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ヒープリーチングは、一連の化学反応を利用して特定の鉱物を吸収し、他の地球物質から分離した後にそれらを再分離することで、鉱石から貴金属、銅、ウラン、およびその他の化合物を抽出するために使用される工業採掘プロセスです。原位置採掘と同様に、ヒープリーチ採掘は、ライナーに鉱石を置き、点滴システムを介して化学物質を鉱石に追加するという点で異なります。一方、原位置採掘ではこれらのライナーがなく、鉱物を得るために貴溶液を引き上げます。ヒープリーチングは、浮選、撹拌、バットリーチングなどの従来の処理方法と比較して、低コストで目的の濃縮物を生産するため、現代の大規模採掘事業で広く使用されています。[1]
さらに、ダンプリーチングはほとんどの銅採掘作業に不可欠な部分であり、他の要因とともに生産された材料の品質グレードを決定します。
ダンプリーチングは採掘プロセスに収益性をもたらすため、つまり採掘プロセスの経済的実行可能性に大きく貢献できるため、リーチング操作の結果を全体的なプロジェクト経済評価に含めることは有利です。[2]
このプロセスの起源は古く、コッパラス（硫酸鉄）を製造する古典的な方法の1つは、黄鉄鉱を山積みにしてそこから浸出液を集め、それを鉄と一緒に煮沸して硫酸鉄（II）を生成するというものでした。[3]
プロセス
採掘された鉱石は通常、小さな塊に砕かれ、不浸透性のプラスチックまたは粘土で裏打ちされた浸出パッドに積み上げられ、浸出液で灌漑されて貴金属が溶解されます。散水器が灌漑に時々使用されることもありますが、蒸発を最小限に抑え、浸出液の分布をより均一にし、露出した鉱物へのダメージを避けるために、点滴灌漑が使用されることの方が多いです。その後、溶液は堆積物に浸透し、対象鉱物とその他の鉱物の両方を浸出します。このプロセスは「浸出サイクル」と呼ばれ、通常、単純な酸化鉱石 (ほとんどの金鉱石など) の場合は 1 ～ 2 か月、ニッケルラテライト鉱石の場合は 2 年かかります。溶解した鉱物を含む浸出液は収集され、処理プラントで処理されて対象鉱物が回収され、場合によっては他の鉱物が沈殿し、試薬レベルを調整した後、堆積物にリサイクルされます。対象鉱物の最終的な回収率は、含まれるランオブマインダンプ浸出硫化銅鉱石の 30% から、浸出が最も容易な鉱石、一部の酸化金鉱石の 90% 以上までの範囲になります。
ヒープ浸出のプロセス中に解決すべき重要な質問は次のとおりです。[4]
- 鉱石を粉砕するための投資は、回収率と回収率の潜在的な増加によって正当化されるでしょうか?
- 経済的に処理できる溶液を生成するために、酸の濃度を時間の経過とともにどのように変化させるべきでしょうか?
- ヒープの形状は回収率と溶解度にどのように影響しますか?
- どのような状況下でも、浸出液の品質が臨界限界を下回るまでにどのような回復が期待できますか?
