فصل اول:مفاهیم اولیه فلوتاسیون
1∙1 مقدمه
پروسه فلوتاسیون یکی از روشهای متداول فراوری مواد معدنی است که برای اولین بار در سال 1906 به ثبت رسیده است∙کاربرد این پروسه انتخابی بیشتر برای کانسار پیچیده فلزی ١چون سرب وروی ،اکسیدهای آهن وروی،سولفاتهای روی وآهن و همچنین کانسارهای غیر فلزی مانند فلوئوریت ، فسفاتها،زغال سنگ وغیره می باشد∙
کاربرد سایر روشهای جداسازی مواد معدنی از قبیل روشهای ثقلی، مغناطیسی والکترواستاتیکی اختصاص به کانیهای معین ویا مواد معدنی متشکل از تعداد محدود ومشخصی از کانیها دارد در حالیکه فلوتاسیون با بکار گیری اختلاف خواص شیمیایی سطوح کانیها ومواد شیمیایی متعددی که امروزه فراهم آمده است تقریبا هیچگونه محدودیتی در جداسازی مواد معدنی ندارد . مشکل نرمه در صنعت فلوتاسیون نیز اخیرا با مواردی که با استفاده از تکنیک فولو کولاسیون2 انتخابی در دسترس قرار گرفته است تا حدود زیادی رفع شده است.
فرایند فلوتاسیون به دلایل مشروحه ذیل از اهمیت بیشتری نسبت به سایر روشهای تغلیظ برخوردار است:
الف)کاهش منابع معدنی با عیارهای بالا و مینرالوژی ساده که بتوان به روشهای ساده فیزیکی ساده آنها را تغلیظ نمود .
ب)کاربرد وسیع صنعت فلوتاسیون در محدوده دانه بندی مواد معدنی بین 20 تا 200 مش به طوریکه این ابعاد از 10 مش در مورد زغال سنگ ودر مورد سایر مواد مواد معدنی از 48 مش وتا 10 تا 15 میکرون
که در شرایط خاص تحت فراوری قرار میگیرد، مورد استفاده قرار میگیرد.
ج)تکنیکهای مختلف فلوتاسیون منحصر به نوع کانی معین و یا تعداد محدودی از کانیهای متشکله سنگهای معدنی نمی باشد∙
1∙2∙آشنایی با مفاهیم فلوتاسیون
فلوتاسیون یکی از مهمترین فرایندهای جداسازی کانیها می باشد ونقش بسیار مهم وتعیین کننده ای در فراوری مواد معدنی به عهده دارد∙به قسمی که امروزه بیش از 109*2 تن در سال ،مواد معدنی تحت این فرایند جداسازی قرار می گیرد.فلوتاسیون باکاربردخواص شیمیایی فیزیکی سطوح و براساس چسبندگی3حبابهای هوا به قطعات کانی در یک محیط آبی و سپس شناور شدن4 این مجموعه به طرف سطح مایع ونهایتا انتقال به لایه کف5 که در بالای سطح مایع قرار گرفته است،مبتنی می باشد.
به منظور جداسازی کانیهای ارزشمند 6 در یک سنگ، ابتدا آن را به ابعاد مناسب توسط دستگاههای سنگ شکنی وآسیاها خرد می نمایند.این ابعاد به جز در موارد خاص به اندازه دجه آزادی7 ویا حتی با توجه به شرایط بهینه8 فرایند کوچکتر از آن نیز می باشد.مواد خرد شده در آب توسط هم زن به صورت معلق در می آید که اصطلاحا به آن پالپ 9 می گویند. رقت پالپ به طور معمول بین25٪تا 45٪وزنی جامد می باشد.سپس مواد شیمیایی خاصی به پالپ اضافه گشته وضمن هم زدن دائمی وپس از طی زمان معینی که برای تاخیر مواد شیمیایی لازم است آنرا به سلولهای فلوتاسیون منتقل مینمایند این مرحله را فاز آماده سازی می نامند.
ذکر این نکته ضروری است که سطوح اکثریت کانیها پس از عملیات خردایش وقبل از تاثیر عوامل محیطی، به راحتی توسط آب خیس گشته وفی الواقع تمایلی به دور نمودن آب از خود در مقابل هوا ندارد بطوریکه سطح اینگونه مواد را آب 1 پذیر می گویند. موادی که دارای سطوح هیدروفیل می باشند در فرایند فلوتاسیون فلوته نمیگردند . لذا می بایست سطح بعضی از کانیهای مورد نظر را به صورت انتخابی 12 بقسمی آماده نمود که تمایل بیشتری به هوا بیابند .به عبارت دیگر آب را از خود دور نموده ومتصل به حباب هوا گردند . اینگونه سطوح را آبران یا آب گریز 13 می نامند .شکل 1-2 تفاوت سطوح آب پذیر را از لحاظ ترشوندگی وزاویه تماس آب با سطح کانی نشان می دهد.
