معالجة المعادن

الموسوعة الحرة
السحق، أحد أشكال التفتيت ، إحدى العمليات الوحدوية في معالجة المعادن

معالجة المعادن هي عملية فصل المعادن ذات القيمة التجارية من خاماتها في مجال استخراج المعادن . [1] اعتمادًا على العمليات المستخدمة في كل حالة، غالبًا ما يشار إليها باسم تجهيز الخام أو طحن الخام .

الاستفادة هي أي عملية تعمل على تحسين (تفيد) القيمة الاقتصادية للخام عن طريق إزالة المعادن العالقة ، مما يؤدي إلى الحصول على منتج عالي الجودة ( مركز الخام ) وتيار نفايات ( مخلفات ). هناك العديد من أنواع الاستفادة المختلفة، حيث تعمل كل خطوة على زيادة تركيز الخام الأصلي. المفتاح هو مفهوم الاسترداد ، الكتلة (أو الكسر المولي المكافئ) للمعدن الثمين (أو المعدن) المستخرج من الخام والمحمول إلى المركز.

تاريخ

مجموعة من الطوابع الكورنيشية

قبل ظهور الآلات الثقيلة، كان الخام الخام يُكسر باستخدام مطارق تُحمل باليد، وهي عملية تسمى " التقطيع ". وفي النهاية، تم العثور على وسائل ميكانيكية لتحقيق ذلك. على سبيل المثال، كانت مطاحن الطوابع تُستخدم في آسيا الوسطى بالقرب من سمرقند منذ وقت مبكر من عام 973. وهناك أدلة على أن هذه العملية كانت مستخدمة في بلاد فارس في أوائل العصور الوسطى . وبحلول القرن الحادي عشر، كانت مطاحن الطوابع مستخدمة على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم الإسلامي في العصور الوسطى ، من إسبانيا الإسلامية وشمال إفريقيا في الغرب إلى آسيا الوسطى في الشرق. [2] ومن الأمثلة اللاحقة الطوابع الكورنية ، التي تتكون من سلسلة من المطارق الحديدية المثبتة في إطار عمودي، وترفعها كامات على عمود عجلة مائية وتسقط على الخام تحت تأثير الجاذبية.

كانت عملية الاستفادة من الحديد واضحة منذ عام 800 قبل الميلاد في الصين باستخدام عملية بلومري . [3] عملية بلومري هي الشكل الأصلي للصهر وتسمح للناس بإشعال النيران الساخنة بدرجة كافية لإذابة الأكاسيد إلى سائل ينفصل عن الحديد. على الرغم من التخلص التدريجي من عملية بلومري على الفور من خلال اختراع الفرن العالي ، إلا أنه لا يزال يتم الاعتماد عليها بشكل كبير في إفريقيا وأوروبا حتى الجزء الأول من الألفية الثانية. كان الفرن العالي هو الخطوة التالية في صهر الحديد الذي أنتج الحديد الخام . [4] ظهرت أول أفران عالية في أوروبا في أوائل القرن الثالث عشر حول السويد وبلجيكا، ولم تظهر حتى أواخر القرن الخامس عشر في إنجلترا. يحتوي الحديد الخام المصبوب من الفرن العالي على نسبة عالية من الكربون مما يجعله صلبًا وهشًا، مما يجعل من الصعب العمل به. في عام 1856 تم اختراع عملية بسمر التي تحول الحديد الخام الهش إلى فولاذ، وهو معدن أكثر قابلية للطرق. [4] منذ ذلك الحين، تم اختراع العديد من التقنيات المختلفة لتحل محل عملية بسمر مثل فرن القوس الكهربائي ، وصناعة الصلب بالأكسجين الأساسي ، والحديد المختزل المباشر (DRI). [5]

بالنسبة لخامات الكبريتيد، يتم اتباع عملية مختلفة للاستفادة منها. يجب إزالة الكبريت من الخام قبل أن تبدأ عملية الصهر. التحميص هو الطريقة الأساسية للفصل، حيث يتم وضع الخشب على أكوام من الخام وإشعال النار فيه للمساعدة في الأكسدة. [6] [7]

