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

در زمینه های فرآوری مواد معدنی و تجزیه و تحلیل زمین شناسی، استفاده صحیح از معرف های فلوتاسیون برای تشخیص دقیق ترکیبات معدنی بسیار مهم است. فلوتاسیون یک فرآیند فیزیکوشیمیایی گسترده برای جداسازی و غنی سازی مواد معدنی است که بر اساس تفاوت در خواص فیزیکوشیمیایی سطوح معدنی است. با افزودن معرف ها، آب دوستی یا آب گریزی سطوح معدنی را می توان تنظیم کرد و امکان جداسازی کانی های هدف از گنگ را فراهم کرد.

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، اجازه دهید با انواع اصلی معرف های فلوتاسیون شروع کنیم-جمع کننده ها, Frothersو اصلاح کننده ها. هر معرف نقش منحصر به فردی را در فرآیند فلوتاسیون ایفا می کند. کلکتورها آب گریزی مواد معدنی را افزایش می دهند و باعث چسبیدن آنها به حباب های هوا می شوند. کف کننده ها به تثبیت لایه فوم کمک می کنند و به مواد معدنی غنی شده اجازه می دهند به راحتی از دوغاب جدا شوند. اصلاح کننده ها برای تنظیم pH یا قدرت یونی دوغاب استفاده می شوند و شرایط بهینه را برای شناورسازی مواد معدنی ایجاد می کنند.

با پیشرفت های مداوم فناوری، انواع و کاربردهای معرف های فلوتاسیون نیز در حال گسترش است. انتخاب و استفاده صحیح از این معرف ها نه تنها می تواند بهبود یابد بازیافت مواد معدنی نرخ ها و درجات، بلکه مزایای قابل توجهی را از نظر حفاظت از محیط زیست و کنترل هزینه به ارمغان می آورد.

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. Frothers: سورفکتانت های آلی که در سطح مشترک آب و هوا توزیع می شوند. آنها برای تولید یک لایه کف استفاده می شوند که می تواند مواد معدنی را شناور کند. کف کننده های رایج عبارتند از روغن کاج، کرسیلیک اسید و الکل ها.

2. گردآورندگان: عملکرد آن‌ها جذب کانی‌های هدف، تغییر آبگریزی سطوح معدنی است تا ذرات معدنی شناور به حباب‌های هوا بچسبند. بر اساس ماهیت، کلکتورها را می توان به کلکتورهای غیر قطبی، کلکتورهای آنیونی و کلکتورهای کاتیونی تقسیم کرد. کلکسیونرهای رایج شامل داروی سیاه، داروی زرد، داروی سفید، اسیدهای چرب، آمین های چرب و روغن های معدنی هستند.

3. اصلاح کننده ها: اصلاح کننده ها شامل فعال کننده ها و بازدارنده ها هستند که خواص سطوح معدنی را تغییر می دهند و بر تعامل بین کانی ها و کلکتورها تأثیر می گذارند. اصلاح کننده ها همچنین شامل عواملی هستند که برای تغییر خواص شیمیایی یا الکتروشیمیایی محیط آبی مانند تنظیم کننده های pH و وضعیت کلکتورها استفاده می شوند. انواع اصلاح کننده ها عبارتند از:

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

• فعال کننده ها: سولفات مس، سولفید سدیم.

• مهار کننده ها: آهک، نمک زرد خون، سولفید سدیم، دی اکسید گوگرد، سیانید سدیم، سولفات روی، دی کرومات پتاسیم، شیشه آب، تانن، کلوئیدهای محلول، نشاسته، پلیمرهای مصنوعی و غیره.

• دیگران: عوامل مرطوب کننده، مواد فلوتاسیون، 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 می تواند منجر به آب گریزی ناکافی مواد معدنی شود و نرخ بازیابی را کاهش دهد. در مقابل، مقادیر بیش از حد ممکن است کیفیت کنسانتره را کاهش داده و شناورسازی جداسازی را پیچیده کند.

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

• دوز فعال کننده خیلی کم می تواند منجر به فعال سازی ضعیف شود، در حالی که بیش از حد ممکن است انتخاب پذیری فرآیند شناورسازی را مختل کند.

