logo

logo

logo

logo

logo

التعدين ب-التحميص

تعدين بتحميص

Pyrometallurgy -

 التعدين بالتحميص

التعدين بالتحميص

محمد إبراهيم

لمحة تاريخية عن التعدين بالتحميص

آلات التحميص

مجال تطبيق التعدين بالتحميص

ضبط التحميص

الأثر البيئي للتعدين بالتحميص

 

التعدين بالتحميص roasting metallurgy هو إحدى عمليات التعدين الحراري pyrometallurgy الذي يُعرف بأنه فرع عِلْمِ استخلاص المعادن. وتَشْملُ عمليات التعدين الحراري المعالجة الحرارية للفلزات والخامات المعدنية، وتتمحور حول تحقيق التحولات الطبيعية والكيميائية في المواد بهدف تحسين مواصفات المعادن والفلزات الحاوية على المعادن. وقد يتم ذلك عن طريق المعالجة الحرارية للحصول على الشكل النهائي للمواد مثل المعادنِ الصافية، أَو إنتاج مركّبات وسبائك متوسطة مناسبة لتحولات أخرى. وتعدّ أكاسيد العناصر المعدنية أقل تفاعلية -مثل الحديد والنحاس والتوتياء والتنغستن والمنغنيز- من العناصرِ التي تستخلص بهذه العمليات. يشتمل هذا الفرع على عدة عمليات، هي: التَكَلُّس والتَحميص والصَهْر والسكب والتصفية والخَلْط والمعالجة الحرارية.

فالتعدين بالتحميص هو إحدى مراحل عملية معالجة الفلزات، ويقوم على التفاعل الحراري لوسط غاز- صلب عند درجات حرارة مرتفعة ومدروسة لكل حالة، ويهدف إلى تنقية المركبات المعدنية، وأحياناً إلى تسهيل تحطيم الفلزات إلى أجزاء أصغر بتقليل قساوتها وتطريتها، ويتضمن: الأكسدة والاختزال والكلورة والكبرتة والتفاعل الكيميائي بوسط مائي. ويخضع الفلز غالباً قبل التحميص لعملية تنظيف جزئية بعملية تسمى "تعويم الزبد" froth floatation. والفكرة الرئيسية هي الخلط بمواد أخرى لتسهيل العملية.

لمحة تاريخية عن التعدين بالتحميص

كانت عملية التحميص تُنفذ في ساحة التحميص بالسرير المفتوح open bed roast yards (الشكل1) حتى مطلع القرن العشرين، ويجري في البداية حرق الحطب الموضوع على الفلزات المراد تحميصها، بحيث ترتفع درجة حرارة الفلزات حتى النقطة التي تصبح الكبريتات فيها هي مصدر الوقود، وبذلك تستمر عملية التحميص من دون الحاجة إلى حطب إضافي أو أي وقود خارجي. تستمر عملية الحرق عدة ساعات، ثم تترك الفلزات في مكانها عدة أيام لمزيد من الأكسدة، ويساعد التحريك اليدوي على إزالة الكبريت، كما تستخدم أدوات معينة لتعريض الأجزاء التي لم تتحمص بعد للأكسجين.

الشكل (1) ساحة التحميص بالسرير المفتوح في أثناء عملية التحميص.

وقد يُنفذ التحميص على مستوىً ضيق، حيث توضع طبقات من الحطب والفلزات على التوالي ثم تحرق لاستخلاص الأكسيد المعدني كما في الشكل (2).

الشكل (2) حرق الفلزات بالحطب والمستخلص الناتج.

آلات التحميص

لا تختلف الآلات والتجهيزات اللازمة لعملية التحميص عن تلك المستخدمة في عملية التكلّس والكربنة، إذ تجري العملية في فرن تحميص دوار rotary mineral roasting kiln (الشكل 3)، أو أفران عادية أو ترددية (الشكل 4).

الشكل (3) فرن التحميص الدوار.

يتألف الفرن من ثلاثة أجزاء، هي: المجمع العمودي حيث تجمع كميات الفلزات وتسخن تسخيناً أولياً قبل أن تُدخل إلى الجزء الأسطواني الذي يسمى حيز التسخين (حتى 1000°س)، وتمر عبره لتستقر في حيز التحميص الذي تضبط فيه درجة الحرارة على 700°س من خلال تيارات الهواء القادمة من حيز التسخين. وبضبط سرعة دوران الجزء الأسطواني وميلانه يتم التحكم بزمن العملية وتحريك الفلزات، حتى تخرج من طرفه إلى الجزء الثالث المسمى مجمع التبريد. وتطحن الفلزات الداخلة إلى الفرن وتضبط أحجامها بآلة تكسير الفلزات (مطحنة).

