الترشيح الكومي: تصميم السطح وإدارة التشغيل
يستعيد الترشيح الكومي (heap leaching) من 60–90% من النحاس في الخامات المؤكسدة و55–80% من الذهب في الخامات المكوّرة، بتكلفة تمثل جزءاً من تكلفة الطحن. ولأن الخام المكوّم على سطح هندسي يتصرف كمفاعل ذي طبقة ثابتة متجددة، تتوقف النتيجة على أربعة قرارات: تصميم السطح، والتكوير، والري، وإدارة المحاليل.
النقاط الأساسية
- حجم التكسير (P80) يحكم نسبة الاسترجاع واستهلاك الكاشف معاً؛ والتكسير الأخشن يقايض الاسترجاع بالإنتاجية.
- التكوير بالأسمنت أو الجير يمنع هجرة النواعم وتكوّن قنوات في الخامات الطينية.
- الري بالتنقيط بمعدل 5–15 L/h/m² يحفظ الكومة غير مشبعة ويحمي مخزون المحلول.
- السطح المبطن بغشاء geomembrane مع كشف التسرب هو المعيار؛ ونظام الصرف يضبط عمود المحلول فوق البطانة.
- يجب أن تطابق دائرة الاسترجاع عيار المحلول: SX-EW لمحلول النحاس المؤكسد، وامتزاز على الكربون أو Merrill-Crowe للذهب.
كيف تعمل الدائرة
يُرشّح محلول إذابة — حمض كبريتي H₂SO₄ مخفف لأكاسيد النحاس، وسيانيد صوديوم NaCN مخفف للذهب والفضة — عبر كومة كبيرة، ويُجمع المحلول الحامل في القاعدة. ينتقل المحلول الحامل (PLS) إلى أحواض ثم إلى الاستخلاص بالمذيبات والاستخلاص الكهربائي في النحاس، أو الامتزاز على الكربون مع الإزالة الكهربائية في الذهب. يُعاد المحلول الفقير (raffinate) بعد تعزيزه بالحمض أو السيانيد إلى قمة الكومة. في هذه الحلقة المغلقة لا تُستهلك إلا مكيبات الكاشف، والحمض الذي تستهلكه الشوائب، وطاقة الضخ.
يربط التكوير النواعم بالحبيبات الخشنة باستخدام الأسمنت أو الجير أو الحمض، وينتج حبيبة تقاوم الانضغاط وتحفظ النفاذية. وبدونه، تميل الخامات التي تزيد نواعمها على 15–20% إلى الانفصال أثناء التكويم، فتُسدّ شبكة المسام ويمر المحلول في قنوات تفضيلية.
معايير التصميم الحرجة
كل مشروع مفاوضة بين الاسترجاع والإنتاجية وتكلفة الكاشف. القيم في الجدول نطاقات عمل لا وصفات جاهزة؛ ويُثبت الحد الأمثل باختبارات الأعمدة.
| المعيار | الوحدة | النطاق النموذجي | ملاحظة تصميمية |
|---|---|---|---|
| حجم التكسير P80 | mm | 6–19 (ذهب)، 12–50 (نحاس مؤكسد) | يُحسَّن بالأعمدة؛ النواعم تحكم النفاذية |
| ارتفاع الطبقة | m | 4–10 | أقل للخامات الطينية أو بطيئة الترشيح |
| الارتفاع النهائي | m | 30–120 (طبقات متعددة) | تحقّق من قدرة التحمل وتدهور النفاذية |
| معدل الري | L/h/m² | 5–15 (نحاس)، 5–10 (ذهب) | أبقِ الكومة غير مشبعة؛ التنقيط مفضل |
| زمن النض بالحمض | أيام | 1–7 | للنحاس المؤكسد والثانوي مع فترة التعتيق |
| تركيز H₂SO₄ | g/L | 5–50 | يحدده استهلاك الشوائب وعيار PLS المستهدف |
| تركيز NaCN | g/L | 0.2–0.5 | حافظ على pH 10.5–11.0 لكبح HCN |
| المادة الرابطة (ذهب) | kg/t | أسمنت 3–10؛ جير 0.5–2 | الأسمنت للخامات الطينية؛ والجير يرفع pH أيضاً |
| الموصلية الهيدروليكية | m/s | ≥1×10⁻⁴ | يجب أن تتجاوز تدفق الري بمقدار رتبة |
| النواعم (<75 µm) | % | ≤20–30 بعد التكوير | القيم الأعلى تتطلب نضاً أقوى وتكويناً أبطأ |
المعيار الأكثر أثراً هو استهلاك الحمض في الشوائب (GAC): كل كيلوغرام من الحمض تستهلكه الكالسيت أو الدولوميت أو أكاسيد الحديد هو كيلوغرام لا يرشّح النحاس. والخام الذي يزيد استهلاكه على 50–70 kg/t من H₂SO₄ نادراً ما يدعم كومة أكسيدية اقتصادية، ويجب تثبيت هذا الرقم على لباب حفر ممثل قبل أي عمل تصميمي آخر.
