التعويم الرغوي

التعويم الرغوي عملية لفصل المعادن عن الشوائب بالاستفادة من اختلاف خصائصها الكارهة للماء . وتُعزز هذه الاختلافات باستخدام مواد فعالة سطحياً وعوامل ترطيب. تُستخدم عملية التعويم لفصل مجموعة واسعة من الكبريتيدات والكربونات والأكاسيد قبل عمليات التكرير اللاحقة. كما تُستخدم تقنية التعويم لتحسين (تنقية) الفوسفات والفحم . تُعد "منحنيات نسبة التركيز إلى الاستخلاص" أدوات لتقييم المفاضلة بين إنتاج مُركّز عالي التركيز والتكلفة. وتقارن هذه المنحنيات فقط علاقات نسبة التركيز إلى الاستخلاص لنوعية مُحددة من المُركّز ومعدل تغذية مُحدد . ^{[ 4 ]}

لقد ثبتت فعالية تقنية التعويم الرغوي في إزالة الجزيئات البلاستيكية الدقيقة من مياه الصرف الصحي. ^{[ 5 ]}

تُستخدم عملية التعويم على نطاق واسع في محطات معالجة مياه الصرف الصناعي، حيث تُزيل الدهون والزيوت والشحوم والمواد الصلبة العالقة من مياه الصرف. تُسمى هذه الوحدات بوحدات التعويم بالهواء المذاب (DAF). ^{[ 6 ]} وتُستخدم وحدات التعويم بالهواء المذاب تحديدًا في إزالة الزيوت من مياه الصرف الناتجة عن مصافي النفط ، ومصانع البتروكيماويات والكيماويات ، ومحطات معالجة الغاز الطبيعي ، والمنشآت الصناعية المماثلة. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

تُسمى المرحلة الأولى بالمعالجة الأولية ، وتُنتج مُركّزًا خشنًا . الهدف منها هو إزالة أكبر كمية ممكنة من المعدن الثمين بأصغر حجم جسيمات ممكن عمليًا. ^{[ 10 ]} تتطلب عملية الطحن طاقة. ^{[ 10 ]} والهدف هو فصل كمية كافية من الشوائب عن المعدن الثمين للحصول على استخلاص عالٍ. ^{[ 10 ]} تستخدم بعض مُركّزات المعادن خطوة التعويم المسبق لإزالة الشوائب منخفضة الكثافة مثل الغبار الكربوني. ^{[ 11 ]} عادةً ما يُخضع المُركّز الخشن لمراحل تعويم إضافية لفصل المزيد من المعادن غير المرغوب فيها التي ظهرت أيضًا في الرغوة، في عملية تُعرف بالتنظيف . غالبًا ما تُخضع المادة الناتجة لمزيد من الطحن (يُسمى عادةً إعادة الطحن ). تُجرى إعادة الطحن عادةً في مطاحن إعادة طحن متخصصة ، مثل مطحنة IsaMill . ^{[ 10 ]} غالبًا ما تتبع خطوة التعويم الخشنة خطوة تعويم كاسحة يتم تطبيقها على المخلفات الخشنة لاستخلاص المزيد من المعادن المستهدفة.

بالنسبة للعديد من الخامات (مثل خامات النحاس والموليبدينوم والتنغستن والنيكل)، تُستخدم روابط الكبريت الأنيونية كمواد مُجمِّعة. وتُعد أملاح الزانثات شائعة الاستخدام بشكل خاص في معادن الكبريتيد، بما في ذلك زانثات أميل البوتاسيوم (PAX)، وزانثات إيزوبوتيل البوتاسيوم (PIBX)، وزانثات إيثيل البوتاسيوم (KEX)، وزانثات إيزوبوتيل الصوديوم (SIBX)، وزانثات إيزوبروبيل الصوديوم (SIPX)، وزانثات إيثيل الصوديوم (SEX). ومن المواد المُجمِّعة الأخرى روابط الكبريت مثل مركبات ثنائي ثيوفوسفات العضوية . كما تشمل فئات أخرى من المواد المُجمِّعة ثيويوريا ثيوكاربانيليد . وقد استُخدمت أيضًا كربوكسيلات الأحماض الدهنية ، وكبريتات الألكيل ، وسلفونات الألكيل في معادن الأكاسيد. ^{[ 12 ]}

بالنسبة لبعض المعادن (مثل السيلفينيت بالنسبة لكلوريد البوتاسيوم)، تُستخدم الأمينات الدهنية كعوامل تجميع.