- どのような回復（定量化可能な尺度）が期待できますか？
近年、凝集ドラムの追加により、より効率的な浸出が可能になり、ヒープ浸出プロセスが改善されました。回転ドラム凝集装置は、粉砕された鉱石の微粒子を凝集させて、より均一な粒子にします。これにより、浸出液が堆積物に浸透しやすくなり、粒子間のチャネルを通過しやすくなります。
凝集ドラムを追加すると、浸出溶液を鉱石の微粉と事前に混合して、より濃縮された均質な混合物を実現し、堆積前に浸出を開始できるという追加の利点もあります。[5]
ヒープ浸出設計は、新しい材料の使用や改良された分析ツールの導入により、ここ数年で大きな進歩を遂げてきましたが、業界の経験から、設計プロセスをライナーを超えて岩盤自体にまで拡張することで大きなメリットが得られることがわかっています。浸出用鉱石の物理的および水力学的 (流体力学的) 特性の評価では、鉱石の重要な特性を直接測定することに重点が置かれます。
- 堆積高さと鉱石のかさ密度（密度プロファイル）の関係
- 嵩密度と浸透容量（導電率プロファイル）の関係
- 嵩密度、多孔度およびその構成要素（ミクロおよびマクロ）の関係
- 水分含有量と浸透容量の関係（導電率曲線）
- 前述のパラメータと鉱石の準備方法（採掘、粉砕、凝集、養生、配置方法）との関係
理論および数値解析、および運用データから、これらの基本的なメカニズムは、スケール、次元、および不均一性によって制御され、これらはすべて、研究室から現場までの冶金および流体力学的特性の拡張性に悪影響を及ぼすことがわかります。これらのメカニズムを無視すると、ヒープの寿命全体にわたって響き渡り、運用の財務収益に影響を与える多くの実用的および財務上の問題が発生する可能性があります。一般的に採用されている冶金試験を超える手順と、リアルタイムの 3D モニタリングを通じて収集されたデータの統合により、ヒープ環境の物理化学的特性のより完全な代表的な特性が得られます。この理解の向上により、ヒープ内の環境の真に代表的なサンプルを作成するという点で、大幅に高い精度が得られます。[6]
上記の特性に従うことで、ヒープ浸出環境のより包括的なビューを実現でき、業界は事実上のブラックボックスアプローチから物理化学的に包括的な工業用リアクターモデルに移行できるようになります。
貴金属
粉砕された鉱石は、希薄アルカリ性シアン化物溶液で洗浄される。貴金属を含んだ希薄溶液は、粉砕された鉱石を浸透し続け、堆積物の底にあるライナーに到達し、貯蔵池（希薄溶液）に排出される。希薄溶液から貴金属を分離した後、希薄シアン化物溶液（現在は「貧溶液」と呼ばれる）は通常、堆積浸出プロセスで再利用されるか、または時々工業用水処理施設に送られ、残留シアン化物が処理され、残留金属が除去される。熱帯地方などの降雨量が非常に多い地域では、処理後に環境に排出される余剰水がある場合があり、処理が適切に行われないと水質汚染を引き起こす可能性がある。 [要出典]
この方法で金の指輪1つを製造すると、20トンの廃棄物が発生する可能性があります。[7]
抽出段階では、金イオンはシアン化物と錯イオンを形成します。
金の回収は酸化還元反応によって容易に達成されます。
溶液から金を取り除く最も一般的な方法は、活性炭を使用して選択的に金を吸収するか、メリル・クロウ法（亜鉛粉末を加えて金と亜鉛を沈殿させる）を使用する方法です。精製された製品はドレー（金銀の延べ棒）または亜鉛と金のスラッジのいずれかとなり、その後別の場所で精製されます。
銅鉱石
この方法は、硫酸を使用して銅を鉱石から溶解することを除いて、上記のシアン化物法に似ています。酸は溶媒抽出回路（溶媒抽出-電解採取、SX/EWを参照）からリサイクルされ、浸出パッド上で再利用されます。副産物として、黄鉄鉱の浸出の副産物として生成される硫酸鉄(II)、ジャロサイトがあり、場合によっては、プロセスに必要な硫酸と同じものが生成されます。酸化鉱石と硫化鉱石の両方を浸出できますが、浸出サイクルは大きく異なり、硫化物浸出にはバクテリアまたはバイオ浸出コンポーネントが必要です。
2011年には、ヒープ浸出法と原位置浸出法の両方で340万トンの銅が生産され、これは世界生産量の22％に相当します。[8]最大の銅ヒープ浸出事業は、チリ、ペルー、および米国南西部で行われています。
ヒープ浸出は低コストのプロセスですが、回収率は通常 60 ～ 70% です。通常、低品位の鉱石で最も利益が出ます。高品位の鉱石は通常、より複雑な粉砕プロセスにかけられ、回収率が高いため追加コストが正当化されます。選択されるプロセスは鉱石の特性によって異なります。
最終製品はカソード銅です。
ニッケル鉱石
