همراهان قیمتی مس

اهمیت صنعت مس نهتنها به دلیل تولید این فلز، بلکه به سبب امکان تولید محصولات دیگری است که به طور موازی در فرآیند تولید آن استحصال میشوند.

بررسیهای انجامشده روی رسوب فرآیند بازیابی الکتریکی مس که در کف مخزن ایجاد میشود و همچنین غبارهای خروجی در مراحل مختلف تولید، نشان میدهد که این مواد دربرگیرنده عناصر باارزش و گرانبهایی هستند که استحصال آنها برای تولیدکنندگان مس از اهمیت ویژهای برخوردار است.تولید مس، فرآیندی پیچیده و چند مرحلهای است و سنگ معدنی پس از طی کردن چند مرحله، به مس با خلوص مطلوب تبدیل میشود. بهطور کلی، روشهای استحصال این فلز از کانی آن، به دو گروه هیدرومتالورژی و پیرومتالورژی تقسیم میشود که عمده تولیدات آن با استفاده از روش پیرومتالورژی حاصل میشود. در این فرآیند، ابتدا سنگ معدن تا ابعاد بسیار ریز خرد میشود و به شکل دوغاب درمیآید. این دوغاب پس از عبور از مراحل پرعیارسازی، خشک و به کوره منتقل میشود تا ذوب شده و مات مس بهوجود آید. این مات که بهطور عمده از ترکیبات سولفیدی مس تشکیل شده، وارد کوره کنورتور میشود و با دمیدن هوا بخشی از ترکیبات نامطلوب به سمت بالای کوره حرکت کرده و وارد فاز سرباره میشوند که میتوان آنها را با سرریز کردن از کوره خارج کرد. اما مس بهدستآمده از این مرحله که به آن مس بیلیستر میگویند، باید یک مرحله تصفیه حرارتی را پشت سر بگذارد.

در این مرحله، مس وارد یک کوره افقی میشود و اینبار با دمش یکنواختتر هوا، حرارت دادن و همچنین دمش هیدروکربن، ناخالصیهای مس را حذف میکنند. مس حاصل از این مرحله که با نام مساند شناخته میشود، خلوص ۹۹/۵درصدی دارد اما همچنان دارای خلوص مطلوب نیست و برای آنکه بتواند نیاز صنایع مصرفکننده همچون تولید سیم و کابل را برطرف کند، نیازمند خالصسازی بیشتر است. از اینرو، مساند وارد حمامهای تصفیه الکتریکی حاوی اسید سولفوریک رقیق میشود.در اینجا مس موجود دراند حل میشود و با حرکت بهسوی کاتد، روی آن قرار میگیرد تا مسی با خلوص ۹۹/۹۹درصد تولید شود. در این زمان، برخی از ناخالصیهای موجود دراند که در محلول حل شدهاند در کف مخزن رسوب میکنند. این رسوب که دارای عناصر و ترکیبات ارزشمندی است به نام لجن آندی شناخته میشود. امروزه در بسیاری از نقاط دنیا با انجام فرآیندهای تصفیه و بازیابی این رسوبات، فلزات ارزشمند موجود در آن را استخراج کرده و به شکل محصولات جانبی فرآیند تولید مس، به فروش میرسانند. برخی از عناصر موجود در لجن آندی همچون طلا، نقره، پلاتین، پالادیوم و سلنیوم، جزو عناصر بسیار ارزشمند و گرانبها هستند. همچنین، این عناصر بهطور عمده جزو عناصر کالکوفیل هستند که میل به ترکیب با گوگرد دارند.

درباره قرارگیری این عناصر در پوسته زمین میتوان به این نکته اشاره کرد که به دلیل بارندگی روی زمین و ایجاد اسید سولفوریک که ترکیبات این عناصر را در خود حل کرده و حرکت آنها به سمت لایههای پایینتر، عمده منابع عناصر کالکوفیل در عمق زیادی قرار دارد و معدنکاری ذخایر این عناصر نیاز به باطلهبرداری زیادی داشته و هزینههای بهرهبرداری از آنها بالاست. از اینرو، سرمایهگذاری برای استحصال این مواد از لجن آندی اهمیتی دوچندان مییابد.علاوه بر این، در واکنشهای انجامشده در هنگام فرآیند تولید و همچنین در فرآیندهای هیدرومتالورژی انجامشده روی لجن آندی، ممکن است گازهایی متصاعد شوند که دربرگیرنده ترکیباتی از عناصر باارزش همچون تلوریم هستند. از اینرو، جمعآوری و بهرهبرداری از این گازها و غبارها نهتنها باعث حفظ محیطزیست (به دلیل جلوگیری از آزاد شدن این مواد در مواردی سمی، در هوا) منتشر میشود بلکه میتواند امکان تولید مواد دیگری را نیز برای تولیدکنندگان فراهم آورد. پلاتین، پالادیوم و تلوریم از مهمترین محصولات جانبی فرآیند تولید مس هستند که استحصال آنها در بسیاری از نقاط دنیا مورد توجه فراوان قرار میگیرد.البته امکان بهرهبرداری و استخراج این مواد بهطور مستقیم وابسته به نوع ترکیبات سنگ معدن اولیه است. در معادن موجود در ایران عیار ترکیبات شامل پلاتین بسیار پایین است. همچنین، محتوی پالادیوم سنگهای معادن مس ایران نیز همچون پلاتین ناچیز است اما محتوی تلوریم، بیش از دو فلز یادشده است و سرمایهگذاری برای استخراج آن میتواند صرفه اقتصادی بیشتری داشته باشد.