تُستخدم الإضافات لتثبيت الرغوة. وتشمل هذه الإضافات زيت الصنوبر والكحولات المختلفة : ميثيل أيزوبوتيل كاربينول (MIBC)، والبولي جليكولات ، والزيلينول (حمض الكريسيليك).

تتكتل الرغوة غير المستقرة بسرعة كبيرة، فتتساقط الجزيئات من سطحها. من جهة أخرى، تُعقّد الرغوة المستقرة للغاية عملية نقل وتجفيف المركز المتكون.

بحسب أحد الموردين، تعمل مثبطات التفاعل على "زيادة كفاءة عملية التعويم عن طريق تثبيط تفاعل معدن واحد مع المُجمِّع بشكل انتقائي". ^{[ 13 ]} وبالتالي، تتكون عينة الخام المسحوقة النموذجية من مكونات عديدة، لا يستهدف المُجمِّع منها سوى مكون واحد أو عدد قليل. ترتبط مثبطات التفاعل بهذه المكونات الأخرى، تجنبًا لهدر المُجمِّع. تُختار مثبطات التفاعل لأنواع معينة من الخامات. ومن مثبطات التفاعل الشائعة النشا، والبوليفينولات، والصودا الكاوية، والجير. وهي مواد رخيصة الثمن، وغنية بالأكسجين عادةً.

تُضاف مجموعة متنوعة من المركبات الأخرى لتحسين عملية الفصل، وتُسمى هذه الإضافات بالمُعدِّلات. تتفاعل الكواشف المُعدِّلة إما مع أسطح المعادن أو مع المُجمِّعات والأيونات الأخرى في لبّ التعويم، مما ينتج عنه استجابة تعويم مُعدَّلة ومُتحكَّم بها.

• تشمل مُعدِّلات الرقم الهيدروجيني الجير (يستخدم على شكل جير حي CaO، أو بشكل أكثر شيوعًا على شكل جير مطفأ، وهو عبارة عن معلق من Ca(OH) ₂ )، ^{[ 14 ]} رماد الصودا (Na2CO3 ₎ ، والصودا الكاوية (NaOH)، _وحمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك ( _{H2SO4 ،} HCl ).
• تشمل المعدلات الأنيونية الفوسفات والسيليكات والكربونات.
• تشمل المواد العضوية المعدلة مواد التكثيف مثل الدكسترين والنشا والغراء وكربوكسي ميثيل السليلوز (CMC).

قبل عام 1907، كان معظم النحاس المستخرج في الولايات المتحدة يأتي من رواسب عروق تحت الأرض، بمتوسط ​​2.5% من النحاس. ^{[ 15 ]} وبحلول عام 1991، انخفض متوسط ​​تركيز النحاس في خام النحاس المستخرج في الولايات المتحدة إلى 0.6% فقط. ^{[ 15 ]}

تُستخدم عملية التعويم لتنقية كلوريد البوتاسيوم من كلوريد الصوديوم والمعادن الطينية. يُعلق المعدن المسحوق في محلول ملحي بوجود أملاح الأمونيوم الدهنية . ولأن نصف قطر أيون الأمونيوم وأيون البوتاسيوم (K ⁺⁾ متقارب جدًا (حوالي 0.135 و0.143  نانومتر على التوالي)، فإن مراكز الأمونيوم تحل محل مواقع البوتاسيوم السطحية على جزيئات كلوريد البوتاسيوم، ولكن ليس على جزيئات كلوريد الصوديوم. تُكسب السلاسل الألكيلية الطويلة الجزيئات خاصية كراهية الماء، مما يُتيح لها تكوين رغوة. ^{[ 16 ]}

تُعدّ عملية التعويم الرغوي إحدى العمليات المستخدمة لاستعادة الورق المُعاد تدويره . في صناعة الورق، تُعرف هذه الخطوة بإزالة الحبر أو ببساطة التعويم. والهدف منها هو تحرير وإزالة الملوثات الكارهة للماء من الورق المُعاد تدويره، والتي غالباً ما تكون أحبار الطباعة والمواد اللاصقة . عادةً ما يكون النظام ثنائي المراحل، ويتكون من 3 أو 4 أو 5 خلايا تعويم متصلة على التوالي. ^{[ 17 ]}

