تسلط بر استفاده از معرف های فلوتاسیون: بهبود دقت تشخیص ترکیب مواد معدنی

در زمینه‌های فرآوری مواد معدنی و تجزیه و تحلیل زمین‌شناسی، استفاده صحیح از معرف‌های فلوتاسیون برای تشخیص دقیق ترکیبات معدنی بسیار مهم است. فلوتاسیون یک فرآیند فیزیکوشیمیایی پرکاربرد برای جداسازی و غنی‌سازی مواد معدنی است که بر تفاوت در خواص فیزیکوشیمیایی سطوح معدنی تکیه دارد. با افزودن معرف‌ها، می‌توان آبدوستی یا آبگریزی سطوح معدنی را تنظیم کرد و جداسازی مواد معدنی هدف از باطله را امکان‌پذیر ساخت.

این مقاله مجموعه ای از نکات عملیاتی عملی را برای کمک به تکنسین های آزمایشگاهی و مهندسان معدن در بهینه سازی فرآیند شناورسازی، بهبود دقت و تکرارپذیری نتایج آزمایش معرفی می کند.

ابتدا، بیایید با انواع اساسی واکنشگرهای شناورسازی شروع کنیم - جمع‌کننده‌ها ، کف‌سازها و اصلاح‌کننده‌ها . هر واکنشگر نقش منحصر به فردی در فرآیند شناورسازی ایفا می‌کند. جمع‌کننده‌ها آبگریزی مواد معدنی را افزایش می‌دهند و اتصال آنها به حباب‌های هوا را تقویت می‌کنند؛ کف‌سازها به تثبیت لایه کف کمک می‌کنند و امکان جداسازی آسان مواد معدنی غنی‌شده از دوغاب را فراهم می‌کنند؛ اصلاح‌کننده‌ها برای تنظیم pH یا قدرت یونی دوغاب استفاده می‌شوند و شرایط بهینه را برای شناورسازی مواد معدنی ایجاد می‌کنند.

با پیشرفت‌های مداوم فناوری، انواع و کاربردهای معرف‌های فلوتاسیون نیز در حال گسترش است. انتخاب و استفاده صحیح از این معرف‌ها نه تنها می‌تواند نرخ بازیابی و عیار مواد معدنی را بهبود بخشد، بلکه مزایای قابل توجهی از نظر حفاظت از محیط زیست و کنترل هزینه نیز به همراه خواهد داشت.

چگونه از معرف های فلوتاسیون به درستی استفاده کنیم؟

انواع معرف ها

انواع معرف های مورد استفاده در کارخانه های فلوتاسیون به عواملی مانند خواص سنگ معدن، جریان فرآیند و تعداد محصولات معدنی مورد نظر بستگی دارد. به طور کلی، آنها از طریق آزمایش های انتخاب سنگ معدن یا آزمایش های نیمه صنعتی تعیین می شوند.

معرف ها را می توان به طور کلی بر اساس عملکردشان به سه نوع اصلی طبقه بندی کرد:

1. کف‌سازها: سورفکتانت‌های آلی که در سطح مشترک آب و هوا توزیع می‌شوند. آن‌ها برای تولید لایه‌ای از کف که می‌تواند مواد معدنی را شناور کند، استفاده می‌شوند. کف‌سازهای رایج شامل روغن کاج، اسید کریسیلیک و الکل‌ها هستند.

2. کلکتورها: وظیفه آنها جذب کانی‌های هدف، تغییر آبگریزی سطوح کانی‌ها برای ایجاد امکان چسبیدن ذرات کانی شناور به حباب‌های هوا است. بر اساس ماهیت آنها، کلکتورها را می‌توان به کلکتورهای غیرقطبی، کلکتورهای آنیونی و کلکتورهای کاتیونی تقسیم کرد. کلکتورهای رایج مورد استفاده شامل داروی سیاه، داروی زرد، داروی سفید، اسیدهای چرب، آمین‌های چرب و روغن‌های معدنی هستند.

