یکی از بهترین روش‌هایی که امروزه از آن برای جداسازی و استخراج مواد معدنی و فلزات از سنگ‌های معدنی استفاده می‌شود، هیپ لیچینگ است. این فرآیند بسیار پرکاربرد و البته پیچیده است و بیشتر برای فلزات با ارزش، مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌توان آن را یک روش کاربردی برای استخراج فلزات با ارزش در صنعت معدن معرفی کرد. با مطالعه این مقاله، با مزایا و مراحل فرايند Heap Leaching و کاربرد ژئوممبران‌ها در هیپ معدن و همچنین موادی که در پوشش هیپ معدن مورد استفاده قرار می گیرند آشنا شوید.
هیپ لیچینگ چیست؟
در پاسخ به این سوال که هیپ لیچینگ یا Heap leaching چیست؟ باید بگوییم که در واقع فرآیندی است که در معادن فلز به خصوص فلزات گرانبها مثل طلا مس نقره و اورانیوم به کار برده می‌شود؛ البته استفاده از فرآیند هیپ معدن برای افراد عادی قابل استفاده نیست و در طی این فرآیند نیاز به حضور مهندسان و متخصصان مختلفی در زمینه‌های مختلف مثل مهندسان معدن، شیمیدان، زمین‌شناس، مهندس ژئوتکنیک و از این قبیل وجود دارد. این روش در واقع با تصفیه مواد متفرقه، فلزات مورد نظر را جدا کرده و نسبت به روش‌های سنتی بسیار کارآمدتر است و میزان خطای آن کمتر بوده و در نهایت نتیجه بهتری هم دربر دارد.
تاریخپه هیپ لیچینگ و رواند توسعه آن
هیپ لیچینگ یک فرایند معدن‌کاری سنتی است که از واکنش‌های شیمیایی برای استخراج فلزات و ترکیبات دیگر از سنگ معدن استفاده می‌کند. تاریخچه هیپ لیچینگ به دوران باستان باز می گردد. در محدوده سال ۱۷۵۲ میلادی، فلز مس در مقیاس بزرگی از سنگ های مس اکسیدی استخراج می شد. از سال ۱۹۷۰ میلادی، با به کار گیری فناوری پیشرفته تر و به روز تر، فرآیند هیپ معدن بسیار کارآمد تر بوده و از نظر هزینه به صرفه تر است. هدف هیپ لیچینگ مدرن فلز اورانیوم بوده، در حالی که در استخراج فلز طلا یکی از پرکاربردترین این فرآیند محسوب می شود. لازم به ذکر است که امروزه از فرآیند هیپ معدن در استخرج فلزاتی همچون مس، نیکل و … استفاده می شود.
در فرآیند هیپ معدن از چه موادی استفاده می شود؟
در فرآیند لیچینگ توده‌ای، از انواع مختلفی از مواد شیمیایی (بر اساس معدنی که در حال پردازش است) استفاده می‌شود. مواد شیمیایی معمول شامل اسید سولفوریک، سیانید و محلول‌های قلیایی مانند سدیم سیانید یا کربنات آمونیوم هستند. این مواد شیمیایی به حل کردن مواد معدنی مورد نظر از سنگ معدن کمک کرده و آنها را برای پردازش بیشتر جدا می‌کنند. لازم به ذکر است که میزان استفاده از این مواد شیمیایی در فرآیندهای هیپ معدن به دقت تنظیم می‌شود تا تأثیرات زیست محیطی کمینه شده و ایمنی تضمین گردد.
انواع لیچینگ کدامند؟
فرآیند لیچینگ انواع مختلفی دارد که هر کدام می‌توانند برای مواد خاصی یا در مقیاس خاصی مورد استفاده قرار بگیرند و بهترین کارایی را در هر نوع استخراجی، از خود نشان دهند. انواع مختلف لیچینگ را در ادامه به اختصار توضیح داده‌ایم.