• التحكم في درجة الحموضة: سيليكات الصوديوم وهيدروكسيد الصوديوم
• مصدر أيونات الكالسيوم : الماء العسر ، أو الجير، أو كلوريد الكالسيوم
• جامع: حمض دهني ، مستحلب حمض دهني ، صابون حمض دهني و/أو سيلوكسان معدل عضويًا ^{[ 18 ]}

حصل الإنجليزي ويليام هاينز على براءة اختراع لعملية فصل المعادن الكبريتية والشوائب باستخدام الزيت عام 1860. وقد أشار كتّاب لاحقون إلى براءة اختراع هاينز باعتبارها أول براءة اختراع لـ"التعويم الزيتي بكميات كبيرة"، على الرغم من عدم وجود دليل على اختبارها ميدانيًا أو استخدامها تجاريًا. وفي عام 1877، قدّم الأخوان بيسل (أدولف وأوغست) من مدينة دريسدن الألمانية عملية تعويم الزيت والرغوة الناجحة تجاريًا لاستخلاص الجرافيت ، والتي يعتبرها البعض أصل عملية التعويم الرغوي. ^{[ 23 ]} إلا أن عملية بيسل أصبحت غير اقتصادية بعد اكتشاف الجرافيت عالي الجودة في سريلانكا ، وسرعان ما طواها النسيان. ^{[ 24 ]}

اخترع حزقيا برادفورد، من فيلادلفيا، "طريقةً لحفظ المواد الطافية في فصل الخامات"، وحصل على براءة اختراع أمريكية رقم 345951 في 20 يوليو 1886. ^{[ 25 ]} ثم حصل لاحقًا على براءة اختراع "كسارة برادفورد" (براءة اختراع أمريكية رقم 143745)، المستخدمة حاليًا في صناعة الفحم، عام 1873. ^{[ 26 ] [ 27 ]} استُخدمت "غسالة برادفورد"، التي حصل على براءة اختراعها عام 1870، لتركيز خامات الحديد والنحاس والرصاص والزنك حسب الكثافة النوعية، ^{[ 28 ]} ولكنها فقدت جزءًا من المعدن على شكل مواد طافية أثناء عملية التركيز. كانت براءة اختراعه لعام 1886 تهدف إلى التقاط هذه المواد الطافية باستخدام التوتر السطحي، وهي أولى براءات اختراع عملية التعويم السطحي التي طغت عليها لاحقًا عملية التعويم برغوة الزيت. ^{[ 29 ]}

في 24 أغسطس 1886، حصلت كاري إيفرسون على براءة اختراع لعمليتها التي تتطلب استخدام الزيت، بالإضافة إلى حمض أو ملح، ما شكّل خطوةً هامةً في تطور تاريخ هذه العملية. وبحلول عام 1890، أُجريت اختبارات على عملية إيفرسون في جورج تاون وسيلفر كليف بولاية كولورادو، وبيكر بولاية أوريغون. تخلّت إيفرسون عن العمل بعد وفاة زوجها، وقبل أن تُتقن عمليةً ناجحةً تجاريًا. لاحقًا، خلال ذروة النزاعات القانونية حول صحة براءات الاختراع المختلفة في العقد الثاني من القرن العشرين، كان يُشار غالبًا إلى براءة اختراع إيفرسون باعتبارها أول براءة اختراع للتعويم، ما كان يعني أن العملية لم تكن قابلةً للحصول على براءة اختراع أخرى من قِبل المتنافسين اللاحقين. وقد أوضحت المؤرخة دون بونياك مؤخرًا الكثير من اللبس في هذا الشأن. ^{[ 30 ]}