2 نحاس 2 ق + 3 يا 2 ← 2 نحاس 2 يا + 2 سو 2

كانت الممارسات الأولى للتحميص تتم في الخارج، مما يسمح لسحب كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت بالهبوب فوق الأرض مما يتسبب في أضرار جسيمة للنظم البيئية المحيطة، سواء المائية أو الأرضية. وقد أدت سحب ثاني أكسيد الكبريت جنبًا إلى جنب مع إزالة الغابات المحلية للحصول على الخشب اللازم للتحميص إلى تفاقم الأضرار التي لحقت بالبيئة، [6] كما هو الحال في سادبوري ، أونتاريو و Inco Superstack . [7]

تتكون أبسط طريقة لفصل الخام عن العروق من انتقاء البلورات الفردية لكل منها. هذه عملية شاقة للغاية، خاصة عندما تكون الجسيمات الفردية صغيرة. تعتمد طريقة أخرى بسيطة نسبيًا على المعادن المختلفة ذات الكثافات المختلفة ، مما يتسبب في تجمعها في أماكن مختلفة: ستسقط المعادن المعدنية (لأنها أثقل) من التعليق بشكل أسرع من المعادن الأخف وزناً، والتي سيتم حملها إلى أبعد من ذلك بواسطة تيار من الماء. تستخدم عملية التنقيب والغربلة عن الذهب كلتا الطريقتين. تم استخدام أجهزة مختلفة تُعرف باسم "الحزم" للاستفادة من هذه الخاصية. [ متى؟ ] في وقت لاحق، تم استخدام آلات أكثر تقدمًا مثل Frue vanner ، التي تم اختراعها في عام 1874.

تشمل المعدات الأخرى المستخدمة تاريخيًا القفص، وهو حوض يستخدم مع بعض آلات تجهيز الخام، والكيف أو الكيف، وهو حوض كبير يستخدم للتسوية التفاضلية.

أنواع الانفصال

التفكك

يمكن أن تبدأ عملية الاستفادة داخل المنجم نفسه. ستحتوي معظم المناجم على كسارة داخل المنجم نفسه حيث يحدث فصل الخام عن المعادن المتراكمة، ونتيجة لذلك يصبح النقل أسهل. بعد الكسارة، يمر الخام عبر مطحنة أو طاحونة لتحويل الخام إلى جزيئات دقيقة. يتم استخدام فصل الوسائط الكثيفة (DMS) لمزيد من فصل الخام المطلوب عن الصخور والمعادن المتراكمة. سيؤدي هذا إلى تقسيم الكتل المسحوقة حسب الكثافة مما يجعل الفصل أسهل. حيث يمكن أن يكون وجود DMS في العملية مهمًا، حيث ستقوم المطاحن أو المطاحن بمعالجة كمية أقل بكثير من الصخور المهدرة إذا حدث DMS مسبقًا. سيؤدي هذا إلى تقليل التآكل على المعدات بالإضافة إلى تكاليف التشغيل نظرًا لوجود حجم أقل يتم وضعه. [8]

الفصل الجسدي

بعد مرحلة الطحن، يمكن فصل الخام عن الصخور. إحدى الطرق التي يمكن بها تحقيق ذلك هي استخدام الخصائص الفيزيائية للخام لفصله عن بقية الصخور. قبل أي عملية فصل فيزيائية، يعد تحديد حجم جزيئات الخام أمرًا مهمًا للفصل الفعال. يتم ذلك باستخدام الشاشات الصناعية أو المصنفات. [9]

هذه العمليات هي الفصل بالجاذبية ، والتعويم، والفصل المغناطيسي . يستخدم الفصل بالجاذبية قوى الطرد المركزي والجاذبية النوعية للخامات والعصابات لفصلها. [10] يستخدم الفصل المغناطيسي لفصل العصابات المغناطيسية عن الخام المطلوب، أو على العكس من ذلك لإزالة خام مغناطيسي مستهدف من العصابات غير المغناطيسية. [11] يُعتبر DMS أيضًا فصلًا فيزيائيًا.

