فناوری بازیابی مس وارد مرحله پایلوت شد

به گزارش می‌متالز، اهمیت فنی پروژه شرکت «BHP» و شرکت فناورمحور «SiTration» در تغییر محل جست‌وجوی فلز نهفته است: به‌ جای آن که بازیابی مس صرفا از سنگ معدن استخراج‌شده دنبال شود، در فناوری مورد آزمایش تلاش خواهد شد مس محلول موجود در یک جریان آبی مستقیما جدا شود. این رویکرد، فناوری بازیابی مس را از محدوده فرآوری سنگ معدن به روش کلاسیک به حوزه بازیابی مواد اولیه از جریان‌های ثانویه و کم‌غلظت وارد می‌کند.

از معدن متوقف‌شده تا یک آزمایشگاه واقعی

سایت معدنی تاریخی «Copper Cities» بخشی از منطقه «Globe-Miami» در ایالت آریزونا است. فعالیت در این معدن از سال ۱۹۵۴ تا ۱۹۷۵ میلادی به‌ صورت روباز انجام می‌شد و عملیات لیچینگ آن تا سال ۱۹۸۲ ادامه یافت. بر اساس گزارش منتشرشده درباره پروژه، در دوره فعالیت این سایت نزدیک به ۴۰۰ هزار تن مس تولید شده است. اکنون شرکت «BHP» از این سایت معدنی به‌ عنوان بخشی از دارایی‌های باقی‌مانده خود یاد می‌کند و آزمایش شرکت فناورمحور «SiTration» در همین محیط واقعی انجام خواهد شد.

بنابراین، مساله اصلی در این پروژه استخراج مجدد سنگ معدن نیست؛ بلکه بررسی امکان بازیابی فلز از آب متاثر از فعالیت معدنی است. همین تفاوت، جایگاه پروژه را در زنجیره فرآوری مشخص می‌کند به طوری که فناوری در مرحله‌ای پس از شکل‌گیری جریان آبی معدنی وارد می‌شود و تلاش خواهد کرد ماده حل‌شده را مستقیما از این جریان جدا کند.

شرکت «SiTration» چه فناوری‌ای را آزمایش می‌کند؟

هسته فناوری شرکت «SiTration» از دو بخش نانوفیلتراسیون سیلیکونی و استخراج الکتروشیمیایی سیلیکونی تشکیل شده است. طبق توضیحات فنی شرکت، این دو فناوری برای بازیابی مواد معدنی از جریان‌های آبی پیچیده و رقیق طراحی شده‌اند.

در بخش نانوفیلتراسیون سیلیکونی، غشا‌های سیلیکونی برای جداسازی یونی به کار می‌روند. شرکت «SiTration» اعلام کرده است که این غشا‌ها برای تحمل جریان‌های سخت و شرایط عملیاتی دشوار طراحی شده‌اند و قابلیت تنظیم برای کاربرد‌های مختلف را دارند. در بخش استخراج الکتروشیمیایی سیلیکونی نیز از الکترود‌های سیلیکونی و فرآیند الکتروشیمیایی برای استخراج مستقیم ماده اولیه هدف استفاده می‌شود.

موسسه فناوری ماساچوست نیز در توضیح این فناوری اعلام کرده است که اساس فناوری شرکت «SiTration» بر نوعی غشای سیلیکونی استوار است که هم قابلیت هدایت الکتریکی دارد و هم می‌تواند برای جداسازی مواد اولیه مختلف تنظیم شود. ترکیب فیلتراسیون و استخراج الکتروشیمیایی به سیستم اجازه می‌دهد بسته به ماده هدف، شرایط جداسازی را تغییر دهد.

بر همین اساس، فناوری بازیابی مس مورد آزمایش، یک فرآیند صرفا مکانیکی یا فیلتراسیون ساده نیست؛ بلکه جداسازی غشایی را با یک مرحله الکتروشیمیایی ترکیب می‌کند تا فلز محلول از یک جریان آبی پیچیده بازیابی شود.

چرا آب معدن اهمیت فنی دارد؟

آب‌های متاثر از فعالیت معدنی می‌توانند حاوی یون‌های فلزی محلول باشند. چالش اصلی در چنین جریان‌هایی، رقیق‌بودن ماده اولیه هدف و هم‌زمانی آن با سایر گونه‌های شیمیایی است. فناوری شرکت «SiTration» دقیقا برای چنین جریان‌هایی طراحی شده است و شرکت اعلام کرده که هدف آن بازیابی مواد از منابع رقیق و پیچیده است.

این ویژگی می‌تواند دامنه فرآوری را به جریان‌هایی گسترش دهد که در طراحی سنتی واحد‌های فرآوری، خوراک اصلی محسوب نمی‌شوند. در این رویکرد، آب معدن فقط یک جریان جانبی نیست؛ بلکه می‌تواند به‌ عنوان خوراک یک واحد بازیابی فلز مورد ارزیابی قرار گیرد.