- لیچینگ مخزنی: در این روش سنگ‌های معدنی که فلزات مورد نظر در آنها وجود دارد را به قطعات با اندازه‌های مشخص تقسیم کرده و درون یک مخزن قرار می‌دهند و سپس محلول لیچینگ را به آن اضافه می‌کنند. پس از طی مدت زمان مشخص، ماده لیچینگ که فلزات را در خود حل کرده خارج شده و مورد استخراج قرار می‌گیرند
- لیچینگ برجا یا در محل: این نوع از لیچینگ روشی است که در آن محلول لیچینگ به صورت مستقیم به داخل ذخایر معدنی وارد می‌شود و پس از حل کردن فلزات موردنظر از معدن با استفاده از تجهیزات مخصوص خارج می‌شود
- لیچینگ همزن: این روش هم تقریباً شبیه به روش لیچینگ مخزنی است با این تفاوت که سنگ‌های معدنی بسیار ریزتر یا حتی آسیاب می‌شوند و سپس درون مخزن همزن قرار می‌گیرند و محلول لیچینگ به آنها افزوده می‌شود. پس از حل شدن فلزات محلول خارج شده و فلزات از ان استخراج خواهند شد
- لیچنگ توده‌ای: روش لیچینگ توده ای هم یکی از زیر مجموعه‌های لیچینگ در مخزن محسوب می‌شود و در آن توده‌های سنگ معدن روی هم قرار گرفته و سپس ماده لیچینگ به آنها اضافه می‌شود. این روش را می‌توان به‌عنوان پرکاربردترین روش در هیپ معدن درنظر گرفت
فرآیند هیپ لیچینگ شامل چه مراحلی است؟
هیپ لیچینگ مراحل مختلفی دارد که همه آنها باید با دقت فراوان و استانداردهای موجود انجام شود. در ادامه مراحل آن به ترتیب برای شما شرح داده می‌شود.
- در مرحله اول ابتدا سنگ معدن خرد یا به ابعاد کوچک‌تری تقسیم می‌شود تا نفوذ به داخل آنها راحت‌تر باشد. البته با توجه به نوع فلز و فرآیند مورد نظر، ممکن است این اندازه‌ها متفاوت باشند و حتی در برخی از موارد سنگ‌ها آسیاب شوند
- در مرحله بعد سنگ‌های خرد شده در مخازن مخصوص قرار می‌گیرند که از جنس فولاد بوده و برخی از انواع آن دارای یک همزن بزرگ مکانیکی هم هستند
- در این مرحله محلول لیچینگ باید به سنگ‌های استخراج شده اضافه شود و این محلول باید با توجه به نوع فلز انتخاب شود تا دارای ph و ترکیبات شیمیایی مناسب باشد
- در این مرحله مخازنی که دارای همزن هستند روشن شده و با جابجا کردن سنگ‌ها باعث می‌شوند تا محلول راحت‌تر به قسمت‌های مختلف سنگ‌های معدنی نفوذ کند و سرعت کار را هم بالاتر می‌برد
- در مرحله بعد محلولی که فلزات در آن حل شده‌اند از ذرات جامد جدا می‌شود و با لوله‌ها و تجهیزاتی که برای اینکار تعبیه شده‌اند، از مخزن خارج می‌شود
- سپس محلول جدا شده با استفاده از فرآیندهای مخصوص تحت پردازش قرار می‌گیرد و فلزات حل شده در آنها جداسازی می‌شود
- در آخر هم سنگ‌ها و بقایای باقی مانده در فرآیند هیپ معدن با رعایت مقررات و به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی، دفع می‌شوند
مطالعه بیشتر: کاربرد ژئوسنتتیک در صنعت نفت و گاز
پوشش هیپ معدن چیست؟