الكومة أم الخزانات: أيهما أفضل
الكومة تتفوق في التكلفة، والخزانات في السرعة والاسترجاع، والقرار يعتمد على العيار والإنتاجية والمعدنية.
| المعيار | الترشيح الكومي | الترشيح في خزانات (CIL/تقليب) |
|---|---|---|
| العيار النموذجي | <1 g/t ذهب؛ 0.1–1% نحاس مؤكسد | >1.5–2 g/t ذهب |
| حجم التغذية | 6–50 mm أو خام خام | طحن إلى نحو 75 µm (P80) |
| زمن المكوث | 30–400+ يوم | 24–48 ساعة |
| الاسترجاع النموذجي | 55–90% | 85–95% |
| كثافة رأس المال | منخفضة (بلا مطاحن أو خزانات) | مرتفعة |
| ملاءمة الخام | نفّاذ وقليل الطين بعد التكوير | ناعم وصعب الاستخلاص وطيني |
المنطقة الرمادية — عيار متوسط وطين معتدل وإنتاجية حدّية — هي بالضبط ما يبرر برنامج اختبارات جيداً، لأن فرقاً في الاسترجاع بين 3–5% قد يقلب اختيار المخطط.
تصميم السطح وأسباب الترشيح غير المتجانس
- تهيئة الأساس. ميل لطيف 2–5% وأساس مستقر وأقل حفر وردم ممكن؛ تُزال التربة السطحية وتوضع طبقة مضغوطة قليلة النفاذية بسماكة 300–600 mm كقاعدة للبطانة.
- نظام البطانة. غشاء HDPE بسماكة 1.5–2.0 mm فوق طين مضغوط أو GCL، مع كشف تسرب بين الطبقتين؛ وتشترط الجهات التنظيمية عادة حاجزاً مزدوجاً. ويستحق فحص اللحامات واستواء القاعدة إشرافاً دائماً.
- جمع المحلول والأحواض. أنابيب مجمعة على فرشة صرف بميل نحو المخرج؛ تُصمَّم أحواض PLS والمحلول الفقير والمياه العاصفة على المخزون التشغيلي زائد عاصفة التصميم، مع حوض طوارئ.
- التوريد والتكويم. قلابات (مرنة لكنها تضغط) أو مكوّم شعاعي بالسير (منتظم وأقل ضغطاً وأعلى كلفة)؛ ويُمنع سير المعدات على أسطح مرويّة حديثاً.
- التكوير والنض. أسطوانة دوارة أو سير تكوير بجرعة رابطة، ورطوبة 8–14%، وفترة تعتيق قبل بدء الري.
- الري والتهوية. خطوط تنقيط كل 0.6–1.0 m ونقاطات كل 0.6–1.0 m مع مرشحات ضغط وغسل دوري؛ وفي الترشيح البكتيري للكبريتيدات تُضاف تهوية قسرية في قاعدة كل طبقة، لأن الأكسجين هو المحدد عادة.
- الغسل والتصفية والإغلاق. بروتوكول غسل حتى بلوغ معايير pH والمعادن، وتصفية من أسابيع إلى أشهر، وغطاء نهائي بالتبخر-النتح أو قليل النفاذية.
تتكرر أنماط الفشل: تشكّل برك سطحية بسبب الانضغاط أو انجراف النواعم أو حبيبات مشبعة بالماء؛ وتكوّن قنوات يظهر فيها المحلول خلال ساعات بعيار أدنى من توقع الأعمدة؛ وانحسار المسام بالجبس أو الجاروسيت أو هيدروكسيد الحديد؛ وتوقف جبهة الحمض بسبب استهلاكه في الشوائب؛ وهبوط تفاضلي بسبب نقص الرابطة أو التكويم على طبقة لم تُصفَّ. ومعظم هذه الأسباب تبدأ في تحضير التغذية لا في السطح نفسه.
