Hiểu về quá trình khai thác đồng: Tại sao quặng sulfide chiếm ưu thế trong sản xuất

Khi nói đến khai thác đồng, không phải quặng nào cũng giống nhau. Tảng đá chứa đồng chủ yếu là vật liệu không mong muốn gọi là gangue, và hiệu quả khai thác đồng phụ thuộc nhiều vào loại quặng mà thợ mỏ đang làm việc. Ngành công nghiệp chủ yếu tập trung vào hai loại: quặng oxit đồng và quặng sulfide đồng, mỗi loại đòi hỏi các phương pháp xử lý hoàn toàn khác nhau.

Ưu thế của quặng sulfide

Quặng sulfide đồng là loại phổ biến nhất trong ngành, chiếm khoảng 50 phần trăm sản lượng đồng toàn cầu. Khoáng vật sulfide phổ biến nhất là chalcopyrite, được đánh giá cao vì hàm lượng đồng cao hơn và dễ tách khỏi đá vô giá trị. Mặc dù ít phổ biến hơn các mỏ oxit, quặng sulfide mang lại lợi nhuận vượt trội nhờ thành phần khoáng vật và hiệu quả khai thác.

Phương pháp xử lý quặng sulfide đồng phụ thuộc vào mức độ tập trung. Các mỏ có hàm lượng cao có thể được xử lý bằng phương pháp luyện kim, trong khi các mỏ có hàm lượng thấp hơn cần sử dụng kỹ thuật hydrometallurgical. Một số mỏ sử dụng phương pháp khai thác bằng cách oxy hóa bằng vi khuẩn để chuyển sulfide thành axit sulfuric, đồng thời cho phép hòa tách bằng axit sulfuric để tạo ra dung dịch đồng sunfat. Các dung dịch này sau đó trải qua quá trình chiết dung môi và điện phân (SX-EW) để thu hồi đồng tinh khiết. Ngoài ra, các mỏ sulfide giàu có thể được tập trung bằng công nghệ tuyển nổi bọt.

Quặng oxit: Lựa chọn tiết kiệm chi phí

Trong khi quặng oxit đồng có vẻ ít hấp dẫn hơn đối với các nhà thăm dò do hàm lượng thấp hơn, chúng mang lại lợi thế kinh tế — chi phí xử lý thấp hơn so với các hoạt động sulfide. Các mỏ oxit này thường được xử lý bằng các quy trình hydrometallurgical. Khoáng vật oxit hòa tan như carbonate đồng được hòa tan bằng axit sulfuric, tạo ra dung dịch đồng sunfat. Dung dịch này sau đó được tách đồng qua các nhà máy SX-EW, cung cấp đồng tinh khiết cao.

Một lựa chọn phụ là phương pháp cementation, trong đó sắt vụn tiếp xúc với dung dịch pregnant để kết tủa đồng. Tuy nhiên, đồng thu được từ cementation thường ít tinh khiết hơn đồng từ quy trình SX-EW.

Quá trình hình thành quặng sulfide

Hiểu rõ nguồn gốc quặng sulfide đồng giúp làm rõ lý do tại sao các mỏ này lại quý giá đến vậy. Các mỏ sulfide khối phát triển khi các dòng chất lỏng siêu nhiệt — thường là nước biển — tuần hoàn qua các lớp đá do hoạt động núi lửa thúc đẩy. Khi các dòng chất lỏng hydrothermal này đi xuống và nóng lên, các sulfate hòa tan biến thành sulfide hoặc kết tủa. Đồng thời, các dòng chất lỏng mất magnesium, làm giảm pH và tạo điều kiện axit hòa tan các thành phần đá khác thành các dung dịch phức tạp.

Khi các dòng chất lỏng nóng này nguội đi gần bề mặt Trái Đất hoặc đáy biển, chúng kết tủa các khoáng vật như pyrite, chalcopyrite, sphalerite và galena — hình thành các mỏ sulfide khối lớn. Các mỏ lớn nhất thường nằm trong các dải đá xanh trong các craton cổ đại Archean, đặc biệt ở Nam Phi và Canada. Các mỏ này không chỉ là nguồn cung cấp đồng chính mà còn là nguồn cung chì, kẽm và bạc.

Các mỏ sulfide khối chứa trầm tích là một dạng biến thể, trong đó các dòng hydrothermal đi qua các lớp trầm tích phủ trước khi kết tủa. Quá trình này thay đổi thành phần hóa học của dòng chảy, dẫn đến sự đa dạng khoáng vật rộng hơn. Các mỏ này thường chứa hàm lượng chì, kẽm và bạc cao hơn so với đồng so với các mỏ do núi lửa hình thành. Các ví dụ nổi bật bao gồm mỏ Sullivan ở Canada và Broken Hill ở Úc.

Tại sao điều này quan trọng

Sự khác biệt giữa các loại quặng sulfide đồng và phương pháp xử lý ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế khai thác và nguồn cung đồng. Khi nhu cầu đồng tăng trong các lĩnh vực năng lượng tái tạo và điện tử, việc hiểu rõ các mỏ quặng nào có khả năng kinh tế trở nên cực kỳ quan trọng đối với các nhà đầu tư và các nhà quan sát ngành công nghiệp theo dõi năng lực sản xuất và các kịch bản cung ứng trong tương lai.