پد‌های لیچینگ، مناطق بزرگی از زمین هستند که معمولاً با یک ماده سنتزی پوشیده شده و مکانی هستند که سنگ معدن خرد شده برای انجام عملیات لیچینگ انباشته می‌شود. در عملیات معدنی، پد‌های لیچینگ (انواع پوشش هیپ معدن) در فرآیندهایی مانند لیچینگ توده‌ای برای استخراج مواد ارزشمند از سنگ معدن مورد استفاده قرار می گیرند. سنگ معدن بر روی پد لیچینگ انباشته شده و یک محلول لیچینگ برای حل کردن مواد معدنی مورد نظر اعمال می‌شود. محلول از طریق سنگ معدن نفوذ کرده و مواد معدنی را لیچ می‌کند؛ سپس برای پردازش بیشتر جمع‌آوری می‌شوند. پد‌های لیچینگ برای حفظ محلول لیچینگ و جلوگیری از آلودگی زیست محیطی طراحی شده و با هدایت محلول به سیستم‌های جمع‌آوری، از آلودگی زیست محیطی جلوگیری می‌کنند
از چه موادی در پوشش هیپ معدن استفاده می شود؟
پد‌های لیچینگ معمولاً با استفاده از ترکیبی از مواد ساخته می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که محلول لیچینگ به درستی نگهداری شده و از آلودگی زیست محیطی جلوگیری می شود. برخی از مواد رایجی که به عنوان پوشش هیپ معدن مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از:
۱. لاینرهای سنتزی: لاینرهای سنتزی مانند پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) یا ژئوممبرین‌ها اغلب برای پوشش دادن پد‌های لیچینگ استفاده می‌شوند و به عنوان یک حاجز برای جلوگیری از نفوذ محلول لیچینگ به خاک اطراف عمل می‌کنند.
۲. ژئوتکستایل‌ها: ژئوتکستایل‌ها در پد‌های لیچینگ برای ارائه حفاظت و پایداری اضافی استفاده می‌شوند. آنها به فرآیند فیلتراسیون، زهکشی و جداسازی مواد در ساختار پد لیچینگ کمک می‌کنند.
۳. لاینرهای خاکی: لاینرهای خاکی طبیعی نیز می‌توانند در پد‌های لیچینگ برای ارائه یک حاجز اضافی علیه نفوذ محلول لیچینگ استفاده شوند.
۴. پوشش‌های حفاظتی: پوشش‌های حفاظتی مانند لایه‌های ماسه یا خاک ممکن است بر روی بالای پد لیچینگ استفاده شوند تا لاینر را محفاظت کرده و پایداری مناسبی را فراهم سازند.
با استفاده از ترکیب این مواد، پد‌های هیپ معدن به طور موثر طراحی شده‌اند تا محلول لیچینگ را به درستی نگهداری کرده و خطرات آلودگی زیست محیطی در فرآیند استخراج معدنی را کمینه کنند.
طراحی هیپ لیچینگ و نحوه انجام آن
هیپ لیچینگ یک فرایند مهم در صنعت معدن است که نیازمند طراحی و محاسبات دقیق است. در طراحی هیپ معدن، عوامل مختلفی از جمله نوع سنگ معدن، اندازه ذرات، ترکیب شیمیایی سنگ، نوع محلول لیچینگ، فشار و دما، و زمان لازم برای استخراج فلزات باید مورد بررسی دقیق قرار گیرند. همچنین، انتخاب مواد سازنده توده، اندازه و شکل توده، و سیستم جمع‌آوری محلول لیچینگ نیز از اهمیت بالایی برخوردارند. طراحی صحیح هیپ لیچینگ می‌تواند به بهبود کارایی فرایند، کاهش هزینه‌ها، و حفظ محیط زیست کمک کند.
مراحل طراحی هیپ لیچینگ
- انتخاب محل: انتخاب محل برای احداث هیپ معدن بسیار اهمیت دارد. عواملی مانند دسترسی به آب، توپوگرافی منطقه، و شرایط زمین‌شناسی باید در نظر گرفته شوند.