الفصل الكيميائي

لا يمكن الاعتماد على بعض الخصائص الفيزيائية للخام في الفصل، لذلك تُستخدم العمليات الكيميائية لفصل الخام عن الصخور. تعد عملية التعويم بالرغوة ، والاستخلاص بالكهرباء ، أكثر أنواع الفصل الكيميائي شيوعًا. يستخدم التعويم بالرغوة خصائص كارهة للماء ومحبة للماء لفصل الخام عن العصارة. سترتفع الجسيمات الكارهة للماء إلى أعلى المحلول المراد كشطه. [12] [13] يمكن أن تؤثر التغييرات في درجة الحموضة في المحلول على الجسيمات التي ستكون محبة للماء. يعمل الاستخلاص عن طريق إذابة الخام المطلوب في محلول من الصخر. [14] لا يعد الاستخلاص بالكهرباء طريقة أساسية للفصل، ولكنه مطلوب لإخراج الخام من المحلول بعد الاستخلاص.

عمليات الوحدة

يمكن أن تتضمن معالجة المعادن أربعة أنواع عامة من عمليات الوحدة: 1) التفتيت - تقليل حجم الجسيمات؛ 2) التحديد الحجمي - فصل أحجام الجسيمات عن طريق الفرز أو التصنيف؛ 3) التركيز من خلال الاستفادة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية السطحية؛ و4) تجفيف المياه - فصل المواد الصلبة عن السائلة.

في كل هذه العمليات، فإن الاعتبارات الأكثر أهمية هي اقتصاديات العمليات، والتي تمليها درجة المنتج النهائي واسترداده. للقيام بذلك، يجب مراعاة علم المعادن في الخام لأن هذا يحدد مقدار التحرير المطلوب والعمليات التي يمكن أن تحدث. كلما كانت عمليات الجسيمات أصغر، كلما كانت الدرجة النظرية واسترداد المنتج النهائي أكبر. ومع ذلك، يصبح القيام بذلك صعبًا مع الجسيمات الدقيقة لأنها تمنع حدوث عمليات تركيز معينة.

التفتيت

التفتيت هو تقليل حجم جزيئات المواد. يمكن إجراء التفتيت إما على المواد الجافة أو الملاط. التكسير والطحن هما عمليتا التفتيت الأساسيتان. يتم إجراء التكسير عادةً على خام التعدين [15] ، بينما يمكن إجراء الطحن (الذي يتم إجراؤه عادةً بعد التكسير) على المواد الجافة أو الملاطية. في التفتيت، يتم تقليل حجم الجسيمات من خلال ثلاثة أنواع من القوى: الضغط والتأثير والتآكل. تُستخدم قوى الضغط والتأثير على نطاق واسع في عمليات التكسير بينما يكون التآكل هو القوة السائدة في الطحن. المعدات المستخدمة بشكل أساسي في التكسير هي كسارات الفك وكسارات الدوارة وكسارات المخروط بينما تُستخدم طواحين القضبان وطواحين الكرات ، ذات الدائرة المغلقة عادةً مع وحدة التصنيف، بشكل عام لأغراض الطحن في مصنع معالجة المعادن. التكسير هو عملية جافة بينما يتم إجراء الطحن بشكل عام رطبًا وبالتالي فهو أكثر كثافة في استخدام الطاقة.

تحديد المقاسات

غربلة الخام من خلال منخل، مختبر أبحاث النيتروجين الثابت، 1930
جهاز Sizer 2000 لفحص الجسيمات الخشنة والصغيرة

يُعد التحديد بالحجم المصطلح العام لفصل الجسيمات وفقًا لحجمها. وأبسط عملية لتحديد الحجم هي الفرز، أو تمرير الجسيمات المراد تحديد حجمها من خلال شاشة أو عدد من الشاشات. يمكن أن تشمل معدات الفرز شاشات جريزلي، [16] وشاشات القضبان، وشاشات الأسلاك الإسفينية، والمناخل الشعاعية، وشاشات الموز، وشاشات متعددة الطوابق، وشاشات اهتزازية، وشاشات دقيقة، وشاشات قلابة، وشاشات شبكية سلكية. يمكن أن تكون الشاشات ثابتة (عادةً ما تكون هذه هي الحال بالنسبة للمواد الخشنة جدًا)، أو يمكن أن تتضمن آليات لهز الشاشة أو اهتزازها. تتضمن بعض الاعتبارات في هذه العملية مادة الشاشة وحجم الفتحة والشكل والاتجاه وكمية الجسيمات ذات الحجم القريب وإضافة الماء وسعة وتردد الاهتزازات وزاوية الميل ووجود مواد ضارة مثل الفولاذ والخشب وتوزيع حجم الجسيمات.