اخترع فرانك إلمور، بالتعاون مع شقيقه ستانلي، أول عملية تعويم تجارية ناجحة لكبريتيدات المعادن ، وهو ما يُعتبر عمومًا أول عملية ناجحة من نوعها. اشترى الأخوان إلمور منجم غلاسدير للنحاس في لانيلتيد ، بالقرب من دولجيلاو في شمال ويلز، عام 1896 بالاشتراك مع والدهما ويليام. وفي عام 1897، قام الأخوان إلمور بتركيب أول عملية تعويم تجارية صناعية في العالم لتخصيب المعادن في منجم غلاسدير. لم تكن هذه العملية تعتمد على التعويم الرغوي، بل استخدمت الزيت لتجميع (تشكيل كرات) الكبريتيدات المسحوقة ورفعها إلى السطح، وحصلت على براءة اختراع عام 1898 (تم تعديلها عام 1901). وُصفت العملية في وقائع مؤتمر معهد التعدين والمعادن في إنجلترا بتاريخ 25 أبريل 1900، والتي أُعيد نشرها مع تعليق في 23 يونيو 1900 في مجلة الهندسة والتعدين بمدينة نيويورك. في ذلك الوقت، أدركوا أهمية فقاعات الهواء في مساعدة الزيت على حمل جزيئات المعادن. ومع إدخال تعديلات لتحسين العملية، حققت نجاحًا مع خامات المعادن الأساسية من النرويج إلى أستراليا. ^{[ 31 ]}

أسس آل إلمور شركة تُعرف باسم "نقابة تركيز الخامات المحدودة" للترويج للاستخدام التجاري لعملية إلمور عالميًا. في عام 1900، حصل تشارلز باترز من بيركلي، كاليفورنيا، على الحقوق الأمريكية لعملية إلمور بعد مشاهدة عرض توضيحي لها في لانيلتيد، ويلز. باترز، الخبير في عملية السيانيد ، بنى مصنعًا لعملية إلمور في قبو مبنى دولي، مدينة سولت ليك، واختبر العملية الزيتية على خامات الذهب في جميع أنحاء المنطقة، كما اختبر مخلفات مطحنة ماموث للذهب، منطقة تينتيك، يوتا، لكن دون جدوى. ^{[ 32 ]} نظرًا لسمعة باترز ونبأ فشله، فضلًا عن المحاولة غير الناجحة في منجم ليروي للذهب في روسلاند، كولومبيا البريطانية، تم تجاهل عملية إلمور تمامًا في أمريكا الشمالية.

أدت التطورات في أماكن أخرى، ولا سيما في بروكن هيل بأستراليا من قِبل شركة Minerals Separation, Limited ، إلى عقود من المعارك القانونية والتقاضي الشاق (مثل قضية Minerals Separation, Ltd. ضد هايد ) لعائلة إلمور، الذين خسروا في نهاية المطاف، إذ حلت تقنيات أكثر تطورًا محل عملية إلمور. وفي عام 1901، اخترع تشارلز فنسنت بوتر عملية تعويم أخرى بشكل مستقل في أستراليا، وكذلك فعل غيوم دانيال ديلبرات في نفس الفترة تقريبًا. ^{[ 33 ] [ 34 ]} كان بوتر صانع جعة وكيميائيًا، ومن المرجح أنه استلهم فكرته من طريقة رفع رغوة الجعة للرواسب. ^{[ 35 ]} لم تستخدم هذه العملية الزيت، بل اعتمدت على التعويم الناتج عن توليد الغاز من خلال إضافة الحمض إلى اللب. وفي عام 1903، رفع بوتر دعوى قضائية ضد ديلبرات، الذي كان آنذاك المدير العام لشركة BHP ، بتهمة انتهاك براءة اختراع. خسر القضية لأسباب تتعلق بالجدوى، حيث جادل ديلبات بأن عملية بوتر، التي استخدمت حمض الكبريتيك لتوليد الفقاعات، لم تكن بنفس فعالية عملية ديلبرات التي استخدمت كعكة الملح. وعلى الرغم من ذلك، بعد انتهاء القضية، بدأت شركة بي إتش بي باستخدام حمض الكبريتيك في عملية التعويم. ^{[ 36 ]}

في عام 1902، جمع فرومنت بين تعويم النفط والغاز باستخدام تعديل لعملية بوتر-ديلبرات. وخلال العقد الأول من القرن العشرين، أصبحت بروكن هيل مركزًا للابتكار، مما أدى إلى إتقان عملية التعويم الرغوي بفضل العديد من التقنيين هناك الذين استفادوا من بعضهم البعض وبنوا على هذه النجاحات الأولى.