1.3. معرف های شیمیایی14 مورد مصرف در فلوتاسیون
هدف نهایی از اضافه نمودن مواد شیمیایی در فرایند فلوتسیون ایجاد وجلوگیری از هیدروفوب شدن سطح کانیها می باشد .در فرایند فلوتاسیون از مواد شیمیایی دیگری نیز به منظور فراهم نمودن شرایط مناسب جهت تاثیر در
امر فوق الذکر و یا ایجاد پایداری حبابهای هوا به منظور ایجاد وتوان لازم جهت حمل ذرات کانی به سطح سیال بر اساس قوانین شناوری استفاده می گردد.
اهم مواد شیمیایی که در فلوتاسیون مصرف می گردد با توجه به خواص وعملکرد معینهر کدام به شرح ذیل تقسیم بندی می گردد.
1∙3 ∙1∙ کلکتورها15
در فلوتاسیون کلکتورها مواد عالی فعال کننده سطوح16 کانیها می باشند که به صورت انتخابی در سطح یک یا چند کانی مورد نظر جذب وسبب هیدرو فوب شدن آن می گردد . وبدین ترتیب یک حباب هوا به صورت ترجیهی به اینگونه کانیها متصل گشته وان را با خود به لایه کف که د ر بالای سلول فلوتاسیون قرار دارد می برد .جزئیات دیگر در این رابطه در بخشهای بعدی به تفصیل آورده خواهد شد.
1∙3∙2فعال کننده ها17
فعال کننده ها موادی هستند که به منظور افزایش جذب انتخاب کلکتور بر سطح یک کانی مشخص بکار برده می شوند .بعبارت دیگر فعال کننده ها قبل از کلکتور به پالپ افزوده شده و با انجام واکنشهایی در سطح بعضی از کانیها زمینه لازم جهت جذب کلکتور را بر روی آنان به صورت انتخابی فراهم آورده و باعث تسریع در عمل جذب کلکتور می گردند.
1∙3∙3∙بازداشت کننده ها18
باز داشت کننده ها با عملکردی درست برعکس عملکرد فعال کننده ها با تاثیر بر سطح بعضی از کانیها سبب جلوگیری از جذب کلکتور بر روی آنان می گردند و به عبارت دیگر هیدروفیل بودن سطوح اینگونه کانیها را حفظ یا تشدید می کند .
1∙3∙4∙کف سازها19
کف سازها نیز از مواد شیمیایی فعال کننده سطوح بوده بطوریکه از این مواد به منظور تشکیل وپایداری کف استفاده می شود به قسمی که کانی های دارای سطوح هیدروفوب بتوانند به راحتی به حباب هوا اتصالی پایدار یابند .به طور کلی کف سازها جهت اهداف ذیل مورد استفاده قرار می گیرند:
الف)کنترل ابعاد حباب هوا
ب)کنترل شکل حباب هوا
ج)ایجاد پایداری کافی حباب هوا در طی فرایند
د)کاهش انرژی سطحی سیال
1∙3∙5∙تنظیم کننده ها20
تنظیم کننده ها به تمامی مواد شیمیایی (آلی و معدنی )که سبب تنظیم وتعدیل شرایط محیط فلوتاسیون وشیمی پالپ می گردد اطلاق می شود که از آن جمله مواد تنظیم کنندهph محلول را می توان نام برد.
1∙4پروسه فلوتاسیون22
پس از مرحله آماده سازی پالپ وارد سلولهای فلوتاسیون23 می گردد .سلول فلوتاسیون به عنوان یک رآکتور متشکل از یک تانک،هم زن وتجهیزات لازم برای توزیع ویا ایجاد حبا ب هوا در پالپ می باشد وهوای دمیده شده در درون سلول به صورت حبابهایی با ابعاد قابل کنترل از درون پالپ به طرف سطح سلول حرکت می نمایند.همچنان که آب برروی سطوح هیدروفیل جذب می گردد ،حبابهای هوا نیز بر روی سطوح هیدروفوب قرار گرفته وبه آن متصل می گردند.این مجموعه حباب وقطعات کانیهای متصل به آن با در نظر گرفتن تاثیر نیروی ارشمیدسی بر آن از آب سبکتر بوده وبه طرف سطح پالپ حرکت کرده وبالا می آیند.مجموعه این حبابهای متصل به کانیها با پایداری مناسبی که توسط کف ساز به آن داده شده است در بالای سطح پالپ به صورت لایه ای از کف جمع شده وسپس این مجموعه توسط پاروهایی که در بخش فوقانی سلول تعبیه شده از سلول خارج می گردد.