- طراحی توده: انتخاب مواد سازنده توده، اندازه و شکل توده، و ایجاد ساختار مناسب برای توده از جمله مراحل مهم در طراحی هیپ لیچینگ اند.
- انتخاب محلول لیچینگ: انتخاب محلول لیچینگ مناسب بر اساس نوع سنگ معدن و فلزات مورد استخراج از آن انجام می‌شود.
- سیستم جمع‌آوری محلول لیچینگ: طراحی سیستم جمع‌آوری محلول لیچینگ برای جمع‌آوری محلول حاوی فلزات استخراج شده از توده بسیار حیاتی است.
- کنترل محیط زیست: در طراحی هیپ لیچینگ، انجام اقدامات لازم برای کنترل و مدیریت اثرات محیطی ناشی از فرآیند لیچینگ و استخراج فلزات از سنگ معدن از اهمیت بالایی برخوردار است.
مزایای هیپ لیچینگ کدامند؟
هیپ لیچینگ مزایای زیادی دارد و همین مزایا باعث شده است تا استخراج فلزات با این روش فراگیر شود که عبارت‌اند از:
- از جمله مزایای آن می‌توان به کاهش هزینه‌ها از جمله هزینه‌های اجرایی و سرمایه‌گذاری اشاره کرد
- مزیت بعدی این است که فرآیند دستیابی و به دست آمدن فلزات بسیار کوتاه و به سرعت انجام می‌شود
- در این روش پسمانده‌های زائد وجود ندارد و کمترین میزان آسیب به محیط زیست را داراست
- همچنین نیاز به تجهیزات پیچیده ندارد و در کاهش مصرف انرژی و منابع بسیار تاثیرگذار است
- مراحل آماده‌سازی و استخراج در این روش بسیار سریع انجام می‌شود و به راحت‌ترین روش می‌توان فلزات را از پسماندها جدا کرد
معایب هیپ معدن کدامند؟
لیچینگ توده‌ای، هر چند یک روش رایج برای استخراج مواد معدنی از سنگ معدن است، اما معیبی نیز دارد. برخی از مشکلات هیپ معدن عبارتند از:
۱. تأثیرات زیست محیطی: در صورتی که لیچینگ توده‌ای به درستی مدیریت نشود، می‌تواند منجر به آزاد شدن مواد شیمیایی مضر در محیط زیست شود.
۲. زمان پردازش طولانی: فرآیند هیپ لیچینگ ممکن است یک فرآیند کند بوده و نیاز به هفته‌ها یا ماه‌ها برای استخراج مواد معدنی مورد نظر از سنگ معدن داشته باشد.
۳. نرخ بازیابی کمتر فلزات: در برخی موارد، فرآیند هیپ معدن ممکن است به اندازه سایر روش‌های استخراج کارآمد نبوده و منجر به نرخ بازیابی کمتری از فلزات شود.
۴. نیاز به زیرساخت‌ها: راه‌اندازی و حفظ پد‌های هیپ لیچینگ و تجهیزات پردازشی ممکن است نیازمند زیرساخت‌های قابل توجه و هزینه‌های دائمی باشد.
۵. پتانسیل برای زهاب معدنی اسیدی: اگر اسید سولفوریک در فرآیند لیچینگ توده‌ای استفاده شود، خطر زهاب معدنی اسیدی وجود دشاته و این موضوع می‌تواند به آلودگی زیست محیطی بیشتری منجر شود.
در نهایت اگر جه فرآیند هیپ لیچینگ می‌تواند یک روش هزینه‌ای برای استخراج مواد معدنی باشد، اما ضروری است که این معایب را با دقت مدیریت کرده و کاهش داده شود تا تأثیرات زیست محیطی را کمینه کرده و استخراج مواد معدنی بهینه را اطمینان بخشیم.
