هیپ لیچینگ مس
مقدمه
هیپ‌لیچینگ (Heap Leaching) یک روش استخراج فلزات از سنگ معدن است که به طور گسترده برای استخراج طلا، مس، اورانیوم و سایر فلزات پایه و گرانبها از سنگ معدن کم عیار استفاده می‌شود.
در این روش، سنگ معدنی استخراج و خردایش شده و پس از نرمه‌گیری با دقت زیاد به صورت توده‌ای روی یک بستر نفوذناپذیر و ضد اسید انباشته می‌شود و سپس عامل لیچ (معمولاً اسید، باز و…) به طور مداوم از حوضچه محلول اولیه پمپ شده و به سطح توده پاشیده می‌شود. این محلول فلزات را از سنگ معدن حل می‌کند و سپس به حوضچه‌های جمع آوری هدایت می‌شود. فلزات از محلول استخراج شده و سپس به فلز خالص تبدیل می‌شوند.
مراحل تولید مس کاتدی به روش هیپ‌لچینگ
برای تولید مس کاتدی با خلوص بالا، روش هیپ لیچینگ شامل چند مرحله اصلی است:
1- خردایش:
در این مرحله کانسنگ اکسیدی، پس از استخراج و حمل از معدن، برای خردایش، وارد سنگ‌شکن می‌شود. عموماً در مدار سنگ‌شکنی واحدهای لیچینگ مس، کانسنگ طی دو مرحله خردایش به ابعاد کوچکتر از 25 میلیمتر (ابعاد مناسب برای هیپ) می‌رسد.
2-آگلومراسیون:
در مواردی که نرمه زیاد است و باعث خفگی هیپ می‌شود، از روش آگلومراسیون استفاده می‌کنند. در این حالت ذرات نرمه و کانی‌های رسی به ذرات درشت‌تر چسبیده و باعث افزایش نفوذپذیری می‌شود. اینکه مرحله آگلومراسیون لازم است یا نه، بستگی به جواب تست‌های آزمایشگاهی دارد.
3- انحلال توده‌ای
در این مرحله، کانسنگ که پس از مرحله خردایش به دانه‌بندی مناسب رسیده است، به محل احداث هیپ انتقال یافته، پس از انباشته شدن روی بستر هیپ، تحت پاشش محلول اسید رقیق شده با آب قرار می‌گیرد. محلول در اثر جریان ثقلی از میان خلل و فرج موجود در توده کانسنگ عبور کرده و کانی مورد نظر را حل می‌کند.
بستر هیپ پس از زیرسازی با شیب مناسب در عرض و طول، به منظور رعایت مسائل زیست‌محیطی با لایه نفوذناپذیر ژئوممبران پوشیده می‌شود تا از نشت و نفوذ محلول به عمق زمین جلوگیری نماید. به منظور هدایت و تخلیه محلول لوله‌هایی از جنس پلی‌اتیلن بر روی این لایه نفوذناپذیر قرار می‌گیرد.
4- استخراج با حلال
در فرآیند استخراج با حلال، در قسمت جذب، محلول آبی حاوی مس (محصول بخش انحلال توده‌ای) و حلال آلی جاذب در یک میکسر با هم مخلوط می‌شوند و یون مس در اثر تماس، از فاز آبی به فاز آلی منتقل می‌گردد. سپس مخلوط دو فاز برای جدایش به جداساز (ستلر) وارد شده، فاز آلی از قسمت فوقانی و فاز آبی از قسمت تحتانی جداساز خارج می‌گردند.
5- استریپپینگ Stripping
جداسازی مس از حلال آلی و آماده سازی آن برای الکترولیز، استریپپینگ نامیده می‌شود. در این مرحله در واقع مس از محلول باردار جدا می‌شود.