لازم به ذکر است که ذرات هیدروفوب که توسط حبا ب هوا به سطح سلول منتقل وسپس از آن خارج می شوندددچنانچه متشکل از کانی یا کانیهای ارزشمند باشنددراینصورت کف،محصول پر عیار شدهای را تشکیل می دهد واین روش را فلوتاسیون مستقیم24 میگویند.گاهی از اوقات می توان از فلوتاسیون معکوس25 استفاده کرد به طوریکه سطح کانیهای گانگ یا باطله را هیدروفوب نموده و آنها را فلوته وبه عنوان باطله از سلول خارج نمود.در اینصورت باقیمانده کانیها در پالپ محصول پر عیار 26 راتشکیل خواهند داد.
در تمامی مراحل آماده سازی وفلوتاسیون به منظور جلوگیری از ته نشین شده فاز جامد وافزایش سینیتیک فرآیندها، پالپ توسط دستگاه هم زن27 هم زده می شود .بنابراین می توان مراحل مختلف فرآیندفلوتسیون را پس از اضافه نمودن موادشیمیایی لازم وطی زمان آماده سازی به طور خلاصه شامل سه مرحله مختلف می توان دانست .
- مرحله اول که در آن نزدیک شدن وتلقی حباب وقطعه کانی اتفاق می افتد به طوری که در این حالت یک فیلم نازک مایع بین این دو(حباب وقطعه کانی)قرار دارد.
- مرحله دوم که در آن فیلم مزبور تا حد گسیختگی نازک میگردد .
- مرحله سوم که در آن فیلم نازک مایع گسیخته شدهوتماس والصاق پایداری میان حباب هوا وقطعه کانی بوجود می آید.پس از تحقق الصاق پایدار کانی هیدروفوب به حباب هوا ایندو مجموعا به طرف سطح پالپ شناور گشته و به لایه کف منتقل می گردند.
درک صحیح از فرایند فلوتاسیون نیازمندبررسی دوجنبه فیزیکی وشیمیایی سیستم می باشد. از جمله باید دانست که چرا بعضی از مواد جامد قابلیت فلوتاسیون سریعی دارند وبعضی دیگر فاقد آن می باشند.عوامل تغییر وکنترل شیمی سطح کانیها کدامند؟ونقض پارامترهای ترمودینامیکی در شیمی و فیزیک سطح چه می باشند؟مکانیزم عمل مواد شیمیایی مصرفی در فلوتاسیون وتنظیم قابلیت تر شوندگی سطح کانیهای مختلف چگونه است؟
تاثیر ساختمان کریستالی وشیمی کریستالی کانیها چیست؟وهمچنین عوامل کنترل سینیتیک محاصره قطعات کانی توسط حبابهای هوا وسینیتیک کلی فرآیند وسلولهای فلوتاسیون کدامند؟
از نقطه نظر صنعتی جنبه های هیدرودینامیکی ومهندسی فلوتاسیون دارای مفاهیم علمی وعمیقی می باشند که می بایست مورد ارزیابی قرار گیرد.آنچه در این میان اهمیت ویژهای دارد درک دقیق وتصویر علمی از این فرآیند مهم جداسازی 28 است.
مبانی علمی فلوتاسیون در نیمه دوم قرن بیستم وبه ویژه در دو دهه اخیر رشد شایانی نموده است وهر چه هنوز جنبه های نا شناخته ای وجود دارد که مورد مطالعه محققین است لیکن فلوتاسیون امروزه یک روش مبتنی بر سعی وخطا نبوده ومی بایست با یافتن پایه های علمی ودرک پدیده های نسبتا پیچیده ترمو دینامیک سطح ومکانیز مهای جذب از یک سو وجنبه های مهندسی آن از سوی دیگر به عنوان علم و تکنیک ارزشمند به مطالعه آن پرداخت.
پایان نامه بررسی مقایسه ای سلول های فلوتاسیون مورد استفاده در کارخانه های کانه آرایی