پلاتین

پلاتین فلزی زیبا و در حالت خالص به رنگ نقرهای است. این فلز قابلیت شکلپذیری دارد و در مجاورت هوا تغییری در آن ایجاد نمیشود. واکنشپذیری پلاتین بسیار پایین بوده و از اینرو کاربردهای گستردهای در صنایع مختلف یافته است. ویژگی دیگر این فلز از جمله خاصیت کاتالیستی، آن را بهعنوان ماده ویژهای برای برخی از صنایع مطرح کرده است. همچنین، این فلز از ارزشمندترین مواد موجود در لجن آندی فرآیند تولید مس است اما تنها سنگهای بهدستآمده از برخی از معادن مس دنیا حاوی این فلز هستند و از اینرو پلاتین در لجن آندی ایجاد شده در تمامی کارخانههای تولید مس یافت نمیشود.

از کارخانههایی که لجن آندی آنها دارای مقادیر قابل ملاحظهای پلاتین است، میتوان به «Southwire» در گرجستان و «Mhangura Copper» در زیمباوه اشاره کرد. اما بررسیهای انجامشده روی لجن آندی شرکت ملی صنایع مس ایران نشان میدهد که میزان پلاتین موجود حدود ۴ تا ۱۲ واحد بر میلیون است و از اینرو، در کشور ما اقدامات خاصی برای استحصال آن نشده است. بهطور کلی پلاتین پس از جداسازی طلا و نقره و غالب ناخالصیهای موجود در لجن، با اضافه کردن برخی ترکیبهای شیمیایی خاص و رسوب دادن ترکیبات آنها با پلاتین، جدا میشود. کاربردهای پلاتین در صنایع گوناگون همچون خودروسازی، شیمیایی، الکتریکی، نفت، پتروشیمی و پزشکی به چشم میخورد. این فلز در سطح وسیعی بهعنوان جواهر زینتی نیز مورد استفاده قرار میگیرد. کاربرد پلاتین در اگزوز وسایل نقلیه به تنهایی حدود نیمی از مصرف این فلز را به خود اختصاص داده است. پلاتین بهسبب ویژگی کاتالیستی میتواند موجب جلوگیری از آزاد شدن گازهای سمی همچون مونواکسید کربن، هیدروکربنها و اکسید نیتروژن در هوا و تبدیل آنها به موادی با سازگاری بیشتر با محیطزیست همچون دیاکسید کربن یا آب شود.

حدود یکچهارم دیگر مصارف پلاتین مربوط به جواهرسازی است. توجه به این فلز در ساخت جواهر گوناگون بهواسطه درخشش و واکنشناپذیری با سایر مواد است. پزشکی از دیگر مصرفکنندههای این فلز ارزشمند بوده و استفاده از آن در ساخت ایمپلنتها و داروهای ضدسرطان از اهمیت بالایی برخوردار است. از سوی دیگر، پلاتین ازجمله عناصر بسیار نادر در پوسته زمین است و تنها حدود سه هزارم واحد بر میلیون در پوسته زمین یافت میشود. از اینرو در بین گرانبهاترین فلزات جای میگیرد. همچنین حجم بالای تقاضا برای این فلز در بسیاری از صنایع، از دیگر عواملی است که سبب افزایش بیشتر نرخ آن شده است. بهطوری که تخمینی گفته میشود، یک پنجم از تمام وسایل و تجهیزاتی که از سوی بشر مورد استفاده قرار میگیرد، یا دارای پلاتین بوده یا در ساخت آن از این فلز استفاده شده است. به همین دلیل، نرخ پلاتین با توجه به شرایط صنعت در دنیا و حجم تقاضا برای آن بهشدت تغییر میکند. ذخایر این فلز ارزشمند نیز در پوسته زمین، بههمراه ترکیبات نیکل و مس است و در معادن این دو یافت میشود. بیشتر این ذخایر در کوههای اورال، کلمبیا و برخی از ایالتهای غربی امریکا یافت شده است.

تلوریم

شبه فلزی ترد با رنگی بین نقرهای و سفید است که همچون پلاتین جزو عناصر نادر در پوسته زمین است و منبع اصلی تولید آن، لجن آندی تولیدشده در فرآیند بازیابی الکتریکی مس است. همچنین، در فرآیند تولید مس مقادیر قابل ملاحظهای از این عنصر به هوا متصاعد میشود که یکی از روشهای استحصال این فلز، شستوشوی این بخارات است که در آن پس از لیچ کردن لجن و حرارت دادن آن، اکسید تلوریم متصاعد شده، بهمنظور استحصال تلوریم جمعآوری میشود. در بسیاری از کاخانههای بازیابی لجن آندی نیز با ذوب کردن لجن، ناخالصیها به فاز سرباره میرود و با افزایش دما بهتدریج سرعت متصاعد شدن اکسید تلوریم افزایش مییابد که با جمعآوری این غبارها، تلوریم موجود در آن استخراج میشود. علاوه بر این جلوگیری از ورود این غبارها به هوا، از پخش شدن ترکیبات سمی تلور در محیطزیست جلوگیری میکند. تلوریم به طور مستقیم پس از حذف عناصر دیگر همچون سلنیوم، طلا و نقره به روش هیدرومتالورژی نیز قابل بازیابی است. تلوریم را میتوان در فرآیند تولید سرب، از گرد و خاک خارج شده از کوره نیز استخراج کرد.در فرآیند تولید مس بهطور متوسط از هر ۱۰۰۰ تن ماده معدنی مس وارد شده به کارخانه تنها حدود یک کیلوگرم تلوریم قابل استخراج است. از کاربردهای اصلی این عنصر سمی که تنفس گازهای متصاعد شده از آن میتواند آثار زیانباری برای بدن داشته باشد، میتوان به ترکیب شدن با فولاد زنگنزن و مس بهمنظور افزایش کارپذیری و همچنین افزوده شدن به سرب برای افزایش مقاومت به خوردگی، استحکام و سختی اشاره کرد. تلوریم بهعنوان عامل رنگی در ساخت سرامیکها نیز مورد استفاده قرار میگیرد. ترکیب تلوریم، کادمیم و جیوه در ساخت سلولهای خورشیدی نیز استفاده میشود که کارآیی بالاتری نسبت به سلولهای خورشیدی رایج سیلیکونی دارد.

پالادیوم

یکی از فلزات گروه پلاتین است که دارای رنگ نقرهای و براق است و نسبت به سایر فلزات این گروه نقطه ذوب و چگالی کمتری دارد. کاربردهای اصلی این فلز همانند پلاتین است و استفاده از آن بهمنظور تصفیه گاز خروجی از اگزوز خودروها و همچنین جواهرسازی رایج است. مصرف پالادیوم برای خودروهای با سوخت بنزین و مصرف پلاتین مربوط به خودروهای با سوخت دیزل است.

از دیگر ویژگیهای پالادیوم، جذب زیاد هیدروژن از سوی آن است و از اینرو بهمنظور خالصسازی هیدروژن نیز مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین، کاربرد این فلز در جواهرسازی به دلیل امکان تولید طلای سفید بدون ایجاد روکش از جنس رادیوم بوده و آلیاژ این فلز با طلا از نظر ارزش و نرخ گرانبهاتر از آلیاژهای سفیدرنگ ایجاد شده از ترکیب طلا با سایر فلزات است. پالادیوم به طور عمده به شکل ماده همراه در معادن پلاتین یافت میشود. معادن روسیه و افریقای جنوبی بزرگترین ذخایر این فلز را در خود جای دادهاند. در سال ۲۰۱۵م حجم تولید این فلز حدود ۲۶۰ تن بوده که بهطور تقریبی ۷۰درصد آن تولیدات معدنی و بقیه نیز از طریق بازیافت و استحصال ثانویه آن بوده است. در فرآیند استحصال این فلز از لجن آندی پس از جداسازی برخی از عناصر در فرآیند ذوب، با استفاده از هیدرومتالورژی، فلزات دیگر همچون رادیوم و پلاتین را با افزودن برخی مواد شیمیایی و رسوب دادن آنها جداسازی کرده و پالادیوم را استخراج میکنند.