في عام ١٩٠٢، طوّر آرثر سي. كاترمول عملية أخرى، حيث قام باستحلاب اللب بكمية قليلة من الزيت، ثم عرّضه للتحريك الشديد، وبعد ذلك للتحريك البطيء الذي أدى إلى تجلّط المعادن المستهدفة في عقيدات تم فصلها عن اللب بفعل الجاذبية. وقد تبيّن لشركة "مينيرالز سيبريشن ليمتد"، التي تأسست في بريطانيا عام ١٩٠٣ للحصول على براءة اختراع كاترمول، أن هذه العملية لم تكن ناجحة. واصل خبراء المعادن في الشركة اختبار ودمج اكتشافات أخرى، وحصلوا على براءة اختراع لعمليتهم عام ١٩٠٥، والتي سُمّيت عملية سولمان-بيكارد-بالوت نسبةً إلى مسؤولي الشركة وحاملي براءة الاختراع. وقد أثبتت العملية نجاحها في مصنعهم المركزي في بروكن هيل في ذلك العام. ومن أهم ما ميّز عملية "التعويم بالرغوة والتحريك" استخدام أقل من ١٪ من الزيت، وخطوة التحريك التي تُنتج فقاعات صغيرة، مما يوفر مساحة سطح أكبر لالتقاط المعدن وجعله يطفو في رغوة على السطح. ^{[ 37 ]} تم إنجاز عمل مفيد من قبل ليزلي برادفورد في بورت بيري ومن قبل ويليام بايبر والسير هربرت جيب وأوغست دي بافاي .

اشترت شركة فصل المعادن أيضًا براءات اختراع أخرى لتوحيد ملكيتها لأي حقوق متضاربة محتملة في عملية التعويم، باستثناء براءات اختراع إلمور. في عام 1910، عندما استبدلت شركة الزنك عملية إلمور بعملية التعويم الرغوي لشركة فصل المعادن (سولمان-بيكارد-بالوت) في مصنعها في بروكن هيل، تأكدت ريادة شركة فصل المعادن على منافسيها في هذا المجال. ^{[ 38 ]} لاحقًا، حظي هنري ليفينغستون سولمان بتقدير زملائه بانتخابه رئيسًا للمعهد البريطاني للتعدين والمعادن ، الذي منحه أيضًا ميداليته الذهبية.

كانت التطورات في الولايات المتحدة أقل من المتوقع. فبعد إخفاقات باترز، وغيره، عقب عام 1904، ظهرت عملية الاسكتلندي ستانلي ماكويستن (وهي طريقة تعتمد على التوتر السطحي)، والتي طُورت بنجاح محدود في نيفادا وأيداهو، إلا أنها لم تكن فعالة في وجود الطمي ، وهو عيب جوهري. وكان هنري إي. وود من دنفر قد طور عملية التعويم الخاصة به على نفس المنوال عام 1907، وحصل على براءة اختراعها عام 1911، وحقق بعض النجاح في خامات الموليبدينوم. ومع ذلك، كانت هذه في معظمها محاولات معزولة لم تحظَ باهتمام كبير، ولم تُحقق سوى نجاحات هامشية.

في عام ١٩١١، قام جيمس إم. هايد ، الموظف السابق في شركة مينيرالز سيبريشن المحدودة، بتعديل عملية فصل المعادن، وأنشأ محطة تجريبية في مصنع بوت آند سوبيريور في باسين، مونتانا ، لتكون بذلك أول منشأة من نوعها في الولايات المتحدة الأمريكية. وفي عام ١٩١٢، صمم مصنع بوت آند سوبيريور للزنك في بوت، مونتانا، والذي يُعد أول مصنع كبير للتعويم في أمريكا. ^{[ ٣٩ ]} رفعت شركة مينيرالز سيبريشن المحدودة، التي أنشأت مكتبًا لها في سان فرانسيسكو، دعوى قضائية ضد هايد بتهمة انتهاك براءة الاختراع، بالإضافة إلى شركة بوت آند سوبيريور، وقد كسبت الشركة القضيتين في نهاية المطاف أمام المحكمة العليا الأمريكية. كما قام دانيال كوان جاكلينج وشركاؤه، الذين كانوا يسيطرون على شركة بوت آند سوبيريور، بنقض براءة اختراع مينيرالز سيبريشن، وموّلوا المعارك القانونية التي تلت ذلك والتي استمرت لأكثر من عقد. توصلت شركات يوتا كوبر (كينيكوت)، ونيفادا كونسوليديتد، وتشينو كوبر، وراي كون، وغيرها من شركات جاكلينج، إلى تسوية نهائية عام 1922، بدفع رسوم باهظة مقابل تراخيص استخدام عملية فصل المعادن. ومن النتائج المؤسفة لهذا النزاع الانقسام المهني بين مجتمع هندسة التعدين لجيل كامل.

