بررسی کانی شناسی کانسار مس اکسیده خاش از دیدگاه لیچینگ
| دسته | کانه آرایی |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین |
| نویسنده | میرزاآقا محمدی سید عباس فاضلی، فتح الله مصوری |
| تاريخ برگزاری | ۰۹ اسفند ۱۳۸۴ |
چکیده
سنگ میزبان کانسار مس خاش از نوع بازالتى بوده که در اکثر موارد دچار دگرسانى شدیدى شده است. بررسیهاى XRD و میکروسکوپى نشان داد که نمونه حاوى فاز آمورف (شیشه) به همراه کانیهاى پلاژیوکلاز، کوارتز، کانیهاى آبدار آهن، سریسیت ، کلریت، زئولیت، تالک، کانیهاى رسى، پیروکسن و کانیهاى منگنزدار مى باشد. کانى سازى مس در آن بصورت مالاکیت و کمى آزوریت و مقدار خیلى کم مس آزاد بیشتر در درز و شکاف و خل و فرج رخ داده است . طبق نتایج آنالیز جذب اتمی‘ نمونه در سطح اطمینان ۹۵ درصد حاوى ۰۶/۰±۹۳/۴ مس بوده که از این مقدار تنها ۶۶/۳ درصد آن بصورت مس آزاد بوده و جهت انحلال کامل نیاز به محیط اکسنده داشته و ۲۳/۸۵ درصد آن بصورت مالاکیت و آزوریت و قابل انحلال در اسید و ۱۱/۱۱ درصد آن بصورت مس مقاوم و غیر قابل انحلال و یا پس از انحلال توسط کانیهاى دیگر از جمله لامونتیت و بافت متخلخل سنگ جذب مى‌گردد. با توجه به آلتراسیون شدید و وجود کانیهاى مصرف کننده اسید مثل اکسیدهاى آهن آبدار، کلریت ، سریسیت و کانیهاى جاذب اسید مثل تالک، زئولیت و کانیهاى رسى و همچنین تخلخل بالاى سنگ میزبان پیش بینى مى شود که در فرآیند صنعتى لیچینگ این کانسار مصرف اسید بالا باشد و همچنین بعلت وجود کانى کلریت مصرف اسید با افزایش غلظت آن افزایش یابد.
کلمات کلیدى: مس اکسیده – لیچینگ- کانیهاى مصرف کننده اسید- کانیهاى جاذب اسید- لیچینگ تشخیصى
Abstract
The Khash Copper deposit is hosted by strongly altered basaltic rock. XRD and optical microscopic studies have shown that the sample contains amorphous phase accompanied by plagioclase, quartz, hydrated iron oxide, sericite, chlorite, zeolite, talc, clay minerals, pyroxene and Mn-bearing minerals. Copper mineralization occurs as malachite and minor azurite with a little native copper in cracks, fissures and pores. AAS results indicated ۴.۹۳±۰.۶ % Cu at ۹۵ % confidence level out of which ۳.۶۶ % was native copper that is soluble in sulfuric acid under oxidizing conditions; ۸۵.۲۳ % is present as malachite and azurite soluble in sulfuric acid ; ۱۱.۱۱ % is refractory copper or possibly copper adsorbed after leaching by laumontite and/or retained by the porous texture. In view of the strong alteration and acid consuming minerals such as hydrated iron oxide, chlorite, sericite and acid adsorbing minerals like, talc, zeolite and clays as well as the porosity of the ore, it is anticipated that the acid consumption in leaching operation will be high. Furthermore, due to the presence of chlorite, acid consumption would rise with increasing acid concentration.
Key words: Copper oxide ore, leaching, acid consuming minerals, acid adsorbing minerals, diagnostic leaching.