يشير التصنيف إلى عمليات تحديد الحجم التي تستغل الاختلافات في سرعات الترسيب التي تظهرها الجسيمات ذات الأحجام المختلفة. قد تشمل معدات التصنيف أجهزة فرز الخام ، أو الأعاصير الغازية ، أو الأعاصير المائية ، أو الطبلات الدوارة ، أو المصنفات المجرفة، أو المصنفات المميعة.

يعد تحديد توزيع حجم الجسيمات للمواد التي تتم معالجتها، والذي يشار إليه عادةً باسم تحليل حجم الجسيمات ، أحد العوامل المهمة في كل من عمليات التفتيت والتحجيم . تُستخدم العديد من التقنيات لتحليل حجم الجسيمات، وتتضمن التقنيات كلًا من التحليلات غير المتصلة بالإنترنت والتي تتطلب أخذ عينة من المادة للتحليل والتقنيات المتصلة بالإنترنت والتي تسمح بتحليل المادة أثناء تدفقها خلال العملية.

تركيز

هناك عدد من الطرق لزيادة تركيز المعادن المطلوبة: في أي حالة معينة، ستعتمد الطريقة المختارة على الخصائص الفيزيائية والكيميائية النسبية للسطح المعدني والعُرق. يُعرَّف التركيز بأنه عدد مولات المذاب في حجم المحلول. في حالة معالجة المعادن، يعني التركيز زيادة النسبة المئوية للمعدن الثمين في التركيز.

تركيز الجاذبية

الفصل بالجاذبية هو فصل معدنين أو أكثر بثقل نوعي مختلف عن طريق حركتهما النسبية استجابة لقوة الجاذبية وقوة واحدة أو أكثر أخرى (مثل قوى الطرد المركزي، والقوى المغناطيسية، وقوى الطفو)، أحدها مقاومة الحركة (قوة السحب) بواسطة وسط لزج مثل الوسائط الثقيلة أو الماء أو، بشكل أقل شيوعًا، الهواء.

يعد فصل الجاذبية أحد أقدم التقنيات المستخدمة في معالجة المعادن، ولكن استخدامه تراجع منذ ظهور أساليب مثل التعويم والتصنيف والفصل المغناطيسي والاستخلاص. يعود تاريخ فصل الجاذبية إلى عام 3000 قبل الميلاد على الأقل عندما استخدم المصريون هذه التقنية لفصل الذهب.

من الضروري تحديد مدى ملاءمة عملية تركيز الجاذبية قبل استخدامها لتركيز الخام. يُستخدم معيار التركيز عادةً لهذا الغرض، والمُشار إليه في المعادلة التالية (حيث يمثل الوزن النوعي):

  • لـ CC > 2.5، مناسب لفصل الجسيمات التي يزيد حجمها عن 75 ميكرون
  • لـ 1.75 < CC < 2.5، مناسب لفصل الجسيمات التي يزيد حجمها عن 150 ميكرون
  • لـ 1.50 < CC < 1.75، مناسب لفصل الجسيمات التي يزيد حجمها عن 1.7 مم
  • لـ 1.25 < CC < 1.50، مناسب لفصل الجسيمات التي يزيد حجمها عن 6.35 مم
  • لـ CC < 1.25، غير مناسب لأي حجم

على الرغم من أن معايير التركيز تعتبر قاعدة مفيدة عند التنبؤ بالقابلية للتركيز بالجاذبية، فإن عوامل مثل شكل الجسيمات والتركيز النسبي للجسيمات الثقيلة والخفيفة يمكن أن تؤثر بشكل كبير على كفاءة الفصل في الممارسة العملية.