في عام ١٩١٣، موّلت شركة فصل المعادن إنشاء محطة تجريبية لشركة إنسبيريشن كوبر في ميامي، أريزونا. وقد بُنيت المحطة تحت إشراف مدير مكتب سان فرانسيسكو، إدوارد ناتر، وحققت نجاحًا باهرًا. قام مهندس إنسبيريشن، إل دي ريكيتس، بإزالة مطحنة تركيز الجاذبية واستبدلها بعملية فصل المعادن، وكان هذا أول استخدام رئيسي لهذه العملية في منجم نحاس أمريكي. وكان من بين كبار المساهمين في إنسبيريشن رجالٌ يسيطرون على منجم أناكوندا الضخم في بوت. وعقب نجاح إنسبيريشن مباشرةً، قاموا ببناء محطة مرخصة لفصل المعادن في بوت، في الفترة ما بين ١٩١٥ و١٩١٦، ما يُعدّ دليلًا قاطعًا على القبول النهائي لعملية فصل المعادن الحاصلة على براءة اختراع. ^{[ ٤٠ ]}

تابع جون إم. كالو، من شركة الهندسة العامة في سولت ليك سيتي ، تقنية التعويم من خلال الأوراق التقنية وتطبيقها في كل من مصنعي بوت وسوبيريور، وفي شركة إنسبيريشن كوبر في أريزونا، وخلص إلى أن التحريك الميكانيكي كان عيبًا في التقنية السائدة آنذاك. فابتكر كالو طوبة مسامية تعمل بالهواء المضغوط، وآلية تحريك ميكانيكية، وتقدم بطلب للحصول على براءة اختراع عام 1914 (يُقال إن كالو، وهو من أنصار جاكلينغ، اخترع خليته كوسيلة للتهرب من دفع رسوم ترخيص لشركة مينيرالز سيبريشن، وهو ما أُجبرت الشركات التي استخدمت خليته على دفعه لاحقًا بأمر من المحاكم). ^{[ 41 ]} وقد اعتُرف بهذه الطريقة، المعروفة باسم التعويم الهوائي، كبديل لعملية تركيز المعادن بالتعويم في شركة مينيرالز سيبريشن. ^{[ 42 ]} وفي عام 1926، منح المعهد الأمريكي لمهندسي التعدين كالو ميدالية جيمس دوغلاس الذهبية تقديرًا لمساهماته في مجال التعويم. بحلول ذلك الوقت، كانت تقنية التعويم تتغير، وخاصة مع اكتشاف استخدام الزانثات وغيرها من الكواشف، مما جعل خلية كالو وعمليته قديمة الطراز.

عرّف البروفيسور أنطوان مارك غودان، أستاذ جامعة مونتانا للتكنولوجيا، المرحلة المبكرة من عملية التعويم بأنها المرحلة الميكانيكية، بينما دخلت المرحلة الكيميائية في أواخر العقد الثاني من القرن العشرين. لم تُسهم الاكتشافات في مجال الكواشف، ولا سيما استخدام الزانثات الحاصل على براءة اختراع من قِبل الكيميائي كورنيليوس هـ. كيلر، من شركة فصل المعادن، في زيادة استخلاص المعادن من خلال هذه العملية فحسب، بل جعلتها أيضًا أكثر سهولة في العمليات اليومية. انتهت صلاحية براءات اختراع التعويم الأولية لشركة فصل المعادن عام 1923، ومنحتها براءات اختراع جديدة للعمليات الكيميائية مكانةً بارزةً حتى ثلاثينيات القرن العشرين. ^{[ 43 ]} خلال هذه الفترة، طوّرت الشركة أيضًا عمليات تعويم للحديد في مختبرها في هيبينغ، وللفوسفات في مختبرها في فلوريدا، وحصلت على براءات اختراع لها. لم تحدث مرحلة سريعة أخرى من ابتكار عمليات التعويم إلا بعد عام 1960.

