سایر مواد معدنی فلزی, صفر تا صد مواد معدنی
روشهای استخراج و تولید فلز روی
از بین تمامی مواد معدنی که در خاک و معادن بسیار زیادی به صورت پراکنده در کشور وجود دارد، معادن روی به سبب وجود معادن با حجمهای بسیار بالای خاک و همچنین عیار بالای آن‌ها بیشتر مورد توجه قرار گرفته شده است. از این روی خیلی از صنایع و شرکت‌های فعال در زمینه تولید ورق روی، شمش روی، پودر روی از دیرباز تاکنون مشغول تولید و فعالیت هستند. از این روی برپایی و ابداع سیستم‌های نوین جهت تولید روی و محصولات جانبی مانند کنسانتره سرب، ورق نیکل، اکسید روی، سولفات روی، سولفات سدیم و … در کشور ما خیلی حائز اهمیت بوده و همچنین مدیریت پسماندهای ناشی از این صنعت از دیدگاه محیط زیست امری قابل توجه و استراتژیک می‌باشد.
باسط فرآور پویا
باسط فرآور پویا در خصوص تولید محصولات جانبی روی به برپایی و ابداع روش نوین در استحصال مواد معدنی فلزی پرداخته و توانسته از خاک‌های کم عیار و پسماندهای روی محصولاتی مانند اکسید روی و سولفات روی با کیفیتی عالی و قیمتی رقابتی تولید کند.
در ادامه این مطلب روشهای تولید فلز روی شرح داده شده است.
اگر می‌خواهید با ویژگی و خواص فیزیکی و شیمیایی روی و ترکیبات آن آشنا شوید پیشنهاد میکنیم مقاله “فلز روی چیست و چه خواصی دارد؟” را مطالعه نمایید.
استخراج و فرآوری و تولید فلز روی
۸۰ درصد معادن روی در زیرزمین، ۸ درصد به صورت روباز و مابقی به صورت ترکیبی از دو حالت روباز و زیرزمینی هستند. از لحاظ حجم تولید فلز روی، ۶۴ درصد از معادن زیرزمینی (پوشیده)، ۱۲ درصد معادن روباز و ۱۵ درصد از معادن ترکیبی به دست می‌آید.
روشهای استخراج فلز روی
متدهای اصلی استخراج که در معادن بزرگ روی دنیا بکار می‌روند عبارتند از:
-
اطاق و پایه:
روش استخراج بصورت اطاق و پایه، شامل حفاری مواد معدنی (بصورت افقی و یا سطح شیب‌دار و ایجاد کارگاه‌هایی بصورت اطاقک‌ها و داشتن ستون‌هایی از کانه‌ی روی و یا سنگ‌های باطله جهت نگهداری سقف می‌باشد.
-
متد انبارداری:
مواد معدنی روی بصورت برش‌های افقی شیب‌دار بطریق بالارو استخراج می‌شود و بعد از هر برش مقادیر کافی از سنگ‌های استخراج شده را از طریق شرکت‌ها و یا نقاط کشش، بار نموده و بدین ترتیب فضای کافی بین توده‌هایی از مواد استخراج شده و سقف یا جبهه جدید کار را بوجود می‌آورند.
-
روش کرسی چینی به غیر:
روشهای پر شونده و کرسی چینی را که بسیار پر هزینه می‌باشند، معمولاً برای استخراج مواد معدنی پرعیار سرب و روی و مس بکار می‌برند. عملیات استخراج مواد معدنی روی به‌ترتیب شامل حفاری، آتشباری و جابجا نمودن مواد معدنی و سنگ‌های استخراج شده می‌باشد. لبه حفاری معمولاً دستگاه‌های حفاری ضربه‌ای و هوای فشرده می‌باشد و برای آتشباری از انواع مواد آتش زا استفاده می‌نمایند. در کانسارهای افقی و جانشینی می‌توان بوسیله دستگاه های حفاری جایز (با چرخهای رنجری ویا لاستیکی) چند جا را باهم حفاری نمود. بارگیری مواد معدنی استخراج شده بوسیله لودرها و یا بیل‌های مکانیکی دیزلی و یا الکتریکی انجام می‌گیرد و فعلاً باربری نیز توسط واگن‌های خاک کشی الکتریکی و دیزلی و یا لوکوموتیوهای هوای فشرده بعمل می‌آید. ولی در حال حاضر تمایل به استفاده از ماشین‌آلات کابل مانور با سرعت بالای چرخ لاستیکی که بتواند از فواصل زیادی بارگیری در اسکیپ‌ها را انجام دهد، زیاد شده است.
روشهای تولید فلز روی
در مورد سایر فلزات به ندرت تولید فلز از خاک به طور مستقیم انجام می‌شود، برای انجام فرآیند تغليظ، خاک معدنی خردایش شده و سپس جداسازی سایر فلزات انجام می‌شود، به صورت معمول کنسانتره روی با غلظت %۵۵، از کمی سرب، مس و آهن تشکیل می‌شود. فرآیند تغليظ اغلب در محل معدن انجام می‌شود تا هزینه‌های حمل و نقل به حداقل برسد.