التكلفة والطاقة
لمشروع نحاس مؤكسد بسعة 10,000 t/d (السطح والأحواض والري ومصنع SX-EW، دون أسطول التعدين أو تكاليف المالك)، تبلغ كثافة رأس المال نحو US$40–90 لكل طن سنوي من الطاقة، أي أقل بأضعاف من مسار الطحن والتعويم. ويمثل السطح والبطانة 10–20% من رأس مال المعالجة، وغالباً ما يأتي تجاوز الميزانية من تحجيم الأحواض بعد عاصفة التصميم.
تتراوح تكلفة التشغيل للنحاس المؤكسد بين US$1.5–3.5 لكل طن معالج (دون التعدين)، ويهيمن عليها الحمض: 15–40 kg/t بسعر US$80–150/t يعطي US$1.2–6.0/t حسب حموضة الشوائب. أما الذهب فيتراوح بين US$2–5/t، مع NaCN بمقدار 0.2–0.5 kg/t (US$0.4–1.5/t بسعر US$2,000–3,000/t) ورابطة بـ US$0.5–2.5/t.
التكسير هو أكبر حمل كهربائي: 1–3 kWh/t حسب الدائرة والصلادة. ويستهلك التكويم 0.3–0.8 L ديزل للطن. وضخ المحلول 100 m يكلّف نحو 0.3 kWh/m³. وغياب الطحن — الذي يستهلك وحده 10–20 kWh/t — هو السبب البنيوي لانخفاض تكلفة الكومة عن الخزانات، ولزيادة الميزة في المواقع النائية ذات طاقة الديزل المكلفة.
ماذا تقول بيانات التشغيل
يعرض مثالان مركبان (توضيحيان ولا يُنسبان إلى عميل محدد) كيف تتحول المعايير إلى نتائج. في موقع نحاس مؤكسد بسعة 18,000 t/d وحجم P80 قدره 20 mm واستهلاك شوائب 22 kg/t وري 10 L/h/m²، استقر عيار PLS عند 2.4 g/L نحاس، وعاد المحلول الفقير بـ 6–8 g/L H₂SO₄، وبلغ الاسترجاع 78% عند 240 يوماً، منها نحو 60% في الستين يوماً الأولى. وفي موقع ذهب بسعة 8,000 t/d وحجم P80 قدره 12 mm وتكوير بـ 1.2 kg/t جير و0.3 g/L NaCN عند pH 10.8 وري 8 L/h/m²، بلغ الاسترجاع 74% عند اليوم 90، مع تحميل كربون 2,500–3,500 g/t واستهلاك سيانيد 0.35 kg/t.
تتكرر ثلاث ظواهر: الاسترجاع مركّز بشدة في البداية، وعيار المحلول يعاكس معدل الري، والاسترجاع المقاس يقل ببضع نقاط عن توقع الأعمدة. وتُعالج هذه الفجوة بمعاملات تحجيم متحفظة لا بافتراضات متفائلة.
الأسئلة الشائعة
ما الخامات الأنسب للترشيح الكومي؟
أكاسيد النحاس (كريزوكولا، مالاكيت، أتاكاميت)، والكبريتيدات الثانوية مثل كالكوسيت، والذهب الحر. ويجب أن تتحرر عند حجم التكسير دون طحن ناعم، وأن تكون محدودة الطين أو قابلة للتكوير، وباستهلاك حمض يمكن إدارته. أما الكبريتيدات شديدة الصعوبة فتحتاج معالجة تأكسدية مسبقة.
كم تستغرق دورة الترشيح الكاملة؟
النحاس المؤكسد 90–240 يوماً للطبقة، والذهب 45–120 يوماً، والترشيح البكتيري للكبريتيدات من سنة إلى أربع لأن الأكسدة البكتيرية بطيئة. وفي التشغيل متعدد الطبقات تتداخل الدورات فيستمر السطح في إنتاج المحلول.
ما البطانة المطلوبة للسطح؟
بطانة مركبة: طبقة تربة مضغوطة قليلة النفاذية أو GCL يعلوها غشاء HDPE بسماكة 1.5–2.0 mm، مع كشف تسرب بين الطبقات. ويقاوم HDPE الحمض الكبريتي ومحاليل السيانيد، وتُفحص اللحامات بالتفريغ أو بالشرارة أثناء التركيب.