از منظر فنی، این تغییر نگاه اهمیت زیادی دارد، زیرا بازیابی فلز از جریان‌های بسیار رقیق مستلزم کنترل دقیق جداسازی، انتخاب‌پذیری، انتقال جرم، مقاومت غشا، گرفتگی سطح و عملکرد الکتروشیمیایی است. منابع موسسه فناوری ماساچوست تاکید کرده‌اند که قابلیت تنظیم غشا و ترکیب آن با استخراج الکتروشیمیایی، بخش مهمی از معماری این فناوری است.

دو مرحله برای عبور از فاز آزمایشگاهی به میدانی

برنامه شرکت «BHP» و شرکت «SiTration» در دو مرحله طراحی شده است. مرحله نخست در آگوست ۲۰۲۶ آغاز شده و یک فاز پایلوت در مقیاس کوچک بوده که قرار است در آن تولید پیوسته و خودکار مس از آب معدن طی حدود یک ماه آزمایش شود. مرحله دوم برای اواخر سال ۲۰۲۶ برنامه‌ریزی شده و در صورت اجرا، هدف آن تولید حداکثر ۲ تن کاتد مس در یک دوره حدود دوماهه خواهد بود.

این تفکیک مرحله‌ای از نظر مهندسی اهمیت دارد. فاز پایلوت نخست بیشتر برای بررسی عملکرد پیوسته، قابلیت اطمینان و شرایط عملیاتی در محیط واقعی طراحی شده است؛ در حالی که فاز پایلوت دوم می‌تواند اطلاعات بیشتری درباره عملکرد سامانه در مقیاس بالاتر ارائه کند؛ بنابراین هنوز نمی‌توان نتیجه گرفت که فناوری به مرحله تجاری کامل رسیده است. آنچه اکنون وجود دارد، یک آزمایش میدانی برای سنجش عملکرد فناوری در شرایط واقعی معدن است.

آزمایش با مواد اولیه واقعی معدن

یکی از مهم‌ترین نکات پروژه این است که پیش از آغاز پایلوت میدانی، شرکت «SiTration» تست‌های مقیاس آزمایشگاهی را با مواد اولیه واقعی سایت معدنی انجام داده است. بر اساس اعلام شرکت و گزارش مجله «International Mining»، این آزمایش‌ها به تولید مس با گرید «A» منجر شده‌اند.

همچنین شرکت «SiTration» اعلام کرده است که در آزمایش‌های اولیه، مصرف انرژی برای بازیابی مس از آب رقیق‌شده معدن کم‌تر از ۳ تا ۴ کیلووات‌ساعت به ازای هر کیلوگرم مس بوده است. این عدد مربوط به آزمایش‌های اولیه و در مقیاس آزمایشگاهی است و نباید به‌ عنوان عملکرد قطعی فاز پایلوت صنعتی یا یک واحد تجاری تلقی شود.

این تمایز اهمیت دارد؛ زیرا عملکرد یک سامانه جداسازی در مقیاس آزمایشگاهی الزاما با عملکرد آن در شرایط پیوسته، دبی بالاتر و ترکیب متغیر خوراک یکسان نیست. فاز پایلوت جدید دقیقا برای بررسی همین فاصله میان عملکرد آزمایشگاهی و عملکرد میدانی طراحی شده است.

بدون افزودن ماده شیمیایی و بدون تولید جریان پسماند جدید

شرکت «SiTration» اعلام کرده است که این فناوری برای بازیابی مواد اولیه از جریان‌های پیچیده بدون استفاده از مواد شیمیایی افزوده و بدون ایجاد پسماند‌های معدنی جدید طراحی شده است. این فناوری بر غشا‌های سیلیکونی و فرآیند الکتروشیمیایی متکی است.

موسسه فناوری ماساچوست نیز در تشریح فناوری شرکت «SiTration»، کاهش استفاده از مواد شیمیایی و حرارت را از ویژگی‌های این رویکرد عنوان کرده است. با این حال، ارزیابی کامل عملکرد زیست‌محیطی فناوری نیازمند داده‌های عملیاتی در مقیاس پایلوت و مقایسه مستقیم با فرآیند مرجع خواهد بود.

از این منظر، فناوری بازیابی مس را نمی‌توان صرفا یک فناوری استخراج فلز دانست؛ بلکه این فناوری در مرز میان تصفیه جریان‌های معدنی، جداسازی یونی و بازیابی فلز قرار می‌گیرد.

سابقه توسعه فناوری در جریان‌های معدنی

پروژه شرکت «BHP» نخستین مواجهه شرکت «SiTration» با جریان‌های معدنی نیست. موسسه فناوری ماساچوست در سال ۲۰۲۴ گزارش کرده بود که این شرکت با شرکت «Rio Tinto» برای بازیابی فلزات از آب تولیدشده در فرآیند‌های معدنی همکاری داشته است. در آن پروژه، غشا‌های قابل تنظیم شرکت «SiTration» برای کار با آب معدن توسعه و آزمایش شدند و هدف، حرکت از آزمایش‌های اولیه به سمت سامانه‌های کوچک‌مقیاس و سپس مقیاس بزرگ‌تر بود.

