Designade samlare för selektiv flotation av sulfidmineraler
Moderna liv utan metaller är ofattbart. Utvinningen av mineraler och metaller i modern tid innebär en komplex process som har utvecklats under århundraden.
Ett viktigt steg i denna process kallas flotation, som separerar olika mineraler från malmer. För att uppnå detta används en typ av reagens som kallas en samlare. Samlare har en funktionell grupp som binder till metallatomer som finns på mineralytor. För att förbättra separationen av olika mineraler ingår ofta ytterligare föreningar som kallas modifieringsreagens i flotationsblandningen. Men modifieringsreagens är ofta giftiga och deras användning kan ha negativa effekter på miljön, även om de förbättrar separationsprocessen.
Trots att man använder både uppsamlare och modifieringsreagens för att återvinna metaller, finns en betydande mängd avfallsmaterial kvar efter flotation. Ytterligare utvinning av metaller från detta avfallsmaterial är utmanande och inte ekonomiskt genomförbart, vilket resulterar i att materialet klassificeras som processavfall och deponeras i ett specifikt område nära gruvorna. Lakning av tungmetaller och giftiga joner från dessa avfallsmaterial på grund av dränering av surt regn kan orsaka miljöskador.
Vårt projekt fokuserar på att utveckla miljövänliga samlare som är mer effektiva och selektiva jämfört med traditionella. Dessa innovativa samlare syftar till att utvinna värdefulla mineraler från gruvavfall, även om de finns i små mängder, utan att behöva använda giftiga modifieringsreagens.
Dessa avancerade uppsamlare möjliggör en betydande minskning av miljöskador genom att eliminera behovet av skadliga modifieringsreagens och utvinna mineraler från konventionella processavfall. Detta minskar risken för sur regndränering avsevärt. Därför uppmuntrar vårt projekt en ansvarsfull och hållbar användning av naturresurser genom att möjliggöra utvinning av värdefulla mineraler som annars skulle kastas som avfall.
Den kemiska sammansättningen och kristallstrukturen hos mineraler varierar vilket leder till skillnader i avståndet mellan metallatomerna på deras ytor. Mineralogisk karaktärisering möjliggör en omfattande identifiering av mineraler i avfallsmaterial. Med denna information kan avstånden mellan metallatomer på olika mineralytors beräknas genom molekylär modellering. Därefter kan samlare designas med två funktionella grupper som är specifikt anpassade för att matcha de unika avstånden på mineralytorna som vi vill återvinna. Traditionella samlare har endast en funktionell grupp och därför är ofta inte mineralspecifika. Denna geometriska matchning säkerställer att den designade ”två-huvud” samlaren binder selektivt och effektivt till det önskade mineralet och inte till andra mineraler som har andra avstånd mellan dess metallatomer på ytan.
För att analysera samlarens funktion med fokus på pyritavfall i koppargruvor kommer flotationstester att genomföras i laboratorieskala. Resultaten, som involverar flotationsprodukterna, kommer att utvärderas med hjälp av elementaranalys samt olika spektroskopiska metoder för att optimera mineralutvinningen.
Våra samlare är gjorda av miljövänliga kemikalier, fettsyror och aminosyror, som är nedbrytbara i naturen. Efter användning, om uppsamlarna släpps ut i naturen, kommer de att självupplösas till ingrediensbiomolekyler, som i sin tur kommer att genomgå fullständig mikroorganismmedierad nedbrytning. Så dessa samlare lämnar inga fotavtryck på miljön. Gruvorna av sulfidmineral (t.ex. kopparmalm kopparkis) innehåller stora mängder av järnsulfidmineralet pyrit. Eftersom järn är mycket billigare än andra övergångsmetaller hamnar pyrit som avfallsmaterial i sulfidgruvor. "Avfallspyrit" innehåller mineraler av koppar, nickel, kobolt i betydande mängder, men dessa värdefulla mineraler är svåra att återvinna med konventionella samlare och giftiga modifieringsreagens. Projektets särskilda fokus är att separera dessa värdefulla mineraler från processavfall med hjälp av våra effektiva mineralspecifika ’två-huvud’ samlare. Pyritavfallet kommer också att för behandlas i en ugn under olika förhållanden såsom varierande temperatur och atmosfär som oxiderande (luft), inert (kväve) eller reducerande (väte). Syftet med värmebehandlingen är att underlätta den fysiska separeringen av de samexisterande mineralerna i avfallet och därigenom förbättra återvinningen av Cu- och Co-innehållande mineraler. Att utvinna dessa mineral från avfall på ett miljövänligt och effektivt sätt kommer att vara värdefullt både ekonomiskt och ekologiskt.
Statens verk för innovationssystem VINNOVA-stödda projekt kommer att administreras och de flesta av laboratorieexperimenten kommer att utföras av forskningsämnet Gränsytors kemi, Luleå tekniska universitet. I detta projekt kommer samlarsyntesen at t skalas upp, tillsammans med industripartnern Clariant AB Länk till annan webbplats, öppnas i nytt fönster.. I det framtida projektet kommer de producerade uppsamlarna även att användas för pilotskaliga flotationsförsök vid Boliden AB
Länk till annan webbplats, öppnas i nytt fönster..
Kontakt
Anuttam Patra
- Universitetslektor
- 0920-491934
- anuttam.patra@ltu.se
- Anuttam Patra
Hesham Ahmed
- Biträdande professor, Biträdande professor
- 0920-491309
- hesham.ahmed@ltu.se
- Hesham Ahmed
Uppdaterad: