ارزیابی چرخه عمر
ارزیابی چرخه عمر به عنوان روشی برای ارزیابی اثرات زیست‌محیطی تولید یا ارائه محصولات مطرح است و اساسا شامل تلفیقی از مبادلات مربوط به محیط‌زیست در طول چرخه عمر محصول یا خدمات و ارزیابی اثرات زیست‌محیطی مرتبط با آن تغییرات است. چرخه عمر کامل محصول، معمولا به مراحل زیر تقسیم می‌شود:
– استخراج و پالایش مواد خام
– تولید محصول
– استفاده از محصول، بازیافت و دفع.
بر این اساس، مدل‌سازی ارزیابی اثرات LCA (ارزیابی چرخه عمر) به دو روش مساله‌گرا (نقاط میانی) و روش آسیب‌گرا (نقاط پایانی) صورت می‌گیرد. روش مساله‌گرا که در این مقاله از آن استفاده شده است، به بررسی روش‌های مختلف استحصال کانی‌های معدنی به همراه تجزیه‌وتحلیل اثرات زیست‌محیطی آنها می‌پردازد. برای مقایسه فرایندهای استحصال مس از یک نوع سنگ معدن کم‌عیارمس با ترکیب: کالکوسیت 5.2 درصد، پیریت 48.3درصد و کوارتز 49.2درصد استفاده شد.

فرایندهای پیرومتالورژی
تولید کنسانتره و سپس عملیات ذوب
یک فرایند عمومی پیرومتالورژی برای کانی‌های سولفیدی مس شامل مراحل زیر است:
– خردایش و فلوتاسیون سنگ معدن برای به دست آوردن کنسانتره (تغلیظ)
– ذوب کنسانتره برای به دست آوردن مات مس
– تبدیل مات مس به مس بلیستر
– پالایش مس بلیستر برای به دست آوردن فلز مس با خلوص بالا.

ذوب مستقیم سنگ معدن

در این روش با حذف مرحله تغلیظ، سنگ معدن مستقیما مورد عملیات ذوب قرار می‌گیرد. در این فرایند، مرحله تولید کنسانتره حذف و اثرات وابسته از جمله انرژی مصرفی و انتشار گازهای گلخانه‌ای بیشتر می‌شود. در این روش از آنجا که باید ماده جامد کم‌عیار بیشتری را به دمای ذوب رساند، نیاز به انرژی مصرفی اضافی و در نتیجه تولید گازهای گلخانه‌ای بیشتر است. از آنجا که بسیاری از معادن مس، دامپی از سولفیدهای باطله دارند که حاوی مقادیر قابل‌توجهی سولفید آهن (پیریت و پیروتیت) است، با استفاده از این مواد به عنوان فلاکس و منبع سوخت (گرمازا بودن واکنش‌های سولفیدی) می‌توان مصرف سوخت‌های فسیلی را کاهش داد. این گزینه در مدل‌سازی فرایند از قبل گنجانده شد و نتایج نشان داد که هیچ سوخت فسیلی خارجی برای ذوب و مراحل تبدیل نیاز نیست. با این حال مقداری انرژی الکتریکی برای مراحل ذوب نیاز است.

فرایندهای هیدرومتالورژی

فرایند هیدرومتالورژی کانی‌های اکسیدی مس شامل مراحل زیر است:
– لیچینگ (هیپ یا تحت فشار) سنگ معدن خردشده یا لیچینگ توده معدنی یا کنسانتره و انحلال آبی مس
– انتقال مس از این محلول ناخالص با استفاده از استخراج‌کننده‌ها
– عملیات الکترووینینگ.

هیپ لیچینگ
هیپ لیچینگ در اصل برای فرآوری سنگ معدن اکسیدی مس به کار می‌رود، اما برای کانی‌های کم‌عیار سولفوری نیز هم از آن استفاده می‌شود. به طور معمول در این فرایند سنگ معدن را 6 تا 13میلی‌متر قبل از انباشته شدن خرد می‌کنند.

لیچینگ تحت فشار
فلز را می‌توان از انحلال کانی آن در اسیدسولفوریک در فشار اتمسفریک استحصال کرد، اما نیاز به مقدار زیادی اسید است. برای انحلال بهتر می‌توان از فشار و درجه حرارت بیشتر برای کاهش مصرف اسید استفاده کرد. لیچینگ تحت فشار سنگ معدن با استفاده از اسیدسولفوریک در اتوکلاو و دمای حدود 250 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود و در حال حاضر این روش برای تولید فلز نیکل کاربرد زیادی دارد. در این روش نیازی به خردایش بیشتر سنگ معدن برای آزادسازی فلز نیست و این فرایند به اندازه ذرات غیرحساس است.
خردایش سنگ معدن معمولا قبل از لیچینگ تا حدود 250-100 میکرون انجام می‌شود. در سال‌های اخیر از لیچینگ تحت فشار برای استخراج مس از سنگ معدن کانی‌های کالکوپیریت استفاده شده است. لیچینگ مستقیم این کانی‌ها محدود است چون عمدتا سینتیک انحلال کالکوپیریت بسیار آرام است. درکارخانه‌های جدید، سنگ معدن ابتدا به صورت کنسانتره در آمده و سپس در دمای 200 تا 230 درجه درون اتوکلاو به همراه سولفات و با استفاده از اکسیژن لیچ می‌شوند. سایز خردایش برای کنسانتره به طور معمول 40 میکرون است. در حالی که کاهش اندازه ذرات کنسانتره ممکن است عملکرد لیچینگ را بهبود دهد، اما این امر اثرات چشمگیری در بازیابی مس ندارد.

لیچینگ در محل
لیچنگ در محل، روش شناخته‌شده‌ای است که برای مواد معدنی‌ای که نفوذ پذیری بالایی دارند، به کار می‌رود. سرعت این فرایند پایین بوده، هرچند که امروزه با تحقیقات انجام‌شده کاربرد تجاری آن سرعت گرفته و تا حد زیادی بازیابی فلزات از این روش بهبود یافته است. انرژی موردنیاز برای این فرایند برای مناطق مختلف متفاوت بوده چرا که شدیدا به شرایط ژئوشیمیایی، عمق توده سنگ معدنی و خواص سنگ معدن وابسته است.
 با کاهش عیار سنگ معدن میزان انرژی لازم برای تولید یک کیلوگرم مس برای تمامی روش‌ها افزایش می‌یابد. چنان‌چه مینرالوژی کانی یکسان باشد بهترین روش‌ها برای سنگ‌های کم‌عیار به ترتیب عبارتند از: روش ذوب کنسانتره با اندازه دانه 75 میکرون، هیپ لیچینگ، ذوب مستقیم، لیچینگ تحت فشار ذوب کنسانتره با اندازه دانه 5 میکرون و روش لیچینگ در محل. روش‌هایی که کمترین میزان گاز 2CO را تولید می‌کنند نیز به ترتیب عبارتند از: روش ذوب کنسانتره با اندازه دانه 75 میکرون، هیپ لیچینگ، ذوب مستقیم، لیچینگ تحت فشار، ذوب کنسانتره با اندازه دانه 5 میکرون و روش لیچینگ در محل.

نتیجه‌گیری
از آنجایی که کاهش عیار سنگ معدن و پیچیده‌تر شدن توده سنگ، امری اجتناب‌ناپذیر است، در آینده مصرف انرژی به همراه انتشار گازهای گلخانه‌ای برای تولید فلز اولیه افزایش می‌یابد. انتخاب مناسب‌ترین روش استحصال فلز از سنگ معدن با عیار پایین همیشه روشن و مشخص نیست. بر اساس مطالعات و تحقیقات انجام‌شده بر اساس روش ارزیابی، چرخه عمر بهترین فرایندها برای استخراج مس از سنگ معدن با عیار پایین (کم تا 0.1 درصد مس) از نظر مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای عبارتند از: ذوب کنسانتره سنگ معدن، ذوب مستقیم، هیپ لیچنگ، لیچینگ تحت فشار و لیچینگ در محل.
نتایج مطالعه نشان می‌دهد که مناسب‌ترین روش برای استحصال فلز از سنگ معدن با عیار پایین از نظر انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای به طور عمده به کانی‌شناسی (مینرالوژی) کانسار مربوطه بستگی دارد و در صورتی‌ که نیاز به خردایش بیشتر به دلیل کاهش عیار سنگ معدن نباشد، روش ذوب کنسانتره برای مس ارجحیت دارد. با این حال اگر خردایش بیشتری موردنیاز باشد (تا 5 میکرون) برای کانی‌های مس به ترتیب روش‌های هیپ لیچینگ و ذوب مستقیم برتری دارند.