مقدمه
کانسار مس خاش اکسیده در 117 کیلومتری جنوب زاهدان قرار دارد. بعلت اکسیده بودن ارجح ترین روش فرآوری این نوع کانسارها روش لیچینگ می باشد[1،2،3]. اما انتخاب روش لیچینگ، عامل لیچینگ و ارزیابی و پیش بینی عملکرد و رفتار کانسنگ در لیچینگ منوط به شناسایی درست و دقیق نمونه است[4،5]. این امر باعث جلوگیری از اتلاف وقت و سرمایه در انجام پروژه علمی و کاربردی خواهد شد. شناسایی نمونه شامل شناخت کانیهای مس ، تعیین مقدار مس کلی و مس قابل انحلال ‘ کانیهای مصرف کننده و جاذب اسید و دیگر کانیهای گانک می باشد. در این تحقیق به بررسی کانی شناسی کانسار فوق از این دیدگاه پرداخته می شود.
بحث
تعیین کانیهای اصلی بوسیله XRD
جهت شناسایی کانیهای اصلی موجود در نمونه ها از آنالیز XRD استفاده گردید.برای این منظور از دستگاه XRD مدل D4 Endeavor ساخت شرکت Bruker آلمان استفاده شد. آستانه تشخیص (Detection limit) این دستگاه در حدود پنج درصد کانی می‌باشد. نتایج XRD برای نمونه به ترتیب فراوانی آن به شرح جدول (1) می باشد.
نکته‌ای که باید به آن اشاره کرد این است، با وجود مشاهده کانی مالاکیت و در مواردی آزوریت در نمونه‌های دستی همچنین مقدار بالای 5 درصد مس (معادل بالای 10 درصد مالاکیت ) در نمونه‘ در نتایج XRD کانیهای مس گزارش نشده‌اند. شاید علت آن آمورف یا کریپتوکریسستالین بودن مالاکیت باشد. علت دیگری که برای آن می‌توان تصور کرد وجود مس در فازهای دیگری مثل مس آزاد یا سولفیدی یا کانیهای اکسیدی دیگر باشد. بنابراین استفاده از روشهای دیگر(مطالعات میکروسکوپی) جهت شناسایی کانیهای موجود ضروری به نظر می رسد.
تعیین ترکیب شیمیایی بوسیله XRF
جهت تعیین ترکیب شیمیایی نمونه (اکسید عناصر اصلی) از XRF استفاده گردید. برای این منظور از دستگاه XRF مدل S4 Explorer ساخت شرکت Bruker آلمان که مخصوص اندازه گیری عناصـــــر اصلی می باشد استفاده شد. نتایج XRF برای نمونه 6 نمونه مختلف برداشت شده به شرح جدول(2) می باشد. میانگین درصد CuO در آن 73/5 درصد معادل 58/4 مس می‌باشد.
تعیین عیار متوسط مس در نمونه مخلوط به وسیله جذب اتمی
برای تعیین عیار دقیق مس در نمونه ها از روش جذب اتمی استفاده شده است. نتایج آنالیز 13 نمونه برای سریهای مختلف آزمایش نشان داد که نمونه در سطح اطمینان 95 درصد حاوی 06/0±93/4 درصد مس می باشد( جدول(3)).
مطالعات میکروسکوپی
سنگ میزبان
نوع سنگ میزبان از دیدگاه بازیابی مس و بخصوص مصرف اسید حائز اهمیت هستند و در پیش بینی پتانسیل مصرف اسید‘ مهندس فرآیند را یاری می‌کند. سنگ میزبان کانسار اکسیدی مس خاش بازالتی(تصویر(1) بوده که در اکثر موارد دچار دگرسانی شدیدی شده و به سنگ سیلیسی و سیلیسی- سریسیتی(تصویر(2)) تبدیل شده است. از ویژگی‌های شاخص سنگهای سیلیسی بدون سریسیت تخلخل بسیار بالایی با بافت اسفنجی است(تصویر(3)). عموما مصرف اسید در سنگهای بازالتی واقع در زونهای آلتراسیون شدید در حدود kg/ton 65 کانسنگ می‌باشد. در صورت آلتراسیون شدیدتر این مقدار افزایش خواهد یافت.
کانیهای مس
کانی سازی مس در سنگ میزبان کانسار مس اکسیده خاش اساسا شامل مالاکیت و مقادیر کمتری آزوریت می باشد که درز و شکاف و حفره‌های موجود در سنگ را پر کرده یا بصورت پوششی سطوح آنها را در بر گرفته است(تصویر(4)) ضخامت رگچه‌ها از کمتر از 1 میلیمتر تا چند ده میلیمتر متغیر است. مقدار کمی مس آزاد نیز در مقاطع مورد بررسی مشاهده شده است.