تشويه و زينترینگ:
بیش از ۹۵ % از روی تولید شده جهان از سولفید روی تولید می شود، کنسانتره روی معمولا از %۳۰-۲۵ گوگرد و مقادیر مختلفی از سایر فلزات مانند آهن، سرب و نقره است که قبل از آنکه فلز روی به وسیله تکنیک های هیدرومتالوژی و پیرومتالوژی استحصال شود، گوگرد موجود در آن باید جداسازی شود. این کار از
طريق تشويه و یا از طریق زینترینگ انجام می شود. در این کار کنسانتره روی تا دمای بالای حرارت داده می شود و سولفور روی به اکسید روی اکتیو تبدیل می شود و بلافاصله بعد از آن می توان اسید سولفوریک تولید کرد که یک محصول اقتصادی است . به منظور استفاده از سولفید روی نیاز به سیستم تشويه بوده و هزینه مستقیم تشويه تقریبا برابر با هزینه های کل قسمت های کارخانه روی می باشد.
روش پیرومتالورژی:
با توجه به نقطه ذوب روی (419/5 درجه سانتیگراد) و دمای جوش نسبتاً پایین (907 درجه سانتیگراد) در روش پیرو متالورژی، ماده معدنی روی همواره بصورت بخار بوده و از طریق تقطیر کردن بخارات روی در کوره می‌توان به فلز روی با خلوص بالا رسید. در این روش پس از آنکه نوع کانی‌های حاوی روی (سولفیدی، کربناتی، سیلیکاتی یا اکسیدی) مشخص شد؛ در صورت سولفیدی بودن آن‌ها را تشویه (850℃- 550) و در صورت کربناتی بودن آن‌ها را تکلیس (اندازه دانه‌ها در حدود 2mm-1 می‌باشد) کرده و به اکسید روی تبدیل می‌شوند و سپس اکسید روی را می‌توان وسیله کک متالورژی جامد که همراه با خوراک وارد کوره می‌شود و گاز منو اکسید کربن که در داخل کوره در نتیجه واکنش کک متالورژی و دی اکسید کربن بوجود می‌آید احیا کرده و بخارات روی که دارای ناخالصی هستند پس از خروج از مجرای کوره و کاهش دما، آن را با روشهای تصفیه‌ی مذاب روی یا تقطیر روی با روش تقطیر مجدد که این دو روش را تصفیه‌ی حرارتی روی می‌نامند، تصفیه کرد.
این روش با توجه به مقدار بالای انرژی مصرفی بسیار هزینه زاست، امروزه این روش فقط در کشورهای چین، هند، ژاپن و لهستان مورد استفاده است.
روش هیدرومتالورژی
این روش متداول استحصال در صنعت روی کشور ماست. در این روش کانه را حل نموده و مواد باطله و زائد آن را جدا می‌کنند به این روش استخراج «تر» نیز می‌گویند. هیدرو به معنی آب و هیدرومتالورژی علم و هنر استخراج فلزات از کانی‌های آن‌ها با استفاده از محیط‌های آبی است.
روش هیدرومتالورژی روی به طریقه تانک کیچینگ طی مراحل زیر صورت می‌پذیرد.
- آماده‌سازی کنسانتره روی، که در این بخش از عملیات کنسانتره روی به شکلی در آورده می‌شود که به راحتی در حلال مناسب (اسید سولفوریک) حل شود که توسط عملیات تسویه و تکلیس صورت می‌پذیرد.
- انحلال کلیسن به دست آمده از عملیات قبل در اسید سولفوریک رقیق داخل تانک‌های لیچینگ.
- رسوب دادن آهن.
- تصفیه و پر عیارسازی محلول غنی شده.
- ته نشینی فلز روی به روش احیاء غیر همگن الکترولیتی. سر انجام ذوب روی کاتدی به دست آمده و عملیات شمش‌ریزی آن انجام می‌شود.
فرآیند تولید شمش روی از خاک روی
برای تولید فلز روی ابتدا خاک معدنی روی خرد و آسیاب می‌شود و در صورت داشتن سرب به همراه خود، به واحد فلوتاسیون منتقل می‌شود تا سرب جدا شود. خاک‌های سولفوره نیز پس از انتقال به کوره به حالت اکسیده تبدیل شده و قابل استفاده می‌شوند. پس از آماده‌سازی خاک، کنسانتره به دست آمده در مخازن استیل، توسط سولفوریک اسید و آب مورد عمل لیچینگ قرار می‌گیرند، سولفات آهن و سولفات آلومینیوم جهت رسوب دهی با هالوژن‌هایی نظیر کلر و فلوئور برای جلوگیری از چسبندگی در کاتدها استفاده می‌شوند. روی موجود در خاک با عمل لیپینگ حل شده و سولفات روی به دست می‌آید. نیکل، کبالت، کادمیوم، آهن و برخی عناصر دیگر موجود در خاک نیز به همراه روی حل می‌شوند، از این رو باید قبل از الکترولیز یون‌های مزاحم حذف شوند. برای حذف آهن و کبالت از محلول، پرمنگنات پتاسیم به همراه آمونیوم پرسولفات اضافه می‌شود تا آهن دو ظرفیتی به آهن سه ظرفیتی تبدیل شود. با افزودن دوغاب آهک هیدراته به محلول و بالا بردن pH، آهن و کبالت اکسید شده و رسوب می‌دهند و از محلول جدا می‌شوند.
پیشنهاد میکنیم مقالات زیر را مطالعه کنید:
- مواد معدنی فلزی چیست؟
- فلزات غیرآهنی کدامند و چه خواصی دارند؟
- فلزات آهنی کدامند و چه خواصی دارند؟
- فلزات گرانبها کدامند و چه خواصی دارند؟