Optimering av kopparåtervinning från oxidsulfidmalmer med gravitationsseparation och flotationsmetoder

Varför denna kopparberättelse är viktig

Koppar finns i nästan allt som driver det moderna livet, från elbilar och smarttelefoner till elnät och datacenter. Många av de lättillgängliga kopparfyndigheterna är dock redan exploaterade, vilket tvingar branschen att vända sig till lågvärdiga och mer komplicerade malmer som är svårare och dyrare att bearbeta. Denna studie undersöker hur man kan utvinna koppar mer effektivt från en sådan svår malm i Iran genom att smart kombinera två klassiska separationsmetoder och finjustera den kemi som gör kopparpartiklar flotterbara.

En hård sten med små värdefulla partiklar

Forskarna arbetade med borrkärneprover från Ali Goodarz-kopparområdet, som innehöll bara omkring en halv procent koppar totalt. Under mikroskopet fann de en komplicerad blandning: koppar förekom både som sulfider (chalcopyrit) och som oxider (malakit), alla tätt intergrowna med lermineral och järnoxider. Kopparkornen var mycket fina, mest under 74 mikrometer, vilket betyder att de lätt beter sig som slam i vatten. Denna kombination av fin kornstorlek, klibbiga lerdelar och blandade mineraltyper gör det svårt att separera koppar från omgivande berg med standardmetoder.

Att titta in i malmen korn för korn

För att förstå hur malmen bäst skulle behandlas kartlade teamet först dess mineralogi i detalj. De använde röntgendiffraktion och röntgenfluorescens för att identifiera huvudsakliga mineral som kvarts, fältspat, karbonater och flera lertyper, samt för att mäta den övergripande kemin. Atomabsorptionsprov visade att kopparhalten var låg och endast delvis oxiderad, medan guld fanns endast i mycket små spårmängder. Höghögupplösta elektronmikroskop och elementkartor visade hur kopparmineral var bundna till järnoxider och lera, och bekräftade att de flesta chalcopyritkorn redan var frigjorda vid målkvarningsstorleken. Denna mineral-för-mineral-bild vägledde valet av bearbetningssteg och driftförhållanden.

Låta gravitationen göra första sorteringen

Där några partiklar var mycket tätare än andra provade forskarna först en våt skakbänk, en anordning som använder en sluttande, vibrerande yta och rinnande vatten för att sortera korn efter densitet. De testade olika kornstorleksintervall och fann att relativt fin material (ner till omkring 120 mikrometer) gav den bästa kompromissen mellan kopparhalt och återvinning. I detta steg kunde gravitationsseparationen ensam återvinna omkring två tredjedelar av kopparen till en måttligt berikad produkt, men kopparhalten var fortfarande för låg för slutlig användning. Gravitationssteget fungerade bättre som ett förkoncentreringssteg, som avlägsnade uppenbart avfall och levererade en mindre, rikare ström till nästa process.

Få kopparkorn att flyta på bubblor

Andra steget förlitade sig på flotation, där kemikalier gör kopparbärande partiklar vattenavstötande så att de kan fästa vid luftbubblor och stiga, medan avfallsmineral sjunker. Oxidiska kopparmineral som malakit svarar normalt dåligt på vanliga kollektor, så teamet sulfidiserade först deras ytor med natriumhydrosulfid. Denna behandling täcker oxidekorn med ett tunt sulfidlika skikt som standardxantatokkolektorer kan fästa vid. Genom dussintals tester justerade forskarna pulpans surhetsgrad (pH), blandningen och mängden kollektor samt dosen och typen av sulfidiseringsmedel. De visade att ett lätt alkalisk pH på 9,5, en relativt hög kombinerad kollektor­dos och natriumhydrosulfid istället för natriumsulfid gav en starkare, mer kontrollerbar respons, vilket resulterade i höga kopparhalter och god återvinning.

Finjustering för renare metall

När de bästa grova förhållandena var kända gick teamet vidare. Ökad total kollektor­koncentration ökade återvinningen stadigt upp till 500 gram per ton malm, därefter skulle avkastningen sannolikt avtrappas eller föra in för mycket oönskat material. För sulfidation visade sig en dos på 500 gram natriumhydrosulfid per ton vara en balanspunkt: för lite lämnade oxidkoppar oaktiverad, medan för mycket började störa flotationen genom att överbelägga ytor. Under dessa optimerade förhållanden nådde direkt flotation en kopparhalt på cirka 22,5 % med mer än 94 % av kopparen återvunnen till rougherkoncentratet.

Kombinera metoder för bättre utnyttjande av lågvärdiga malmer

Genom att först använda skakbänken för att avlägsna lätt avfall och sedan applicera noggrant avstämda sulfidation–flotationsteg producerade forskarna ett slutligt renframställningskoncentrat ("cleaner") med omkring 27 % koppar samtidigt som ungefär 70 % av metallen ursprungligen i malmen behölls. För en så lågvärdig, ler‑rik och blandad oxidsulfidfyndighet är detta ett starkt resultat. Kort sagt visar studien att även utmanande kopparmalmer kan omvandlas till användbart anrikningsmaterial för smältverk om man förstår deras mikroskopiska struktur och omsorgsfullt kombinerar fysisk sortering med skräddarsydd kemi. När höggradiga fyndigheter minskar kommer strategier som denna vara avgörande för att hålla kopparförsörjningen flödande utan att dramatiskt öka kostnader eller miljöpåverkan.

Citering: 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

Nyckelord: kopparmalmsbearbetning, flotation, gravitationsseparation, sulfidation, lågvärdiga malmer