Оптимизация извлечения меди из оксидно‑сульфидных руд с помощью гравитационного обогащения и флотационных методов

Почему эта история о меди важна

Медь пронизывает почти всё, что питает современную жизнь: от электромобилей и смартфонов до энергосетей и центров обработки данных. При этом многие из легко доступных месторождений уже выработаны, и индустрия вынуждена обращаться к более низкосортным и сложным рудам, которые труднее и дороже перерабатывать. В этом исследовании рассматривается, как эффективнее извлекать медь из одного такого сложного месторождения в Иране, рационально сочетая два классических метода разделения и тонко настраивая химию, благодаря которой частицы меди становятся гидрофобными и всплывают.

Твёрдая порода с крошечными ценными вкраплениями

Исследователи работали с керновыми образцами из района Али Гударз, содержащими в среднем всего около 0,5% меди. Под микроскопом они обнаружили сложную смесь: медь присутствовала как в сульфидной форме (халькопирит), так и в оксидной (малахит), плотно взаимосвязанной с глинами и оксидами железа. Зерна меди были очень мелкими, в основном ниже 74 микрометров, что делает их склонными вести себя в воде как тина. Такое сочетание мелкой дисперсности, липких глин и смешанных типов минералов затрудняет отделение меди от матрицы руды стандартными методами.

Исследование руды зерно за зерном

Чтобы понять, как лучше обрабатывать эту руду, команда сначала подробно картировала её минералогический состав. Они использовали рентгеновскую дифракцию и рентгенофлуоресцентный анализ для идентификации основных минералов, таких как кварц, полевые шпаты, карбонаты и несколько типов глин, а также для измерения общей химии. По данным атомно‑абсорбционных испытаний, содержание меди было низким и лишь частично окисленным, тогда как золото присутствовало лишь в следах. Высокооразрешающие электронные микроскопы и картиры элементов показали, как медные минералы прикреплены к оксидам железа и глинам, и подтвердили, что большинство зерен халькопирита уже освобождено при целевом размере размола. Такой посегментный минералогический анализ направил выбор технологических операций и режимов работы.

Дать гравитации выполнить первичную сортировку

Поскольку некоторые частицы были значительно плотнее других, исследователи сначала испытали влажный встряхивающий стол — устройство со склоном, вибрирующей поверхностью и потоком воды, которое сортирует зерна по плотности. Проверив разные диапазоны размеров частиц, они обнаружили, что относительно тонкий материал (до примерно 120 микрометров) обеспечивает лучшее компромиссное соотношение между содержанием меди и её извлечением. На этом этапе только гравитационное обогащение могло восстановить около двух третей меди в умеренно обогащенный продукт, но содержание меди в нём оставалось слишком низким для конечного использования. Шаг гравитации показал себя лучше как стадия предконцентрации — он удаляет очевидный пустой породу и подаёт меньший, более богатый поток на следующий процесс.

Заставляя зерна меди всплывать на пузырьках

Второй этап опирался на флотацию, при которой химические реагенты делают медесодержащие частицы водоотталкивающими, чтобы те прикреплялись к пузырькам воздуха и всплывали, тогда как пустые минералы тонут. Оксидные минералы меди, такие как малахит, обычно плохо реагируют на стандартные коллекторы, поэтому команда сначала «сульфидировала» их поверхности с помощью гидросульфида натрия. Эта обработка покрывает оксидные зерна тонким слоем, похожим на сульфид, к которому стандартные ксантатные коллекторы лучше прилипают. В ходе десятков испытаний исследователи отрегулировали кислотность пульпы (pH), состав и дозы коллекторов, а также дозу и тип сульфидирующего агента. Они показали, что слегка щелочной pH 9,5, относительно высокая совокупная доза коллекторов и применение гидросульфида натрия вместо сульфида натрия обеспечивают более сильный и управляемый отклик, что даёт высокие показатели по содержанию и извлечению меди.

Тонкая настройка для более чистого металла

Обнаружив лучшие ориентировочные условия, команда пошла дальше. Увеличение общей концентрации коллектора стабильно повышало извлечение до примерно 500 грамм на тонну руды, после чего отдача, вероятно, выравнивается или начинает приносить слишком много нежелательных примесей. Для сульфидирования оптимальной оказалась доза гидросульфида натрия около 500 грамм на тонну: меньшие дозы оставляли оксидную медь неактивированной, тогда как чрезмерные дозы мешали флотации из‑за переодевания поверхностей. При этих оптимизированных условиях прямая флотация дала концентрат с содержанием меди примерно 22,5% при извлечении более 94% меди в грубом концентрате.

Комбинирование методов для лучшего использования низкосортной руды

Сначала удаляя лёгкую пустую породу на встряхивающем столе, а затем применяя тщательно настроенное сульфидирование и флотацию, исследователи получили окончательный очистной концентрат с примерно 27% меди при сохранении около 70% металла, изначально содержащегося в руде. Для такой низкосортной, глинистой, смешанной оксидно‑сульфидной залежи это сильный результат. Проще говоря, исследование демонстрирует, что даже сложные медные руды можно превратить в годовую для плавильных заводов продукцию, если понять их микроструктуру и разумно сочетать физическую сортировку с адаптированной химией. По мере того как высокосортные месторождения иссякают, подобные стратегии станут ключевыми для поддержания поставок меди без резкого роста затрат или ущерба для окружающей среды.

Цитирование: 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

Ключевые слова: переработка медных руд, флотация, гравитационное обогащение, сульфидирование, низкосортные руды