کانیهای آهن دار
کانیهای آهن آبدار شامل لیمونیت و گوتیت در اکثر نمونه به وفور دیده می‌شوند(تصویر(4)). نتایج XRF نیز نشان از وجود 68/12 درصد Fe2O3 در نمونه دارد. این کانیها در اسید حل می‌شوند. این عمل علاوه بر اینکه مصرف اسید را بالا می‌برد باعث انتقال یونهای آهن به محلول لیچ شده و باعث مشکلاتی در بازیابی مس از محلول می‌شوند[2،3].
کانیهای رسی و محصولات آلتراسیون
کانیهای رسی (اسمکتیت)‘ تالک‘ کلریت‘ سریسیت و یا زئولیت به وفور در مقاطع مشاهده می‌شود. لمس چرب نمونه های دستی وجود این کانیها را تایید می کند. کلریت مصرف کننده اسید می‌باشد و مقدار آن بستگی به غلظت اسید دارد. کانی سریسیت نیز مصرف کننده اسید بوده ولی کانیهای تالک ‘ اسمکتیت و زئولیت بشدت اسید را جذب می‌کنند[4،5].
کوارتز
کانی کوارتز بصورت ریزدانه با بافت موزاییکی(شکل(3)) در زمینه سنگ و یا بصورت درشت در دیواره حفره‌ها(شکل(4)) بخشی اعظمی از سنگ میزبان را تشکیل می‌دهد. این کانی از دیدگاه لیچینگ اهمیت خاصی ندارد‘ ولی وجود آن باعث افزایش سایش فلز در تجهیزات درگیر مثل سنگ شکنها‘ آسیاها‘ پمپها و غیره شده و هزینه عملیاتی را افزایش خواهد داد.
کانیهای حاوی منگنز
در بعضی از مقاطع کانی های منگنز دار مثل پسیلوملان و پیرولوزیت دیده می‌شود(شکل(5)). نتایج XRF نیز موید وجود کانیهای منگنز در نمونه است. انحلال این کانیهای باعث انتقال یونهای منگنز به محلول لیچ می‌شود. وجود این یونها باعث اکسیداسیون حلال آلی در مرحله استخراج حلالی می‌شود[3].
سایر کانیها
در مقاطع مطالعه شده کانیهای پلاژیوکلاز به وفور دیده می‌شود. این کانی در دراز مدت مصرف کننده اسید می‌باشد ولی از طرف دیگر در اثر رسوب محصولات بدست آمده از انحلال آن باعث تولید مجدد اسید نیز می‌شود[5]. کانیهای پیروکسن(اوژیت) الیوین نیز در بعضی از مقاطع مشاهده شده اند(تصویر(1).
قابلیت انحلال
برای ارزیابی انحلال و همچنین تعیین ترکیب کانی شناسی عنصر مس در نمونه می بایست آزمایشهای لیچینگ تشخیصی (Diagnostic leaching) انجام شود[4،5]. در این آزمایشها ابتدا نمونه نماینده با دانه بندی زیر 200 مش در اسید سولفوریک 5 درصد با درصد جامد 20 درصد طی زمان یک ساعت حل می‌شود. بعد از فیلتراسیون و خشک کردن جامد باقیمانده با سیانور 5 درصد و مشابه حالت قبل تحت عمل لیچینگ قرار می‌گیرد.
کانیهای مالاکیت ‘ آزوریت‘ کریزوکلا‘ بورکانتیت‘ تنوریت ‘ 20 درصد مس آزاد و 50 درصد کوپریت در اسید سولفوریک حل می‌شود. این در حالی است که کانیهای سولفیدی کالکوسیت‘ کوولیت ‘ 80 درصد بورنیت و 100 درصد مس آزاد و کوپریت در سیانور حل می‌گردد[4،5].