• دوز ناکافی مهارکننده می تواند عیار کنسانتره را کاهش دهد، در حالی که مقادیر بیش از حد ممکن است مواد معدنی را که باید شناور شوند سرکوب کرده و نرخ بازیافت 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 آماده سازی معرف روش در درجه اول به خواص معرف ها، روش افزودن و عملکرد آنها بستگی دارد. همان معرف به دلیل روش های مختلف آماده سازی می تواند تفاوت های قابل توجهی در دوز و اثرات داشته باشد. به طور کلی، روش های معمول آماده سازی عبارتند از:

1. تهیه محلول آبی 2 تا 10 درصد: اکثر معرف های محلول در آب از این طریق تهیه می شوند (مثلاً داروی زرد، سولفات مس، لیوان آب).

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

3. تهیه به صورت سوسپانسیون یا امولسیون: برای برخی از معرف های جامد با محلول ضعیف، می توان آنها را به صورت امولسیون برای استفاده تهیه کرد. به عنوان مثال، آهک حلالیت بسیار کمی در آب دارد، بنابراین می توان آن را ریز به پودر تبدیل کرد و با آب مخلوط کرد تا یک سوسپانسیون شیری رنگ ایجاد کند (مثلا شیر آهک)، یا می توان آن را مستقیماً به صورت پودر خشک به آسیاب گلوله ای یا مخزن همزن اضافه کرد.

4. صابون سازی: برای جمع کننده های اسید چرب، صابونی سازی رایج ترین روش است. به عنوان مثال، هنگام انتخاب هماتیت، از صابون صابونی شده پارافین و روغن قطران به عنوان جمع کننده استفاده می شود. برای صابونی کردن روغن قیر، باید حدود 10 درصد کربنات سدیم را هنگام تهیه معرف اضافه کرد و حرارت داد تا محلول صابون داغ برای افزودن ایجاد شود.

5. امولسیون: امولسیون شدن را می توان با استفاده از امولسیون اولتراسونیک یا هم زدن مکانیکی به دست آورد. پس از امولسیون سازی، اسیدهای چرب و گازوئیل می توانند پراکندگی خود را در دوغاب افزایش داده و کارایی معرف ها را بهبود بخشند. افزودن برخی از عوامل امولسیون کننده می تواند اثربخشی را بیشتر کند.

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

7. روش آئروسل: این یک روش آماده سازی جدید است که عملکرد معرف ها را افزایش می دهد. این شامل استفاده از یک دستگاه اسپری مخصوص برای آئروسل کردن معرفها در یک محیط هوا قبل از افزودن مستقیم آنها به مخزن شناور است، از این رو به عنوان "روش شناورسازی آئروسل" نیز نامیده می شود. این روش نه تنها شناور بودن مواد معدنی مفید را بهبود می بخشد، بلکه مصرف معرف را نیز به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. به عنوان مثال، دوز کلکتورها می تواند تنها یک سوم تا یک چهارم مقدار معمول باشد، در حالی که دوز کف کننده می تواند تنها یک پنجم باشد.

8. درمان الکتروشیمیایی معرف ها: جریان مستقیم از محلول عبور می‌کند تا معرف‌های فلوتاسیون را به‌طور شیمیایی تصفیه کند، که می‌تواند حالت معرف، مقدار pH و پتانسیل ردوکس را تغییر دهد، در نتیجه غلظت فعال‌ترین اجزای معرف را افزایش می‌دهد، غلظت بحرانی برای تشکیل کلوئیدها را افزایش می‌دهد و پراکندگی معرف‌های کم محلول در آب را بهبود می‌بخشد.

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.

1. اضافه متمرکز: بیشتر معرف ها به صورت مرکزی اضافه می شوند. به عنوان مثال، جمع کننده ها، فعال کننده ها و بازدارنده ها به مخازن همزن اضافه می شوند.

2. اضافه پراکنده: برخی از معرف‌ها را می‌توان مستقیماً به مخزن شناور اضافه کرد، که اغلب برای معرف‌هایی که فرار یا حساس به دیگر معرف‌ها هستند اعمال می‌شود. به عنوان مثال، اگر معرف های فلوتاسیون اثرات مخربی روی یکدیگر ایجاد کنند (مثلاً تأثیر منفی سولفید سدیم اضافی بر شناورسازی فعال)، معرف ها را می توان مستقیماً به دستگاه فلوتاسیون 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.