تصنيف

هناك عدة طرق تستخدم اختلافات الوزن أو الكثافة للجسيمات: [17]

  • فصل الوسائط الثقيلة أو الوسائط الكثيفة (تشمل هذه الحمامات، والبراميل، وأجهزة فصل المياه الساخنة، وفواصل الدوامات دايانا، والأعاصير المتوسطة الكثيفة)
  • طاولات الاهتزاز، مثل طاولة ويلفلي [18]
  • الفواصل الحلزونية
  • مصنف الارتجاع
  • أجهزة تركيز الجيج هي أجهزة تركيز جاذبية معالجة مستمرة باستخدام سرير مائع نابض (محطات تركيز دائرية من شركة RMS-Ross Corp.)
  • أجهزة تركيز الأوعية الطاردة المركزية، مثل جهاز تركيز Knelson
  • أجهزة فصل متعددة الجاذبية بما في ذلك جهاز فصل الجاذبية Knelson وMozley (متعدد أو معزز) وجهاز فصل الجاذبية Salter Cyclones (جهاز فصل متعدد الجاذبية) وجهاز فصل الجاذبية Kelsey
  • أدوات قياس الضغط المضمنة
  • مخاريط رايخرت
  • السدود
  • المصافي
  • مصنف أوبتيما - جهاز فصل كثافة يعمل بالماء فقط. وهو عبارة عن نظام هندسي يتكون من وحدات تحضير الأعلاف والاستفادة/الفصل وتجفيف المياه لضمان منتج عالي الجودة مع محتوى الرطوبة الصحيح. تتكون المنتجات النموذجية من رماد أقل من 16% وقيمة حرارية لا تقل عن 27 مليون جول لكل كيلوغرام.

يمكن تصنيف هذه العمليات على أنها فصل الكثافة أو فصل الجاذبية (الوزن). في فصل الوسائط الكثيفة يتم إنشاء وسط بكثافة بين كثافة الخام وجزيئات العروق. عند تعرض الجسيمات لهذا الوسط إما تطفو أو تغرق اعتمادًا على كثافتها بالنسبة للوسط. بهذه الطريقة يتم الفصل على أساس الاختلافات في الكثافة بحتة ولا يعتمد، من حيث المبدأ، على أي عوامل أخرى مثل وزن الجسيمات أو شكلها. في الممارسة العملية، يمكن أن يؤثر حجم الجسيمات وشكلها على كفاءة الفصل. يمكن إجراء فصل الوسائط الكثيفة باستخدام مجموعة متنوعة من الوسائط. وتشمل هذه السوائل العضوية أو المحاليل المائية أو معلقات الجسيمات الدقيقة جدًا في الماء أو الهواء. لا تُستخدم السوائل العضوية عادةً بسبب سميتها وصعوبة التعامل معها والتكلفة النسبية. صناعيًا، الوسائط الكثيفة الأكثر شيوعًا هي تعليق جزيئات المغنتيت الدقيقة و/أو الفيروسيليكون. يتم استخدام المحلول المائي كوسط كثيف في معالجة الفحم في شكل غسيل بلكناب، ويتم استخدام المعلقات في الهواء في المناطق التي تعاني من نقص المياه، مثل مناطق الصين، حيث يتم استخدام الرمل لفصل الفحم عن المعادن المتراكمة.

يُطلق على الفصل بالجاذبية أيضًا الفصل بالجاذبية النسبية لأنه يفصل الجسيمات بسبب استجابتها النسبية لقوة دافعة. يتم التحكم في ذلك من خلال عوامل مثل وزن الجسيمات وحجمها وشكلها. يمكن أيضًا تصنيف هذه العمليات إلى عمليات متعددة الجاذبية وعمليات أحادية الجاذبية. الفرق هو حجم القوة الدافعة للفصل. تسمح عمليات متعددة الجاذبية بحدوث فصل الجسيمات الدقيقة جدًا (في نطاق من 5 إلى 50 ميكرون) عن طريق زيادة القوة الدافعة للفصل من أجل زيادة معدل فصل الجسيمات. بشكل عام، تكون عمليات أحادية الجاذبية قادرة فقط على معالجة الجسيمات التي يزيد قطرها عن 80 ميكرون تقريبًا.