この方法は、銅法と同様の酸ヒープリーチング法で、粉砕した鉱石から目的の鉱物を溶かすのにシアン化物溶液ではなく硫酸を使用する。必要な硫酸の量は銅鉱石の場合よりもはるかに多く、鉱石1トンあたり1,000 kgにもなるが、500 kgが一般的である。この方法は、もともとオーストラリアの鉱山会社BHPによって特許取得されており、BHPの完全子会社であるコロンビアのCerro Matoso、ブラジルのVale、およびトルコの岩石ラテライト鉱床、フィンランドのTalvivaara鉱山、バルカン半島、およびフィリピンでEuropean Nickelによって商業化されている。現在、商業規模のニッケルラテライトヒープリーチ事業は稼働していないが、フィンランドでは硫化物HLが稼働している。
浸出液からのニッケルの回収は銅の場合よりもはるかに複雑で、鉄とマグネシウムの除去にさまざまな段階が必要であり、このプロセスでは、浸出された鉱石残留物 (「リピオス」) と回収プラントからの化学沈殿物 (主に酸化鉄残留物、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム) がほぼ同量生成されます。したがって、ニッケル堆積浸出のユニークな特徴は、尾鉱処分場が必要であることです。
最終製品はニッケル水酸化物沈殿物 (NHP) または混合金属水酸化物沈殿物 (MHP) であり、その後従来の製錬にかけられて金属ニッケルが生成されます。
ウラン鉱石
酸化銅の堆積浸出法に似ており、これも希硫酸を使用します。 リオ・ティント社はナミビアとオーストラリアでこの技術を商業化しており、フランスの核燃料会社オラノ社はニジェールの2つの鉱山とナミビアで、その他数社がその実現可能性を研究しています。
最終製品はイエローケーキであり、燃料グレードの飼料を生産するにはさらに大幅な処理が必要です。
装置
ほとんどの鉱山会社は、これまで受け入れられていた散水法から、シアン化物や硫酸などの厳選された化学物質をゆっくりと滴下して鉱床の近くに浸透させる方法に移行しましたが、[9]ヒープ浸出パッドは長年にわたってあまり変わっていません。パッドには、従来型、ダンプ浸出、谷埋め、オン/オフパッドの4つの主要なカテゴリがあります。[10]通常、各パッドには、最小厚さ1.5mm、通常はそれよりも厚い 単一のジオメンブレンライナー があります。
最もシンプルな設計の従来のパッドは、主に平坦またはなだらかなエリアに使用され、砕いた鉱石の薄い層を保持します。ダンプ リーチ パッドはより多くの鉱石を保持し、通常はそれほど平坦でない地形を処理できます。バレー フィルは、谷底または谷底レベルに設置され、そこに落ちるすべてのものを保持できるパッドです。オン/オフ パッドでは、パッドにかなり大きな負荷をかけ、サイクルごとにパッドを取り外して再ロードする必要があります。
以前は掘削深度が約15メートルだったこれらの鉱山の多くは、材料を採掘するために、約50メートル、時にはそれ以上と、以前よりも深く掘削しています。つまり、移動する土地をすべて収容するために、パッドは、より狭い領域に含まれる粉砕された鉱石の増加によるより高い重量を保持する必要があります（Lupo 2010）。[11] 堆積物の増加に伴い、収量または鉱石の品質が低下する可能性があり、ライニングに潜在的な弱点または圧力蓄積の増加領域が発生する可能性があります。この堆積物は、ライナーに穴を開ける可能性を依然として持っています。2004年の時点では、クッション生地は穴を開けてそこからの漏れを減らすことができますが、クッションに大きすぎる表面に過度の重量がかかるとリスクが増加する傾向があるため、まだ議論されています（Thiel and Smith 2004）。[12] さらに、ライナーによっては、その組成によっては土壌中の塩分や化学物質の浸出による酸と反応してライナーの有効性に影響を与える可能性があります。これは時間の経過とともに増幅される可能性があります。[引用が必要]
環境問題
効果
ヒープリーチ採鉱は、粉砕に比べて同等の量の鉱物を抽出するために必要な鉱石の冶金処理（粉砕）が減るため、低品位鉱石を大量に採掘する場合に適しています。処理コストが大幅に削減されますが、通常約 60 ～ 70% の収量低下によって相殺されます。ヒープリーチ採鉱による全体的な環境への影響は、従来の技術よりも低いことがよくあります。[要出典]この方法を使用するとエネルギー消費も少なくなるため、多くの人が環境に優しい代替手段であると考えています。
政府の規制
米国では、1872年の一般鉱業法により、公有地での探査と採掘の権利が与えられており、当初の法律では採掘後の埋め立ては義務付けられていませんでした（Woody et al. 2011）。連邦所有地での採掘地埋め立て要件は、 1976年に連邦土地政策管理法が可決されるまで、州の要件に依存していました。現在、連邦所有地での採掘には、採掘を開始する前に政府の承認を得た採掘および埋め立て計画が必要です。埋め立て債券が必要です。[13]連邦、州、または私有地での採掘は、大気浄化法と水質浄化法の要件の対象となります。