في ستينيات القرن العشرين، تم تكييف تقنية التعويم الرغوي لإزالة الحبر من الورق المعاد تدويره .

يتجلى نجاح هذه العملية في عدد المدّعين بأنهم "مكتشفو" التعويم. ففي عام 1961، احتفل مهندسون أمريكيون بمرور خمسين عامًا على التعويم، وكرّموا جيمس هايد ومصنعه "بوت آند سوبيريور". وفي عام 1977، احتفل مهندسون ألمان بالذكرى المئوية للتعويم استنادًا إلى براءة اختراع الأخوين بيسل لعام 1877. ويُعلن موقع منجم غلاسدير التاريخي للنحاس في ويلز عن جولاته السياحية باعتباره موقع "اكتشاف التعويم" استنادًا إلى عمل الأخوين إلمور. ونظرًا للاهتمام بتكريم المرأة في مجال العلوم، يُشيد كتّاب معاصرون بكاري إيفرسون من دنفر باعتبارها رائدة هذه العملية استنادًا إلى براءة اختراعها لعام 1885. ويُستثنى من هذه القائمة مهندسو وخبراء المعادن والكيميائيون في شركة "مينيرالز سيبريشن المحدودة"، التي فازت، على الأقل في المحاكم الأمريكية والأسترالية، بحقوق براءات اختراع التعويم الرغوي، فضلًا عن حقها في الادعاء بأنها مكتشفة هذه التقنية. لكن، كما كتب المؤرخ مارتن لينش، "انتصرت شركة فصل المعادن في نهاية المطاف بعد رفع القضية إلى المحكمة العليا الأمريكية [ومجلس اللوردات]، وبذلك اكتسبت كراهية شديدة من الكثيرين في عالم التعدين." ^{[ 44 ]}

وقد طرأت تحسينات إضافية من أستراليا تمثلت في خلية جيمسون ، التي طُوّرت في جامعة نيوكاسل الأسترالية في ثمانينيات القرن الماضي. تعمل هذه الخلية باستخدام تيار غاطس يُولّد فقاعات دقيقة. تتميز هذه الفقاعات الدقيقة بطاقة حركية عالية وقطر أصغر، مما يجعلها مناسبة لتعويم الجسيمات الدقيقة.

تتحدد كفاءة التعويم الرغوي بمجموعة من الاحتمالات: احتمالات تلامس الجسيمات مع الفقاعات، والتصاق الجسيمات بالفقاعات، وانتقالها بين اللب والرغوة، وتجميع الرغوة في قناة المنتج. ^{[ 45 ]} في الخلية التقليدية ذات التحريك الميكانيكي، تكون نسبة الفراغات (أي الحجم الذي تشغله فقاعات الهواء) منخفضة (من 5 إلى 10 بالمئة)، وعادةً ما يكون حجم الفقاعة أكبر من 1  مم. ^{[ 46 ]} ينتج عن ذلك مساحة سطحية بينية صغيرة نسبيًا، واحتمالية منخفضة لتلامس الجسيمات مع الفقاعات. ^{[ 46 ]} وبالتالي، يلزم وجود عدة خلايا متصلة على التوالي لزيادة زمن بقاء الجسيمات، مما يزيد من احتمالية تلامسها مع الفقاعات. ^{[ 46 ]}

الالتصاق الانتقائي

تعتمد عملية التعويم الرغوي على الالتصاق الانتقائي لفقاعات الهواء بأسطح المعادن في معلق معدني مائي. تلتصق فقاعات الهواء بالجسيمات الأكثر كراهية للماء ، وفقًا لطاقات السطح البيني بين الأطوار الصلبة والسائلة والغازية. تُحدد هذه الطاقة بواسطة معادلة يونغ-دوبريه : ^{[ 47 ]}

${\displaystyle \gamma _{lv}\cos \theta =(\gamma _{sv}-\gamma _{sl})}$

أين:

• γ _lv هي طاقة سطح التماس بين السائل والبخار
• γ _sv هي طاقة سطح التماس بين المادة الصلبة والبخار
• γ _sl هي طاقة السطح للسطح البيني بين المادة الصلبة والسائلة،
• θ هي زاوية التلامس ، وهي الزاوية المتكونة عند نقطة التقاء الطور البخاري والصلب والسائل.