عوامل موثر بر سرعت لیچینگ
از آنجایی که یکی از مزیت‌های هیپ لیچینگ سرعت بالای آن است، باید عواملی که می‌تواند در سرعت آن تاثیر داشته باشند هم در نظر گرفته شود. از جمله عواملی که بر سرعت ایجاد پوشش معدن تاثیر دارند شامل توجه به سطح سنگ‌های معدنی، بررسی میزان نفوذ و قدرت حلال لیچینگ، تاثیرگذاری محلول بر فلز مورد نظر، میزان فشار و درجه حرارت محیط، غلظت و چگالی محلول لیچینگ و همچنین توجه به نوع ماده معدنی و ارزش آن هستند.
علاوه بر این موارد باید دستگاه و تجهیزاتی که در هیپلیچینگ مورد استفاده قرار می‌گیرند هم با دقت فراوان و آزمایش انتخاب شوند تا بتوانند هم سرعت را بالاتر ببرند و هم فلزات استخراج شده بالاترین کیفیت را داشته باشند.
استفاده از ژئوممبران ها در روش لیچینگ توده ای
ژئوممبران‌ها از موادی ساخته می‌شوند که با هیچ نوع اسیدی واکنش نشان نمی‌دهند و در آن حل نمی‌شوند و کاملا خنثی هستند. حالا احتمالاً این سوال پیش می‌آید که کاربرد ممبران‌ها در هیپ لیچینگ چیست؟ باید بگوییم که این ویژگی خنثی بودن و حل نشدن با اسید، باعث می‌شود تا مخازن و استخرهای مخصوصی که برای هیپ لیچینگ مورد استفاده قرار می‌گیرند با استفاده از این مواد ساخته شوند. ساخت استخرها و مخازن با ورق ژئوممبران می‌تواند مزایایی چون کاهش هزینه‌ها و کاهش تولید زباله را داشته باشد .
همچنین دیگر نیازی به تجهیزات پیچیده وجود ندارد و ساخت آن سریع‌تر انجام می‌شود و کمترین آسیب را برای محیط زیست دارد. از آنجایی که جلوگیری از نشت محلول هیپ معدن به داخل خاک یا ورود آن به آب اهمیت بالایی دارد، بهترین عایقی که می‌توان برای مخازن لیچینگ از آن استفاده کرد، ژئوممبران‌ها هستند.
مهمترین کاربرد ژئوممبران (که در دسته محصولات ژئوسنتتیک است) در روش لیچینگ توده ای، این است که چون این ورق‌ها عایق بسیار خوبی هستند، به خوبی می‌توانند آب و خاک را از آلودگی‌های زیست محیطی با فلزات سنگین محافظت کنند و از اینکه رودخانه‌ها یا منابع زیرزمینی، آلوده به فلزات سنگین شوند، جلوگیری به عمل می‌آورند. همچنین کمک می‌کنند تا جداسازی زباله‌های معدنی راحت‌تر شده و حتی می‌توانند در تولید انرژی با استفاده از گاز متان هم کاربرد داشته باشند. از آنجایی که ژئوممبران‌ها با اسید واکنش نشان نمی‌دهند، بهترین و تنها گزینه‌ای هستند که می‌توانند برای استخرهای لیچینگ مورد استفاده قرار بگیرند.
مراحل فرآیند لیچینگ توده ای
در روش لیچینگ توده ای ابتدا یک بخش از زمین مانند یک استخر یا حوضچه، خاکبرداری می‌شود. سپس شیب آن با توجه به استانداردهای موجود تعیین می‌شود و درون آن ۳۰ تا ۸۰ سانتی‌متر از خاک دانه‌بندی شده یا سنگ ریخته می‌شود. در این مرحله ژئوممبران به عنوان عایق، سنگ‌ها را می‌پوشاند و کمک می‌کند تا محلول‌ها به لایه‌های دیگر خاک نفوذ نکند و باعث آلودگی آن نشوند.