این سابقه نشان می‌دهد توسعه فناوری شرکت «SiTration» در حوزه آب‌های معدنی از یک آزمایش منفرد فراتر رفته و همکاری با شرکت‌های معدنی برای آزمون در شرایط واقعی، بخشی از مسیر توسعه آن بوده است.

شرکت «BHP» نیز پیش‌تر در فناوری‌های مرتبط با افزایش بازیابی مس از مواد اولیه کم‌عیار و مواد فرآوری‌شده سابقه فعالیت داشته است. این شرکت در ارائه فنی عملیات مس خود اعلام کرده است که فناوری‌های جدید لیچینگ را برای بهبود بازیابی و فرآوری انواع مختلف سنگ معدن بررسی می‌کند.

چالش اصلی؛ مقیاس‌پذیری

مهم‌ترین آزمون پیش‌روی فناوری بازیابی مس در سایت معدنی تاریخی «Copper Cities»، عبور از نتایج آزمایشگاهی به عملکرد پایدار در شرایط واقعی است.

ترکیب شیمیایی آب معدن می‌تواند بر عملکرد غشا و مرحله الکتروشیمیایی اثر بگذارد. علاوه بر این، در مقیاس بزرگ باید مسائلی مانند پایداری غشا، گرفتگی، کنترل جریان، انتخاب‌پذیری یون‌ها، کیفیت محصول، پیوستگی عملیات و کنترل سامانه الکتروشیمیایی بررسی شوند. منابع فنی موسسه فناوری ماساچوست و شرکت «SiTration» بر دوام و قابلیت تنظیم غشا‌ها تاکید دارند، اما پاسخ نهایی درباره عملکرد در مقیاس صنعتی باید از داده‌های پایلوت استخراج شود.

به همین دلیل، تولید ۲ تن کاتد در فاز پایلوت دوم را باید یک هدف آزمایشی و نه نشانه‌ای از ظرفیت تجاری یک واحد صنعتی دانست.

تغییر مفهوم مواد اولیه در فرآوری مس

اگر در فاز‌های آزمایشی سایت معدنی «Copper Cities» بتوان عملکرد پایدار فناوری را در شرایط واقعی نشان داد، اهمیت فنی پروژه فراتر از بازیابی مس از یک سایت تاریخی خواهد بود. در این صورت، آب‌های متاثر از فعالیت‌های معدنی، پساب‌ها و سایر جریان‌های رقیق می‌توانند در کنار سنگ معدن، باطله و مواد ثانویه به‌ عنوان منابع بالقوه بازیابی فلز مورد بررسی قرار گیرند.

در این چارچوب، فناوری بازیابی مس یک تغییر مهم در منطق فرآوری ایجاد می‌کند: به‌ جای تمرکز کامل بر افزایش حجم مواد اولیه، بخشی از نوآوری به افزایش توانایی سامانه برای استخراج فلز از جریان‌هایی اختصاص می‌یابد که پیش‌تر فرآوری آنها دشوار بوده است.

به بیان ساده‌تر آزمایش مشترک شرکت «BHP» و شرکت «SiTration» در سایت معدنی «Copper Cities» یکی از نمونه‌های قابل‌توجه حرکت فناوری فرآوری مس به سمت بازیابی فلز از جریان‌های ثانویه و رقیق است. این پروژه به‌ جای استخراج مجدد سنگ، آب متاثر از فعالیت معدنی را به‌ عنوان خوراک بازیابی مورد آزمایش قرار می‌دهد.

در فناوری شرکت «SiTration» با ترکیب نانوفیلتراسیون سیلیکونی و استخراج الکتروشیمیایی، تلاش بر این است که مس محلول از یک جریان پیچیده جدا شود. آزمایش‌های اولیه با مواد اولیه واقعی سایت به تولید مس گرید «A» منجر شده، اما اعتبارسنجی اصلی اکنون در شرایط میدانی و در قالب دو فاز آزمایشگاهی دنبال می‌شود.

در نتیجه، هنوز برای اعلام تجاری‌شدن کامل این فناوری زود است. نقطه تعیین‌کننده، داده‌هایی خواهد بود که از عملکرد پیوسته، قابلیت اطمینان، کیفیت محصول و مقیاس‌پذیری سامانه در فاز‌های آزمایشگاهی سایت معدنی «Copper Cities» به دست می‌آید. اگر این آزمون‌ها موفق باشند، فناوری بازیابی مس می‌تواند یکی از مسیر‌های جدید برای استخراج فلز از جریان‌های کم‌غلظت، آب‌های معدنی و منابع ثانویه در زنجیره فرآوری باشد.