3. اصلاح‌کننده‌ها: اصلاح‌کننده‌ها شامل فعال‌کننده‌ها و مهارکننده‌ها هستند که خواص سطوح معدنی را تغییر می‌دهند و بر تعامل بین مواد معدنی و کلکتورها تأثیر می‌گذارند. اصلاح‌کننده‌ها همچنین شامل عواملی هستند که برای تغییر خواص شیمیایی یا الکتروشیمیایی محیط آبی، مانند تنظیم‌کننده‌های pH و وضعیت کلکتورها، استفاده می‌شوند. انواع اصلاح‌کننده‌ها عبارتند از:

• تنظیم کننده های pH: آهک، کربنات سدیم، اسید سولفوریک، دی اکسید گوگرد.

• فعال‌کننده‌ها: سولفات مس، سولفید سدیم.

• مهارکننده‌ها: آهک، نمک خون زرد، سولفید سدیم، دی‌اکسید گوگرد، سیانید سدیم، سولفات روی، دی‌کروماتیک پتاسیم، شیشه آب، تانن، کلوئیدهای محلول، نشاسته، پلیمرهای مصنوعی و غیره.

• سایر: عوامل خیس کننده، عوامل شناورساز، حل کننده ها و غیره

دوز معرف

دوز معرف ها در طول فلوتاسیون باید دقیق باشد. مقادیر ناکافی یا بیش از حد می تواند بر شاخص های فرآوری مواد معدنی تأثیر بگذارد. استفاده بیش از حد ممکن است هزینه های پردازش را نیز افزایش دهد.

رابطه بین دوز معرف و نشانگرهای شناورسازی:

• دوز ناکافی کلکتور می‌تواند منجر به آبگریزی ناکافی مواد معدنی شود و میزان بازیابی را کاهش دهد. برعکس، مقادیر بیش از حد ممکن است کیفیت کنسانتره را کاهش داده و شناورسازی جداسازی را پیچیده کند.

• دوز ناکافی کف‌ساز می‌تواند منجر به پایداری ضعیف کف شود، در حالی که مقادیر بیش از حد ممکن است باعث پدیده "سرریز" شود.

• مقدار خیلی کم فعال‌کننده می‌تواند منجر به فعال‌سازی ضعیف شود، در حالی که مقدار زیاد آن ممکن است گزینش‌پذیری فرآیند شناورسازی را مختل کند.

• دوز ناکافی مهارکننده می‌تواند عیار کنسانتره را کاهش دهد، در حالی که مقادیر بیش از حد آن ممکن است مواد معدنی را که باید شناور شوند، سرکوب کند و میزان بازیابی را کاهش دهد.

آماده سازی معرف

معرف های جامد برای افزودن آسان به مایعات رقیق می شوند. معرف های نامحلول در آب مانند داروی زرد، داروی سیاه آمین، شیشه آب، کربنات سدیم، سولفات مس و سولفید سدیم باید به صورت محلول های آبی با غلظت های بین 2 تا 10 درصد تهیه شوند. معرف های نامحلول در آب باید قبل از آماده شدن به عنوان محلول آبی برای افزودن در یک حلال حل شوند، مانند برخی از کلکتورهای آمین که می توانند مستقیماً اضافه شوند، مانند روغن شماره 2، داروی سیاه شماره 31 و اسید اولئیک. برای معرف های بسیار محلول که به مقادیر قابل توجهی نیاز دارند، غلظت های آماده سازی معمولاً از 10٪ تا 20٪ متغیر است، مانند سولفید سدیم که در حین استفاده با 15٪ تهیه می شود. برای معرف های کم محلول، می توان از حلال های آلی برای حل آنها قبل از تهیه آنها به عنوان محلول های با غلظت کم استفاده کرد.

انتخاب روش آماده‌سازی واکنشگرها در درجه اول به خواص واکنشگرها، روش افزودن و عملکرد آنها بستگی دارد. یک واکنشگر مشابه می‌تواند به دلیل روش‌های مختلف آماده‌سازی، تفاوت‌های قابل توجهی در دوز و اثرات داشته باشد. به طور کلی، روش‌های آماده‌سازی رایج عبارتند از:

1. تهیه محلول آبی ۲٪ تا ۱۰٪: اکثر معرف‌های محلول در آب به این روش تهیه می‌شوند (مثلاً داروی زرد، سولفات مس، شیشه آب).