الشكل (4) فرن التحميص الترددي.

مجال تطبيق التعدين بالتحميص

أكثر عمليات التحميص شيوعاً أكسدةُ كبريتات الخاماتِ المعدنية التي تسخن في الهواء إلى درجة حرارة تسمح لأكسجين الهواء بالتفاعل مع الكبريتات لينطلق غاز ثنائي أكسيد الكبريت ويتأكسد المعدن الصلب، ويسمى الناتج "المتكلس" calcine. إذا كانت كمية الغازات ودرجة الحرارة مناسبتين في عملية التحميص بالأكسدة تكون الأكسدة كاملة، وتعرف العملية عندها بـ «التَحميص التام (الميت)» dead roasting. وفي حالات أخرى، كما في حالة الصَهْر قَبْلَ المُعَالَجَة أَو عند استخدام الفرن الكهربائي التردّدي، فإن العملية تتم بكمية أكسجين أقل من الكمية المطلوبة لإتمام الأكسدة، وتدعى هذه الحالة «التَحميص الجزئي» partial roasting؛ لأن الكبريتَ أزيلَ بشكل جزئي فقط، تمثل (المعادلة 1) الشكل العام للتحميص:

ومثال على ذلك كبريتات النحاس (المعادلة 2):

وكبريتات التوتياء (المعادلة 3):

ويستخدم ثنائي أكسيد الكبريت السام الناتج للحصول على حمض الكبريتيك.

ومثال آخر لهذه العملية تحميص فلزات الذهب، حيث يسحب عنصر التيلوريوم (tellurium -Te) من فلز الكالافيريت (calaverite-AuTe2 ) الأصلي ويحصل على حبيبات الذهب المحلية (الشكل 5).

الشكل (5) خام الذهب المحمص.

ضبط التحميص

تكون عملية الأكسدة أكثر فعالية عند مجال درجة الحرارة 600- 700°س، وخلال فترة زمنية مضبوطة بالمجال 12-18ساعة، وتُعتمد الحرارة 700°س لتقليل زمن التحول. والتحميص البطيء أكثر فعالية عموماً في تحويل المعادن إلى أكسيدات، ويضبط التفاعل عادةً بكمية الأكسجين المزوّد على سطح الفلز، ويجب أن يتخلل كامل الكمية الموجودة في فرن التحميص على شكل طبقات قليلة السماكة (40- 80مم)، أو تكون مفتتة إلى أجزاء بأحجام معينة، كما هي الحال في الفرن الدوار، حيث يتحقق أعلى مردود عند حجم أجزاء يقارب حجم بيض الحمام.

تُضبط عملية التحميص وموازنة المكونات في الأفران في الحالة العامة كما يلي:

1- حساب وزن الفلز المراد تحميصه.

2- حساب كمية الهواء اللازمة للاحتراق والتفاعل بالمتر المكعب.

3- حساب كمية الوقود المستخدمة.

4- حساب كمية الغازات وبخار الماء المتدفقة.

وقد تضاف بعض الحسابات إلى بعض أنواع الفلزات، مثل: حساب نسبة الكبريت الناتجة لفلزات النحاس ولفلزات كبريتات الرصاص، ونسبة الفحم المستخدم لفلزات كبريتات الرصاص وكبريتات الحديد.

الأثر البيئي للتعدين بالتحميص

على الرغم من الفوائد التقنية للتعدين بالتحميص يُعد مصدراً لتلوث البيئة، وينجم عنه كميات كبيرة من المركبات السامة والمعدنية والحامضية، وتصبح المناطق التي تتم فيها العملية بطريقة التحميص بالسرير المفتوح غير قابلة للعيش حتى 60- 80 سنة من انتهاء العملية، وتبلغ مساحتها نحو مئات الأمتار عرضاً وعدة كيلو مترات طولاً.

مراجع للاستزادة:

- T. P. Battle et al., Drying, Roasting, and Calcining of Minerals (The Minerals, Metals & Materials Series), Springer ,2016.

- R. Rumbu, A Review on Copper Hydrometallurgy: Roasting-Leaching-Solvent Extraction-Electrowinning, ‎ 2Ra-Edition, 2019.

 


التصنيف : التقانات الصناعية
النوع : التقانات الصناعية
المجلد: المجلد التاسع
رقم الصفحة ضمن المجلد : 0
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 1040
الكل : 43825717
اليوم : 109112