با توجه به نتایج جدول (4) می‌توان نتیجه گرفت که 96/85 درصد مس در اسید حل شده و سنیتیک انحلال بالایی دارد و در شرایط معمول لیچینگ به راحتی حل می‌شوند. 93/2 درصد آن در سیانور حل شده و سنتیک انحلال پایین داشته و جهت انحلال نیاز به محیط اکسنده و زمان طولانی دارد. مابقی 11/11 در صد آن در شرایط معمول لیچینگ مس غیر قابل انحلال و در ساختار رس و کانیهای آهندار بوده و به عنوان مس مقاوم (refractory) نامیده می‌شود. بنابراین با در نظر گرفتن نتایج میکروسکوپی که نشان می داد مس به صورت آزوریت و مالاکیت و خیلی کم بصورت مس آزاد می‌باشد می‌توان نتیجه گرفت از متوسط 93/4 درصد مس موجود در نمونه 66/3 (93/2 تقسیم بر 8/0) آن بصورت مس آزاد و 23/85 درصد آن بصورت مالاکیت و آزوریت می‌باشد.
نتیجه گیری
1- سنگ میزبان کانسار فوق سنگ بازالتی بوده و دچار آلتراسیون شدیدی شده است. در نتیجه پیش بینی می‌شود مصرف اسید در لیچینگ کانسار فوق بالا باشد.
2- کانی سازی مس در آن بصورت مالاکیت و کمی آزوریت در درز و شکاف رخ داده و کمی مس آزاد نیز در آن وجود دارد.
3- کانیهای مصرف کننده اسید در آن اکسیدهای آهن آبدار‘ کلریت‘ سریست می‌باشد.
4- کانیهای جاذب اسید شامل تالک‘ زئولیت و اسمکتیت می‌باشد.
5- کانیهای آهن آبدار و اکسیدهای منگنز و همچنین سیلیکاتهای قابل انحلال مثل (کلریت‘ سریسیت و پلاژیوکلاز) باعث انتقال یونهای آهن‘ منگنز آلومینیم‘ کلسیم‘ پتاسیم و منیزیم به محلول لیچ می‌شود. آهن باعث افت راندمان الکترووینیگ و کاهش کیفت کاتد تولیدی می‌شود. منگنز باعث اکسیداسیون استخراج کننده ها در مرحله استخراج حلالی می‌گردد. سایر یونهای ذکر شده نیز باعث بافری شدن محلول شده و بازیابی مس را کاهش و مصرف آهن در مرحله سمنتاسیون را افزایش می‌دهند.
6- بافت متخلخل نمونه در سنگهای سیلیسی حاصل از آلتراسیون باعث جذب اسید و محلول مس شده و درنتیجه مصرف اسید افزایش و بازیابی کاهش خواهد یافت.
7- وجود کانی کلریت نشان می‌دهد که با افزایش غلظت اسید مصرف آن نیز بالا خواهد رفت بنابراین در صورت عدم افت بازیابی پیشنهاد می‌شود لیچینگ در غلظت پایین اسید انجام پذیرد.
8- طبق نتایج آنالیز جذب اتمی‘ نمونه در سطح اطمینان 95 درصد حاوی 06/0±93/4 مس بوده که از این مقدار 66/3 درصد آن بصورت مس آزاد و 23/85 درصد آن بصورت مالاکیت و آزوریت و 11/11 درصد آن بصورت مس مقاوم می‌باشد.
9- وجود کانی زئولیت(لامونتیت) باعث جذب مس شده و درنتیجه باعث افت بازیابی می‌شود. یکی از علتهای افت بازیابی ممکن است همین موضوع باشد.
References:
[1] - A.K.Biswas, W.G.Davenport, “Extractive Metallurgy of Copper”, (1980), Pergamon Press.
[2] – Fathi Habashi, "A Text Book of Hydrometallurgy", (1998), John Wily & Sons.
3]- E.Jackson, "Hydrometallurgical Extraction and Reclamation", (1986), ELLIS Wood Limited and John Wily & Sons.
[4]- Gerald V. Jergensen II, "Copper Leaching, Solvent Extraction, and Electrowinning Technology", (1999), SME.
[5]- Mal Jansen and Alan Taylor," Overview of gangue mineralogy issues in oxide copper heap leaching", (2003), Copper 2003 Conference.