6- الکترووینینگ
در مرحله الکترووینینگ، مس موجود در محلول (الکترولیت)، در اثر اعمال جریان الکتریکی به صورت کاتد مسی بر روی کاتد اولیه از جنس استیل احیا می‌گردد؛ یعنی یون مس محتوی در سلول‌های پالایش، احیا شده، توسط کاتدهای اولیه و آندها (به عنوان انتقال دهنده جریان الکتریسیته) در هر سل، با رسوب بر روی کاتد اولیه، به صورت کاتد مسی در می‌آید.
لایه‌های هیپ‌لیچینگ
مقطع برشی از بستر هیپ لیچینگ مس (برخی از لایه ها متناسب با شرایط هیپ می توانند حذف شوند)
اجزای ژئوتکنیکی هیپ‌لیچینگ
1-پد اولیه (pad re-grading): زمینی به طول و عرض بیش از 30 متر به همراه شیب ملایم نیاز است.
2-لاینر ثانویه (liner sub-grade): مهم‌ترین مساله در لاینر‌ها ایجاد یک سطح با کیفیت برای قرارگرفتن ژئوممبران است. عموماً در اکثر موارد از شن و ماسه‌های سیلتی طبیعی که در اثر کوبش و فشرده‌سازی سطح صاف و غیر قابل نفوذی را ایجاد می‌کنند، استفاده می‌شود. همچنین از باطله‌های معدنی مس نیز می‌توان استفاده کرد.
3-ژئوممبران (Geomembranes):
اصطلاح ژئوممبران برای مواد روکش مصنوعی که بطور معمول از انواع مختلفی از پلیمرهای پلاستیکی ساخته می‌شوند، استفاده می‌شود. موارد مهم در اجرای ژئوممبران عبارتند از: مقاومت در برابر سوراخ شدن، زاویه اصطکاک با مواد بالا و زیرین و مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش خصوصاً در معادن ارتفاع زیاد
لایه ژئوممبران و کامپوزیت خاک رس
4-لایه‌های زهکشی و محافظ (Drainage/protective layers)
لایه زهکشی و یا محافظ ماده‌ای است که به طور مستقیم روی ژئوممبران قرار می‌گیرد. این لایه به نوعی عمل فیلتراسیون را انجام می‌دهد که باید نکات زیر مدنظر قرار گیرد:
- مواد فیلتر باید از مواد پایه قابل نفوذ‌تر باشند تا فشارهای هیدرولیکی ایجاد نشوند.
- حفرههای مواد فیلتر باید به اندازه کافی کوچک باشند تا از ورود مواد اصلی به فیلتر جلوگیری کنند و باعث گرفتگی و خرابی سیستم فیلتر نشوند.
- فیلتر باید بدون تفکیک باشد و یا به شکلی جدا از هم قرار گیرد تا از قرارگیری همگن و یکنواخت مواد اطمینان حاصل شود.
- ذرات مواد فیلتر باید از حرکت به داخل لولههای زهکشی شکاف دار یا سوراخ شده جلوگیری شود یا در صورت لزوم به مناطق فیلتر، ذرات درشت اضافه شود.
آماده سازی لایه زهکشی بر روی ژئوممبران
مزایای هیپ لیچینگ:
- هزینه سرمایه‌گذاری و اجرایی کمتری دارد.
- این روش به تجهیزات و تخصص پیچیده‌ای نیاز ندارد.
- این روش می‌تواند فلزات را از سنگ معدن کم عیار با راندمان بالا استخراج کند.
- محلول شیمیایی مورد استفاده در این روش می‌تواند بازیافت و دوباره استفاده شود.
- آسیب کمتر به محیط
- آماده‌سازی و ساخت و ساز سریع
- کاهش مصرف انرژی و آب
- امکان استحصال فلزات با ارزش از پسماندها
معایب هیپ لیچینگ:
- این روش می‌تواند باعث آلودگی آب و خاک شود.
- این روش می‌تواند زمان زیادی طول بکشد تا فلزات را از سنگ معدن استخراج کند.
- استفاده از مواد شیمیایی در این روش می‌تواند خطرناک باشد.