من بين عمليات الفصل بالجاذبية، تعد المكثفات الحلزونية والقواطع الدائرية من أكثر الطرق اقتصادية نظرًا لبساطتها واستخدامها للمساحة. تعمل هذه المكثفات عن طريق فصل الفيلم المتدفق ويمكنها استخدام مياه الغسيل أو عدم استخدام مياه الغسيل. تعمل دوامات مياه الغسيل على فصل الجسيمات بسهولة أكبر ولكنها قد تواجه مشكلات تتعلق بسحب العُرق مع التركيز الناتج.

تعويم الرغوة

خلايا التعويم الرغوية المستخدمة لتركيز معادن كبريتيد النحاس والنيكل

تعويم الرغوة هو عملية تركيز مهمة. يمكن استخدام هذه العملية لفصل أي جسيمين مختلفين وتشغيلها من خلال كيمياء سطح الجسيمات. في التعويم، يتم إدخال الفقاعات في اللب وترتفع الفقاعات عبر اللب. [19] في هذه العملية، تصبح الجسيمات الكارهة للماء مرتبطة بسطح الفقاعات. القوة الدافعة لهذا الارتباط هي التغيير في الطاقة الحرة للسطح عند حدوث الارتباط. ترتفع هذه الفقاعات عبر الملاط ويتم جمعها من السطح. لتمكين هذه الجسيمات من الارتباط، يجب إجراء دراسة متأنية لكيمياء اللب. تشمل هذه الاعتبارات الرقم الهيدروجيني وEh ووجود كواشف التعويم. الرقم الهيدروجيني مهم لأنه يغير شحنة سطح الجسيمات ويؤثر الرقم الهيدروجيني على امتصاص المواد الكيميائية على سطح الجسيمات.

تؤثر إضافة مواد التعويم أيضًا على تشغيل هذه العمليات. المادة الكيميائية الأكثر أهمية التي تتم إضافتها هي المجمع. ترتبط هذه المادة الكيميائية بسطح الجسيمات لأنها مادة فعالة بالسطح . الاعتبارات الرئيسية في هذه المادة الكيميائية هي طبيعة المجموعة الرأسية وحجم سلسلة الهيدروكربون. يجب أن يكون ذيل الهيدروكربون قصيرًا لتحقيق أقصى قدر من انتقائية المعدن المطلوب وتحدد المجموعة الرأسية المعادن التي ترتبط بها.

تعتبر المواد الرغوية إضافة كيميائية مهمة أخرى إلى اللب أو الملاط لأنها تمكن من تكوين فقاعات مستقرة. وهذا مهم لأنه إذا اندمجت الفقاعات، فسوف تتساقط المعادن من سطحها. ومع ذلك، لا ينبغي أن تكون الفقاعات مستقرة للغاية لأن هذا يمنع النقل السهل وتجفيف التركيز المتكون. آلية عمل هذه المواد الرغوية غير معروفة تمامًا ويتم إجراء المزيد من الأبحاث حول آلياتها.

تُستخدم المثبطات والمنشطات لفصل معدن عن آخر بشكل انتقائي. تمنع المثبطات تعويم معدن أو معادن واحدة بينما تعمل المنشطات على تمكين تعويم معادن أخرى. تشمل الأمثلة على ذلك CN − ، المستخدم لتثبيط جميع الكبريتيدات باستثناء الغالينا ويُعتقد أن هذا المثبط يعمل عن طريق تغيير قابلية ذوبان المجمعات الممتصة كيميائيًا والممتصة فيزيائيًا على الكبريتيدات. نشأت هذه النظرية في روسيا. مثال على المنشط هو أيونات Cu 2+ ، المستخدمة لتعويم السفاليرايت.

هناك عدد من الخلايا التي يمكن استخدامها لتعويم المعادن. وتشمل هذه أعمدة التعويم وخلايا التعويم الميكانيكية. تُستخدم أعمدة التعويم للمعادن الدقيقة وعادةً ما تكون ذات درجة أعلى ونسبة استرداد أقل للمعادن من خلايا التعويم الميكانيكية. يمكن أن تتجاوز الخلايا المستخدمة حاليًا 300 متر مكعب . يتم ذلك لأنها أرخص لكل وحدة حجم من الخلايا الأصغر حجمًا، ولكن لا يمكن التحكم فيها بسهولة مثل الخلايا الأصغر حجمًا.