يمكن تعديل أسطح المعادن المستهدفة للفصل كيميائياً باستخدام مواد مُجمِّعة لزيادة كراهيتها للماء. تُعدّ المواد المُجمِّعة نوعاً من المواد الفعالة سطحياً التي تزيد من كراهية الماء الطبيعية للسطح، مما يُحسِّن فصل الجزيئات الكارهة للماء عن الجزيئات المحبة للماء. ترتبط هذه المواد كيميائياً بالمعدن عبر الامتزاز الكيميائي، أو تُمتص على السطح عبر الامتزاز الفيزيائي .

حسابات الأداء

المعادلات ذات الصلة

يُعد معدل استخلاص الرغوة من الكميات الشائعة المستخدمة لوصف كفاءة عملية التجميع في عملية التعويم الرغوي (${\displaystyle R}$) . تتضمن هذه الكمية احتمالات التصادم والتصاق الجسيمات بفقاعات الغاز العائمة.

${\displaystyle R={\frac {N_{c}}{\left({\tfrac {\pi }{4}}\right)\left(d_{p}+d_{b}\right)^{2}Hc}}}$

أين:

• ${\displaystyle N_{c}=PN_{c}^{i}}$، وهو ناتج احتمال جمع الجسيم (${\displaystyle P}$) وعدد تصادمات الجسيمات المحتملة (${\displaystyle N_{c}^{i}}$)
• ${\displaystyle d_{p}}$قطر الجسيم
• ${\displaystyle d_{b}}$قطر الفقاعة
• ${\displaystyle H}$هو ارتفاع محدد داخل عملية التعويم تم حساب الاستخلاص بناءً عليه
• ${\displaystyle c}$تركيز الجسيمات

فيما يلي عدة طرق رياضية إضافية تُستخدم غالبًا لتقييم فعالية عمليات التعويم الرغوي. هذه المعادلات أبسط من حساب استخلاص المواد بالتعويم ، لأنها تعتمد فقط على كميات المدخلات والمخرجات للعمليات. ^{[ 50 ]}

بالنسبة للمعادلات التالية:

• ${\displaystyle F}$يمثل النسبة المئوية لوزن العلف
• ${\displaystyle C}$يمثل الوزن النسبة المئوية للتركيز
• ${\displaystyle T}$هي النسبة المئوية الوزنية للمخلفات
• ${\displaystyle c}$،${\displaystyle t}$، و${\displaystyle f}$وهي عبارة عن تحاليل معدنية للمركزات والمخلفات والمواد الخام، على التوالي

نسبة وزن العلف إلى وزن المركزات${\displaystyle {\tfrac {F}{C}}}$(بدون وحدة قياس)

${\displaystyle {\frac {F}{C}}={\frac {ct}{ft}}}$

نسبة المعدن المسترد (${\displaystyle \mathrm {X} _{R}}$) بالوزن %

${\displaystyle \mathrm {X} _{R}=100\left({\frac {c}{f}}\right)\left({\frac {ft}{ct}}\right)}$

نسبة فقدان المعدن (${\displaystyle \mathrm {X} _{L}}$) بالوزن %

${\displaystyle \mathrm {X} _{L}=100-\mathrm {X} _{R}}$

نسبة الوزن المستعاد${\displaystyle \left(\mathrm {X} _{W}\right)}$بالوزن %

${\displaystyle \mathrm {X} _{W}=100\left({\frac {C}{F}}\right)=100{\frac {ft}{ct}}}$

يمكن حساب ذلك باستخدام الأوزان والتحاليل، كما${\displaystyle {\frac {Cc}{Ff}}*100}$أو، بما أن${\displaystyle {\frac {C}{F}}={\frac {ft}{ct}}}$، النسبة المئوية للمعادن المستردة (${\displaystyle \mathrm {X} _{R}}$يمكن حساب ) من التحليلات وحدها باستخدام${\displaystyle \mathrm {X} _{R}=100\left({\frac {c}{f}}\right)\left({\frac {ft}{ct}}\right)}$.

نسبة المعدن المفقود هي عكس نسبة المعدن المستعاد، وتمثل المادة المفقودة في المخلفات.