2. حل شدن در حلال: برخی از معرف‌های نامحلول در آب را می‌توان در حلال‌های مخصوص حل کرد. به عنوان مثال، داروی سفید در آب محلول نیست اما می‌تواند در محلول 10 تا 20 درصد آنیلین حل شود و باید پس از تهیه محلول مخلوط آنیلین استفاده شود. به طور مشابه، داروی سیاه آنیلین در آب محلول نیست اما می‌تواند در محلول قلیایی هیدروکسید سدیم حل شود، بنابراین قبل از افزودن معرف، ابتدا باید یک محلول قلیایی هیدروکسید سدیم تهیه شود تا محلول داروی سیاه آنیلین برای شناورسازی ایجاد شود.

3. آماده‌سازی به صورت سوسپانسیون یا امولسیون: برای برخی از واکنشگرهای جامد با انحلال‌پذیری کم، می‌توان آنها را به صورت امولسیون برای استفاده آماده کرد. به عنوان مثال، آهک انحلال‌پذیری بسیار کمی در آب دارد، بنابراین می‌توان آن را به خوبی آسیاب کرد و به پودر تبدیل کرد و با آب مخلوط کرد تا یک سوسپانسیون شیری رنگ (مثلاً شیر آهک) ایجاد شود، یا می‌توان آن را مستقیماً به صورت پودر خشک به آسیاب گلوله‌ای یا مخزن همزن اضافه کرد.

4. صابونی شدن: برای جمع کننده‌های اسید چرب، صابونی شدن رایج‌ترین روش است. به عنوان مثال، هنگام انتخاب هماتیت، صابون صابونی شده پارافین و روغن قطران به عنوان جمع کننده استفاده می‌شود. برای صابونی کردن روغن قطران، هنگام تهیه معرف باید حدود 10٪ کربنات سدیم اضافه شود و برای ایجاد محلول صابون داغ برای افزودن، گرم شود.

5. امولسیون‌سازی: امولسیون‌سازی را می‌توان با استفاده از امولسیون‌سازی اولتراسونیک یا همزن مکانیکی انجام داد. پس از امولسیون‌سازی، اسیدهای چرب و گازوئیل می‌توانند پراکندگی خود را در دوغاب افزایش دهند و اثربخشی واکنش‌دهنده‌ها را بهبود بخشند. افزودن برخی از عوامل امولسیون‌کننده می‌تواند اثربخشی را بیشتر افزایش دهد.

6. اسیدی سازی: هنگام استفاده از کلکتورهای کاتیونی، به دلیل حلالیت ضعیف آنها، قبل از حل شدن در آب برای شناورسازی، باید آنها را با اسید هیدروکلریک یا اسید استیک پیش تصفیه کرد.

7. روش آئروسل: این یک روش آماده‌سازی جدید است که عملکرد معرف‌ها را افزایش می‌دهد. این روش شامل استفاده از یک دستگاه اسپری مخصوص برای آئروسل کردن معرف‌ها در یک محیط هوا قبل از اضافه کردن مستقیم آنها به مخزن شناورسازی است، از این رو به آن "روش شناورسازی آئروسل" نیز گفته می‌شود. این روش نه تنها قابلیت شناوری مواد معدنی مفید را بهبود می‌بخشد، بلکه مصرف معرف را نیز به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، دوز کلکتورها می‌تواند تنها یک سوم تا یک چهارم مقدار معمول باشد، در حالی که دوز کف‌ساز می‌تواند تنها یک پنجم باشد.

8. تصفیه الکتروشیمیایی معرف‌ها: جریان مستقیم از محلول عبور داده می‌شود تا معرف‌های شناورسازی به صورت شیمیایی تصفیه شوند، که می‌تواند حالت معرف، مقدار pH و پتانسیل اکسایش-کاهش را تغییر دهد و در نتیجه غلظت فعال‌ترین اجزای معرف را افزایش دهد، غلظت بحرانی برای تشکیل کلوئیدها را بالا ببرد و پراکندگی معرف‌های کم محلول در آب را بهبود بخشد.

به طور کلی، کلکتورها و کف سازها به مدت 1-2 دقیقه هم زده می شوند، در حالی که برخی از معرف ها، مانند دی کرومات پتاسیم که برای مهار سرب در جداسازی مس از سرب استفاده می شود، ممکن است به هم زدن طولانی تری نیاز داشته باشند.