تم اختراع هذه العملية في القرن التاسع عشر في أستراليا. وقد تم استخدامها لاستعادة تركيز السفاليرايت من المخلفات، والذي تم إنتاجه باستخدام تركيز الجاذبية. وقد جاءت تحسينات أخرى من أستراليا في شكل خلية جيمسون ، التي تم تطويرها في جامعة نيوكاسل، أستراليا. يتم تشغيلها باستخدام نفاثة غاطسة تولد فقاعات دقيقة. تتمتع هذه الفقاعات الدقيقة بطاقة حركية أعلى وبالتالي يمكن استخدامها لتعويم المعادن ذات الحبيبات الدقيقة، مثل تلك التي تنتجها IsaMill.

تقسم مفاعلات التعويم المرحلية عملية التعويم إلى ثلاث مراحل محددة لكل خلية. أصبحت هذه المفاعلات شائعة الاستخدام بشكل متزايد لأنها تتطلب قدرًا أقل بكثير من الطاقة والهواء ومساحة التركيب.

الفصل الكهروستاتيكي

هناك نوعان رئيسيان من الفواصل الكهروستاتيكية . تعمل هذه الفواصل بطرق مماثلة، ولكن القوى المطبقة على الجسيمات مختلفة وهذه القوى هي الجاذبية والجذب الكهروستاتيكي. النوعان هما الفواصل الكهروديناميكية (أو بكرات الجهد العالي) أو الفواصل الكهروستاتيكية. في بكرات الجهد العالي، يتم شحن الجسيمات عن طريق تفريغ الهالة. هذا يشحن الجسيمات التي تنتقل لاحقًا على الأسطوانة. تفقد الجسيمات الموصلة شحنتها للأسطوانة ويتم إزالتها من الأسطوانة بتسارع مركزي. تعمل فواصل الألواح الكهروستاتيكية عن طريق تمرير تيار من الجسيمات عبر الأنود المشحون. تفقد الموصلات الإلكترونات إلى اللوحة ويتم سحبها بعيدًا عن الجسيمات الأخرى بسبب الجذب المستحث للأنود. تُستخدم هذه الفواصل للجسيمات بين 75 و 250 ميكرون ولتحقيق الفصل الفعال، يجب أن تكون الجسيمات جافة ولها توزيع حجم وثيق وموحدة في الشكل. من بين هذه الاعتبارات، أحد أهمها هو محتوى الماء للجسيمات. وهذا مهم لأن طبقة الرطوبة على الجزيئات ستحول الجزيئات غير الموصلة إلى موصلات لأن طبقة الماء موصلة.

تُستخدم عادةً أجهزة فصل الصفائح الكهروستاتيكية للتيارات التي تحتوي على موصلات صغيرة وموصلات خشنة غير موصلة. تُستخدم عادةً بكرات الجهد العالي للتيارات التي تحتوي على موصلات خشنة وموصلات دقيقة غير موصلة.

تُستخدم هذه الفواصل عادةً لفصل الرمال المعدنية ، ومن الأمثلة على أحد مصانع معالجة المعادن هذه مصنع معالجة CRL في Pinkenba في بريسبان، كوينزلاند. في هذا المصنع، يتم فصل الزركون والروتيل والإلمنيت عن شوائب السيليكا. في هذا المصنع، يتم إجراء الفصل على عدد من المراحل باستخدام آلات التكسير والتنظيف والإزالة وإعادة التنظيف .

