فرآوری با باکتری‌های قیمتی

به گزارش می متالز، فرآیندهای پیرومتالورژیکی برای بازیابی مس، شامل ذوب کنسانترۀ مس در کوره‌های مناسب (ریورب یا فلش-کنورتور) و تصفیۀ الکتریکی است. گاز خروجی از این کوره‌ها حاوی مقداری غبار است که پس از ته‌نشینی مجدداً به پروسه بازگشت داده شده یا انبار می‌شود یا برای بازیابی فلزات باارزش و همچنین عناصر سمی فرآوری می‌شود.

غبار طی همۀ مراحل فرآوری پیرومتالورژیکی کنسانترۀ مس تولید می‌شود و وزن آن می‌تواند تا بیش از 10درصد جرم کنسانترۀ ورودی به کوره برسد. این غبار تولیدشده توسط بویلرهای بازیافت حرارت و جداکننده‌های الکترواستاتیکی (ESP) جمع‌آوری می‌شود. در روش معمول، غبار جمع‌آوری‌شده را دوباره به فرآیند ذوب بازمی‌گردانند تا مس موجود در آن را بازیافت کنند که این امر موجب افزایش ناخالصی‌ها در خوراک ورودی و در نهایت افزایش غلظت آن‌ها در مس بلیستر می‌شود. علاوه بر این، برگرداندن غبار به کوره ظرفیت آن را کاهش می‌دهد و به توان تولیدی آن صدمه می‌زند. با افزایش میزان ناخالصی‌ها در کنسانتره، نیاز به یافتن روشی برای فرآوری غبار کورۀ ذوب به‌منظور جدا کردن مس از ناخالصی‌های بیشتر احساس می‌شود.

غبار کورۀ ذوب مس، حاوی عناصر باارزش متعددی چون مس، سرب، روی و بیسموت است. اگر این غبار مستقیماً به کوره ذوب فلش بازگردانده شود میزان ناخالصی‌ها (آرسنیک، بیسموت و روی) در خوراک ورودی کوره به‌تدریج افزایش می‌یابد و کارآیی عملیاتی کوره را کاهش می‌دهد. فرآیند تصفیۀ الکتریکی مس و کیفیت مس کاتدی، به‌شدت تحت‌تأثیر تجمع ناخالصی‌های در گردش مانند بیسموت، آنتیموآن، آرسنیک و آهن قرار دارد. علاوه بر این، حضور بیش از حد آرسنیک در دود خروجی از کورۀ ذوب فلش، طول عمر کاتالیست‌های وانادیوم را که برای تولید اسید به‌کار برده می‌شوند، کاهش می‌دهد. غلظت بالای فلزات سنگین در غبار برگشتی به کوره، غلظت آلاینده‌ها در گازهای خروجی کوره را نیز افزایش می‌دهد. بازگرداندن غبار به کوره، منجر به ایجاد یک بار در گردش دائمی می‌شود که بخشی از ظرفیت کوره را اشغال می‌کند. با فرآوری غبار کوره ذوب به روش هیدرومتالورژی، بخشی از ظرفیت کوره‌ها نیز آزاد می‌شود.

بنابراین، لازم است تا غبار از سیستم‌های ذوب مس جدا شده و فلزات باارزش موجود در آن جداسازی شود. روش‌های هیدرومتالورژی از دهۀ 1970 برای عمل‌آوری غبار مس مورد استفاده قرار گرفته‌اند. فرآیندهای صنعتی نشان داده‌اند که روش‌های هیدرومتالورژی کارآیی بالایی در بازیابی فلزات باارزش از باطله‌های متالورژی دارند.

غبار تولیدی در کوره‌های فلش و کنورتور مجتمع مس میدوک، با تناژی معادل 26 تن بر روز و متوسط عیار مس 23درصد، با استفاده از فیلترهای الکترواستاتیکی از گازهای خروجی جدا می‌شود. اگر غبار جمع‌آوری‌شده به همان صورت خام و بدون تغییر شکل به سیستم برگشت داده شود، علاوه بر آلودگی محیط‌زیست، در اثر انتشار در فضای کارخانه باعث اتلاف مس موجود در آن و همچنین به علت ریزی زیاد با دمش کوره در آجرهای نسوز نفوذ می‌کنند و باعث از بین رفتن نسوزها می‌شود. هدف از این پژوهش، استفاده از فرایند لیچینگ و بیولیچینگ به‌عنوان راهکاری مناسب به‌منظور عمل‌آوری غبار مورد نظر، جلوگیری از هدر رفتن فلز و همچنین، کاهش آلودگی زیست‌محیطی است.