محل افزودن معرف

برای به حداکثر رساندن اثربخشی معرف های فلوتاسیون، روش کلی افزودن عوامل تنظیم کننده، بازدارنده ها و برخی جمع کننده ها (به عنوان مثال، نفت سفید) در آسیاب گلوله ای برای ایجاد یک محیط شناورسازی مناسب در اسرع وقت است. کلکتورها و کف سازها بیشتر در اولین مخزن همزن فرآیند فلوتاسیون اضافه می شوند. اگر دو مخزن همزن وجود دارد، فعال کننده باید در مخزن اول اضافه شود، در حالی که جمع کننده و کف کننده باید در مخزن دوم اضافه شوند. نقاط اضافه بر اساس نقش معرف ها در دستگاه فلوتاسیون متفاوت است. به عنوان مثال، سولفات مس، داروی زرد و روغن کاج معمولاً به ترتیب زیر اضافه می شوند: سولفات مس در مرکز اولین مخزن همزن، داروی زرد در مرکز مخزن دوم و روغن کاج در خروجی مخزن همزن دوم اضافه می شود. به طور کلی، کارخانه های فلوتاسیون ابتدا تنظیم کننده های pH را اضافه می کنند تا دوغاب را به pH مناسب برسانند قبل از اینکه به کلکتور و بازدارنده اجازه دهند کار موثرتری داشته باشند. هنگام افزودن معرف ها، آگاهی از موضوع یون های مضر خاصی که باعث ناکارآمدی معرف می شوند ضروری است. به عنوان مثال، واکنش یون های مس با یون های هیدرید می تواند منجر به ناکارآمدی هیدریدها شود. در جداسازی مس از گوگرد، اگر یون های مس زیادی در مخزن همزن وجود داشته باشد، نباید سیانید را به مخزن همزن اضافه کرد، بلکه باید مستقیماً در طی فرآیند فلوتاسیون جداسازی اضافه شود.

سفارش افزودن معرف

ترتیب معمول افزودن معرف در کارخانه های فلوتاسیون به شرح زیر است: برای فلوتاسیون سنگ معدن خام، باید تنظیم کننده pH، بازدارنده یا فعال کننده، کف کننده و جمع کننده باشد. برای کانی هایی که در طول فلوتاسیون مهار شده اند، ترتیب فعال کننده ها، جمع کننده ها و کف کننده ها هستند.

روشهای افزودن معرف

به طور کلی دو روش برای افزودن معرف ها وجود دارد: افزودن متمرکز و افزودن پراکنده. انتخاب روش افزودن باید هم نوع معرف و هم عملکرد معرف را در نظر بگیرد.

۱. افزایش متمرکز: اکثر واکنشگرها به صورت مرکزی اضافه می‌شوند؛ برای مثال، کلکتورها، فعال‌کننده‌ها و مهارکننده‌ها به مخازن همزن اضافه می‌شوند.

۲. افزودن پراکنده: برخی از واکنشگرها را می‌توان مستقیماً به مخزن شناورسازی اضافه کرد، که اغلب برای واکنشگرهایی که فرار هستند یا به سایر واکنشگرها حساس هستند، اعمال می‌شود. به عنوان مثال، اگر واکنشگرهای شناورسازی اثرات مضری بر یکدیگر داشته باشند (مثلاً تأثیر منفی سولفید سدیم اضافی بر شناورسازی فعال)، واکنشگرها را می‌توان مستقیماً به دستگاه شناورسازی اضافه کرد.

نتیجه

از طریق انتخاب صحیح، آماده‌سازی، دوز و افزودن معرف‌های شناورسازی، می‌توان پردازش مواد معدنی و آنالیز زمین‌شناسی را بهینه کرد و دقت و کارایی آزمایش‌ها و آنالیزها را افزایش داد. هدف این نکات عملیاتی کمک به تکنسین‌های آزمایشگاهی و مهندسان معدن در استفاده بهتر از معرف‌های فلوتاسیون است که منجر به بهبود راندمان عملیاتی و نتایج قابل اطمینان‌تر می‌شود.