بعد از ایجاد مخزن یا استخر مورد نظر، سنگ‌های معدنی استخراج شده در این مخازن قرار می‌گیرند و محلول لیچینگ با استفاده از تجهیزات مخصوص روی سنگ‌های معدنی ریخته می‌شود. پس از طی فرآیند استخراج این محلول‌ها با استفاده از لوله‌های تعبیه شده در محل استخر، خارج شده و در پایان، مراحل جداسازی فلزات از محلول انجام می‌شود.
مطالعه بیشتر: مراحل ساخت مخزن نفتی با ژئوممبران
روش هیپ لیچینگ طلا
روش هیپ لیچینگ طلا یکی از روش‌های متداول برای استخراج طلا از سنگ‌های معدنی با غلظت پایین طلا است. در این روش، سنگ معدن خرد شده بر روی یک توده قرار داده شده و سپس یک محلول سیانیدی به آن اضافه می‌شود. محلول سیانیدی با تماس با سنگ معدن، طلا را حل کرده و به حالت محلول در می‌آورد. سپس محلول حاوی طلا به پایین توده جمع‌آوری شده و از آنجا به واحد پردازش منتقل می‌شود تا طلا از محلول جدا شده و به صورت فلزی بازیابی شود. این روش به عنوان یک روش کارآمد و اقتصادی برای استخراج طلا از سنگ‌های کم‌درصد مورد استفاده قرار می‌گیرد و به دلیل کارایی بالا و کاهش هزینه‌ها نسبت به روش‌های سنتی، جایگاه ویژه‌ای در صنعت معدن طلا دارد.
نحوه تولید کاتد مس با استفاده از فرآیند هیپ لیچینگ
برای تولید کاتد مس از روش هیپ لیچینگ استفاده می‌شود . در این فرآیند، سنگ معدن مس خرد شده و به صورت لایه‌های پشت سر هم بر روی پد لیچینگ انباشته می‌شود. سپس یک محلول لیچینگ (معمولاً شامل سولفات مس و سایر مواد شیمیایی) بر روی سنگ معدن اعمال می‌شود تا مس موجود در سنگ معدن حل شود.
محلول لیچینگ که حاوی مس حل شده است، از طریق سنگ معدن نفوذ کرده و مس را جذب می‌کند. سپس این محلول حاوی مس به یک محلول جمع‌آوری که یک واحد پردازشی است منتقل می‌شود. در این واحد، مس از محلول جدا شده و به صورت کاتد مس خالص تولید می‌شود.
استفاده از هیپ لیچینگ برای تولید کاتد مس می‌تواند به دلیل کارآیی بالا، هزینه کمتر و کارایی بالاتر نسبت به روش‌های سنتی استخراج مس، یک روش جذاب باشد. این فرآیند علاوه بر هزینه کمتری که دارد ، به حفظ محیط زیست نیز کمک می‌کند، زیرا میزان آلودگی زیست محیطی کمتری دارد.
جمع‌بندی
در این مطلب، شما به طور کامل با فرآیند هیپ معدن و همچنین مزایا و معایب آن آشنا شدید. همچنین انواع پوشش هیپ معدن و کاربرد محصولات ژئوسنتتیک در این فرآیندبه شما معرفی شدند. در واقع به جداسازی فلزات مایع از مواد جامد مثل سنگ، لیچینگ گفته می‌شود و بهترین روش برای استخراج با درصد خلوص بالا استفاده از هیپ لیچینگ است. علاوه بر اینکه این فرایند از بهترین روش‌های استخراج در معادن به شمار می‌رود، نکات و موارد زیادی هم هستند که برای افزایش سرعت و کیفیت باید به آنها توجه کرد.
استفاده از جدیدترین تجهیزات برای لیچینگ و هیپ معدن و اندازه‌گیری عوامل شیمیایی دخیل در فرآیند هیپ لیچینگ، می‌تواند بیشترین بهره را برای شما داشته باشد که با تجهیزات ساده‌تر و هزینه‌های پایین‌تر و با کمترین میزان آسیب به محیط زیست، بتوانید فلزات مورد نظر را استخراج کنید.
