Yerçekimi ayırma ve flotasyon teknikleriyle oksit‑sülfür cevherlerinden bakır geri kazanımının optimize edilmesi

Bu bakır öyküsü neden önemli

Bakır; elektrikli otomobillerden akıllı telefonlara, enerji şebekelerinden veri merkezlerine kadar modern yaşamı güçlendiren neredeyse her şeyin içinde yer alır. Ancak en kolay erişilen bakır yatakları çoğunlukla işletildiğinden, sektör artık işlenmesi daha zor ve maliyeti yüksek düşük tenörlü, daha karmaşık cevherlere yönelmek zorunda kaldı. Bu çalışma, İran’daki zorlu bir yataktan bakırı daha verimli çıkarabilmek için iki klasik ayırma yöntemini akıllıca birleştirmeyi ve bakır parçacıklarının yüzdürülmesini sağlayan kimyayı ince ayar yaparak optimize etmeyi araştırıyor.

İnce değerli parçacıklarla zor bir taş

Araştırmacılar, toplamda yalnızca yaklaşık yarım yüzde civarında bakır içeren Ali Goodarz bakır bölgesinden alınan sondaj kırığı örnekleri üzerinde çalıştı. Mikroskop altında karmaşık bir karışım gözlendi: bakır hem sülfür minerali (kalkopirit) hem de oksit minerali (malakit) olarak bulunuyor ve kil ile demir oksitlerle sıkıca iç içe geçmiş durumda. Bakır taneleri çok inceydi, çoğunlukla 74 mikrometrenin altında, bu da suda kolayca çamur davranışı gösterdikleri anlamına geliyor. İnce taneli yapı, yapışkan killer ve karışık mineral türlerinin bir arada bulunması, bakırı çevreleyen kayadan standart yöntemlerle ayırmayı zorlaştırıyor.

Cevheri tane tane incelemek

Bu cevheri en iyi nasıl işleyeceklerini anlamak için ekip önce mineral bileşimini ayrıntılı şekilde haritaladı. Kuvars, feldispatlar, karbonatlar ve çeşitli kil türleri gibi başlıca mineralleri tanımlamak ve genel kimyayı ölçmek için X‑ışını kırınımı ve X‑ışını floresans kullandılar. Atomik absorbsiyon testleri, bakırın düşük tenörlü ve yalnızca kısmen oksitlenmiş olduğunu, altının ise yalnızca çok küçük izler halinde bulunduğunu gösterdi. Yüksek çözünürlüklü elektron mikroskopları ve element haritaları, bakır minerallerinin demir oksitlere ve killere nasıl bağlandığını ortaya koydu ve hedef öğütme boyutunda çoğu kalkopirit tanesinin serbest olduğunu doğruladı. Bu mineral‑mineral bakış, işlem adımları ve işletme koşullarının seçimini yönlendirdi.

İlk ayırmada yerçekimine izin vermek

Bazı parçacıklar diğerlerine göre çok daha yoğun olduğundan araştırmacılar önce eğimli, titreşimli bir yüzey ve akan su kullanarak tane yoğunluğuna göre ayırma yapan ıslak çalkalama tablasını denedi. Farklı tane boyutu aralıkları test edildi ve nispeten ince malzeme (yaklaşık 120 mikrometreye kadar) bakır tenörü ile geri kazanım arasında en iyi uzlaşmayı sağladı. Bu aşamada yerçekimi ayırma tek başına bakırın yaklaşık üçte ikisini makul derecede zenginleştirilmiş bir ürüne geri kazanabiliyordu, ancak bakır içeriği nihai kullanım için hâlâ çok düşüktü. Yerçekimi adımı, belirgin atıkları uzaklaştıran ve daha küçük, daha zengin bir akışı sonraki işleme besleyen bir ön konsantrasyon aşaması olarak daha iyi çalıştı.

Bakır tanelerini kabarcıkların üzerine yüzdürmek

İkinci aşama, kimyasalların bakır içeren parçacıkları suya karşı itici hale getirip hava kabarcıklarına tutunmalarını ve yükselmelerini sağladığı flotasyona dayanıyordu; atık mineraller ise çöker. Malakit gibi oksit bakır mineralleri genellikle yaygın kolektörlere iyi yanıt vermez, bu yüzden ekip önce yüzeylerini sodyum hidroksülfürür (sodium hydrosulfide) kullanarak “sülfide” hale getirdi. Bu işlem oksit tanelerini, standart ksantat kolektörlerinin tutunabileceği ince bir sülfür benzeri tabakayla kapladı. Onlarca test aracılığıyla ekip, şlamın asiditesini (pH), kolektör karışımı ve miktarını ile sülfidasyon maddesinin dozunu ve tipini ayarladı. Hafif alkali bir pH olan 9.5, nispeten yüksek birleşik kolektör dozu ve sodyum hidroksülfürürün (sodyum sülfür yerine) kullanımı daha güçlü ve kontrol edilebilir bir yanıt vererek yüksek bakır tenörleri ve geri kazanımlar sağladı.

Daha temiz metal için ince ayar

En iyi kaba koşullar belirlendikten sonra ekip daha da ileri gitti. Toplam kolektör konsantrasyonunun artırılması, geri kazanımı ton başına 500 grama kadar istikrarlı şekilde yükseltti; bu değerin ötesinde getiriler muhtemelen düzlenecek veya çok fazla istenmeyen madde getirecekti. Sülfidasyon için ton başına 500 gram sodyum hidroksülfürür dozu ideal nokta olarak ortaya çıktı: az olması oksit bakırın aktive edilmeden kalmasına, çok fazla olması ise yüzeyleri aşırı kaplayarak flotasyonu bozmasına yol açıyordu. Bu optimize edilmiş koşullar altında doğrudan flotasyon, kaba konsantrede yaklaşık %22,5 bakır tenörü ve bakırın %94’ten fazlasının geri kazanılması sonucunu verdi.

Düşük tenörlü cevheri daha iyi kullanmak için yöntemleri birleştirmek

Önce çalkalama tablasının kullanılarak kolay atıkların uzaklaştırılması ve ardından dikkatle ayarlanmış sülfidasyon–flotasyonun uygulanmasıyla araştırmacılar, nihai temizleme (“cleaner”) konsantresinde yaklaşık %27 bakır elde ederken başlangıçtaki metalin yaklaşık %70’ini korudular. Bu kadar düşük tenörlü, kil açısından zengin ve karışık oksit–sülfür yatak için bu güçlü bir sonuç. Basitçe ifade etmek gerekirse, çalışma mikroskobik yapıyı anlayıp fiziksel sınıflandırmayı özel kimyayla düşünceli şekilde birleştirirsek zorlu bakır cevherlerinin bile ergitme tesislerine uygun beslemeye dönüştürülebileceğini gösteriyor. Yüksek tenörlü yataklar azaldıkça, bu tür stratejiler bakır arzını maliyetleri veya çevresel etkileri dramatik şekilde artırmadan sürdürmede anahtar olacak.

Atıf: 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

Anahtar kelimeler: bakır cevheri işleme, flotasyon, yerçekimi ayırma, sülfidasyon, düşük tenörlü cevherler