در صنایع معدنی و متالورژی، نیاز روزافزون به مواد اولیه و کاهش ذخایر معدنی پُرعیار، لزوم مصرف بهینۀ انرژی و رعایت دقیق معیارهای زیست‌محیطی، کاربرد روش‌های جدید و ایجاد تحول در صنایع معدنی و متالورژی را ضروری کرده است. در این راستا، استفاده از میکروارگانیسم‌ها به‌عنوان یک تکنولوژی جدید در استخراج فلزات در سال‌های اخیر توسعۀ زیادی یافته است و یک روش مؤثر و مفید برای نوآوری کانسنگ‌های مس محسوب می‌شود.

دانش بیوتکنولوژی در طی هزاران سال شکل گرفته و کاربرد میکروارگانیسم‌ها برای اهداف صنعتی چندان تازگی ندارد. این تکنولوژی به‌عنوان دانش طلایی قرن حاضر، یکی از کلیدی‌ترین فناوری‌های امروز بشریت است که در کمتر از 20سال چنان تحول شگرفی در همۀ عرصه‌های زندگی انسان ایجاد کرده که همگان زبان به تحسین آن گشوده‌اند. این علم می‌تواند در مدت کوتاهی، نحوۀ زیست بشر را دگرگون کند.

مهم‌تـرین عیب کاربرد بیولیچینگ برای کانی‌های با عیار بالا و کنسانتره‌ها، سینتیک آهستۀ این فرآیند است که اغلب محدودۀ کاربرد و تجاری‌سازی آن را محدود می‌کند. بازۀ زمانی مورد نیاز برای بازیابی قابل قبول بین چندین روز تا چندین ماه است. در مورد فرآیندهای بیولیچینگ که از مکانیزم غیرمستقیم استفاده می‌کنند، امید برای بهبود سینتیک فرآیند در مدت‌زمان کوتاه وجود دارد. این کار را می‌توان با انجام فرآیند بیولیچینگ در دو مرحلۀ مجزا انجام داد؛ به‌طوری‌که در یک مرحله اکسیداسیون سولفیدها توسط یون ‌فریک انجام شود (مرحلۀ شیمیایی) و در مرحلۀ دیگر، اکسیداسیون باکتریایی یون فرو تولیدشده انجام گیرد (مرحلۀ بیواکسیداسیون). با استفاده از فرآیند IBES -Indirect Bioleaching with Effects Separation می‌توان هر فرآیند را به‌صورت جداگانه بهینه کرد. استفاده از بیولیچنگ غیرمستقیم این امکان را به‌وجود می‌آورد که بتوان مرحلۀ شیمیایی را با روش‌هایی چون افزایش دما (چون باکتری‌ها غایب هستند)، استفاده از کاتالیزورها یا کنترل pH بهبود داد. علاوه بر این، کارآیی مرحلۀ بیواکسیداسیون را نیز می‌توان با استفاده از رآکتورهای بستر ثابت افزایش داد.

در این طرح، تمرکز اصلی بر بهبود شرایط فرآیند لیچینگ و بیولیچینگ غبار بود. پس از انتخاب مهم‌ترین پارامترهای عملیاتی و استفاده از نرم‌افزار طراحی آزمایش و بهینه‌سازی فرآیند، نقش هر پارامتر تعیین و شرایط برای دست‌یابی به بازیابی بالای مس مشخص شد. در انتخاب شرایط بهینه، لحاظ‌کردن شرایط عملیاتی نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بود. درنتیجۀ اجرای این طرح مشخص شد که در شرایط عملیاتی بهینه (دمای 45 درجۀ سانتی‌گراد، زمان 4 ساعت، درصد جامد 5 و غلظت اسید 180 گرم در لیتر) بازیابی مس به بیش از 81درصد خواهد رسید که دو برابر بازیابی فعلی است. با احتساب ظرفیت در نظر گرفته‌شده برای طرح غبار (سالیانه 5هزار تن)، افزایش بازیابی از 40درصد به 81درصد سالیانه حدود 7.000.000.000 تومان سودآوری به‌دنبال خواهد داشت. با توجه به این‌که عملیاتی کردن شرایط پیشنهادشده در این طرح بسیار آسان است و نیاز به تغییرات اساسی در مدار فعلی لیچینگ ندارد و از سوی دیگر، راندمان مس را تا دو برابر افزایش می‌دهد، اجرای آن از لحاظ اقتصادی جذابیت بسیار بالایی دارد. بررسی‌های مالی انجام‌شده نشان دادند که با سرمایه‌گذاری مناسب و اصلاح قسمت‌های ذکرشده و انجام عملیات در شرایط بهینه، اجرای طرح لیچینگ غبار از سودآوری بسیار بالایی برخوردار است و در کمتر از شش‌ماه، سرمایه‌گذاری انجام‌شده باز خواهد گشت.