note le migliori condizioni di base, il team ha approfondito ulteriormente. L’aumento della concentrazione totale di collettore ha incrementato costantemente il recupero fino a 500 grammi per tonnellata di minerale, oltre il quale i ritorni probabilmente si appiattivano o introducevano troppo materiale indesiderato. Per la sulfurazione, una dose di idrosolfuro di sodio di 500 grammi per tonnellata si è rivelata il punto ottimale: troppo poco lasciava il rame ossidato non attivato, mentre troppo cominciava a interferire con la flottazione sovracoprendo le superfici. In queste condizioni ottimizzate, la flottazione diretta ha raggiunto un tenore di rame di circa il 22,5% con oltre il 94% del rame recuperato nel concentrato grezzo.

Combinare i metodi per un migliore uso di minerali a basso tenore

Utilizzando prima la tavola vibrante per rimuovere gli scarti facili e poi applicando una sulfurazione‑flottazione accuratamente tarata, i ricercatori hanno prodotto un concentrato di rifinitura («cleaner») finale con circa il 27% di rame mantenendo comunque circa il 70% del metallo inizialmente presente nel minerale. Per un giacimento così a basso tenore, ricco di argille e misto ossido‑solfuro, questo è un risultato significativo. In termini semplici, lo studio mostra che anche i minerali di rame più impegnativi possono diventare materie prime utili per le fonderie se si comprende la loro struttura microscopica e si combinano con cura la selezione fisica con una chimica mirata. Con l’esaurirsi dei depositi ad alto tenore, strategie di questo tipo saranno fondamentali per mantenere l’approvvigionamento di rame senza aumentare drasticamente i costi o gli impatti ambientali.

Citazione: 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

Parole chiave: lavorazione minerale del rame, flottazione, separazione per gravità, sulfurazione, minerali a basso tenore