埋め立て問題に対する解決策として提案されているのは、採掘対象となる土地の民営化である (Woody et al. 2011)。
文化的および社会的懸念
環境保護運動の台頭とともに社会正義への認識も高まり、鉱業も最近同様の傾向を示している。潜在的な鉱業用地の近くにある社会は、鉱業が行われた土地（公有地または私有地）に加えられた変更によって環境が影響を受けるため、不公正にさらされるリスクが高まり、最終的には社会構造、アイデンティティ、身体的健康に問題が生じる可能性がある（Franks 2009）。[14] 多くの人（誰？）は、鉱山の電力を地元住民に循環させることで、両方の利益団体が将来の目標について平等な発言権と理解を共有できるため、この意見の不一致は緩和できると主張している。しかし、企業の鉱業利益と地元の社会的利益を一致させることは難しいことが多く、意見の不一致が成功するかどうかは金銭が決定的な要因となることが多い。地域社会が、地元の環境や社会に関する問題について正当な理解と力を持っていると感じることができれば、採掘に伴うプラスの利益を容認し、奨励する可能性が高くなり、また、地元の地理に関する深い知識を活用して、堆積浸出採掘に代わる方法をより効果的に推進する可能性が高くなります (Franks 2009)。
例
参照
参考文献
- ^ Petersen, J., & Dixon, DG (2002). 黄銅鉱濃縮物の好熱ヒープ浸出.鉱物工学, 15 (11), 777-785.
- ^ Bouffard, Sylvie C.、および David G. Dixon。「ヒープ浸出プロセスの流体力学に関する調査研究」Metallurgical and Materials Transactions B 32.5 (2001): 763-776。
- ^ 18世紀半ばの産業イギリス、ネイチャー、第83巻、第2113号、1910年4月28日木曜日、267ページ。
- ^ Roman, Ronald J., Blair R. Benner, George W. Becker. 「ヒープ浸出の拡散モデルとスケールアップへの応用」TRANS SOC MIN ENG, AIME 256.3 (1974): 247-252.
- ^ 「ヒープ浸出プロセスにおける凝集ドラム」 FEECO International, Inc. 2013年2月21日閲覧。
- ^ Guzmán-Guzmán, A., Y. Cáceres Hernández, O., Srivastava, R., & W. Jones, J. (2014). ヒープ浸出性能を向上させる統合プロセス制御。ペルー、リマで開催された第2回ヒープ浸出ソリューションに関する国際会議で発表された論文。
- ^ Gage B. & G. 2008.アメリカの怒り。米国：ヒューマン・ライツ・ウォッチ。
- ^ 米国地質調査所、2011年鉱物年鑑 - 銅、2012年。
- ^ Krauth, Richard G. 1991 ヒープ浸出採鉱のための制御浸透システムおよび方法。米国特許 5,005,806。1991 年 4 月 9 日。
- ^ Thiel, Richard、Mark E. Smith 2004 ヒープ浸出パッド設計の問題に関する実践レビューの現状。 ジオテキスタイルとジオメンブレン22(5): 555-568
- ^ ルポ、ジョン F. 2009 ヒープ浸出パッドのライナーシステム設計。ジオテキスタイルとジオメンブレン 28(12): 163-173
- ^ Thiel, Richard、Mark E. Smith 2004 ヒープ浸出パッド設計の問題に関する実践レビューの現状。ジオテキスタイルとジオメンブレン 22(5): 555-568
- ^ ネバダ州鉱物局、現代の採掘再生、Wayback Machineで 2013-07-02 にアーカイブ。
- ^ フランクス、ダニエル 2009 鉱山と地域社会の対立の回避: 対話から未来の共有へ。ジャック・ウィアツとクリス・モラン共著、鉱業における環境問題に関する第 1 回国際セミナー議事録。Enviromine 2009、サンティアゴ、チリ、(xx)。2009 年 9 月 30 日 - 10 月 2 日
外部リンク
- レンセラー工科大学工学部によると、地下水への堆積物の浸出は健康上の大きな懸念事項である。
- ヨーロッパニッケルPLCの公式ウェブサイト
- USGS 2005 鉱物年鑑 - ニッケル