الفصل المغناطيسي

الفصل المغناطيسي هو عملية يتم فيها استخراج مادة قابلة للتأثر بالمغناطيس من خليط باستخدام قوة مغناطيسية. يمكن أن تكون تقنية الفصل هذه مفيدة في تعدين الحديد لأنه ينجذب إلى مغناطيس. في المناجم حيث تم خلط التنجستن مع الكاسيتريت ، مثل منجم ساوث كروفتي وإيست بول في كورنوال أو مع البزموت مثل منجم شيبرد ومورفي في موينا، تسمانيا، تم استخدام الفصل المغناطيسي لفصل الخامات. في هذه المناجم تم استخدام جهاز يسمى فاصل ويذريل المغناطيسي (اخترعه جون برايس ويذريل، 1844-1906) [1]. في هذه الآلة، تم تغذية الخام الخام، بعد التكليس، على حزام متحرك يمر أسفل زوجين من المغناطيسات الكهربائية والتي تعمل تحتها أحزمة أخرى بزوايا قائمة على حزام التغذية. كان الزوج الأول من المغناطيسات الكهربائية ممغنطًا بشكل ضعيف وخدم في سحب أي خام حديد موجود. كان الزوج الثاني ممغنطًا بقوة وجذب التنجستن، وهو ممغنط بشكل ضعيف. كانت هذه الآلات قادرة على معالجة 10 أطنان من الخام يوميًا. وتسمى عملية فصل المواد المغناطيسية عن المواد غير المغناطيسية في خليط بمساعدة المغناطيس بالفصل المغناطيسي.

تتم هذه العملية عن طريق تحريك الجسيمات في مجال مغناطيسي. يتم تحديد القوة التي يتم تجربتها في المجال المغناطيسي من خلال المعادلة f = m / kHdh / dx. حيث k = القابلية المغناطيسية، و H- قوة المجال المغناطيسي، و dh / dx هو تدرج المجال المغناطيسي. كما هو موضح في هذه المعادلة، يمكن دفع الفصل بطريقتين، إما من خلال تدرج في مجال مغناطيسي أو قوة المجال المغناطيسي. يتم استخدام قوى الدفع المختلفة في المكثفات المختلفة. يمكن أن تكون هذه إما مع الماء أو بدونه. مثل الحلزونات، يساعد ماء الغسيل في فصل الجسيمات بينما يزيد من جر الشوائب في التركيز.

فرز الخام الآلي

تستخدم عملية الفرز الآلية الحديثة أجهزة استشعار بصرية (الطيف المرئي، والأشعة تحت الحمراء القريبة، والأشعة السينية، والأشعة فوق البنفسجية)، والتي يمكن ربطها بأجهزة استشعار التوصيل الكهربائي والحساسية المغناطيسية، للتحكم في الفصل الميكانيكي للخام إلى فئتين أو أكثر على أساس كل صخرة على حدة. كما تم تطوير أجهزة استشعار جديدة تستغل خصائص المواد مثل التوصيل الكهربائي، والمغناطيسية، والبنية الجزيئية، والتوصيل الحراري. وقد وجدت عملية الفرز القائمة على أجهزة الاستشعار تطبيقًا في معالجة النيكل والذهب والنحاس والفحم والماس.

إزالة المياه

إن إزالة الماء من الخام عملية مهمة في معالجة المعادن. والغرض من إزالة الماء هو إزالة الماء الذي تمتصه الجسيمات مما يزيد من كثافة اللب. ويتم ذلك لعدد من الأسباب، على وجه التحديد، لتمكين معالجة الخام ونقله بسهولة، والسماح بمزيد من المعالجة والتخلص من الشوائب. يتم إعادة تدوير الماء المستخرج من الخام عن طريق إزالة الماء لعمليات المصنع بعد إرساله إلى محطة معالجة المياه. وتشمل العمليات الرئيسية المستخدمة في إزالة الماء شاشات إزالة الماء والترسيب والترشيح والتجفيف الحراري. وتزداد هذه العمليات صعوبة وتكلفة مع انخفاض حجم الجسيمات.

تعمل شاشات إزالة الماء عن طريق تمرير الجسيمات عبر الشاشة. تمر الجسيمات عبر الشاشة بينما يمر الماء عبر الفتحات الموجودة في الشاشة. هذه العملية قابلة للتطبيق فقط على الخامات الخشنة التي لها توزيع حجمي متقارب حيث تسمح الفتحات بمرور الجسيمات الصغيرة.

تتم عملية الترسيب عن طريق تمرير الماء إلى مكثف أو منقي كبير. في هذه الأجهزة، تترسب الجسيمات خارج الملاط تحت تأثير الجاذبية، أو القوى المركزية. هذه محدودة بكيمياء سطح الجسيمات وحجم الجسيمات. للمساعدة في عملية الترسيب، يتم إضافة المواد المتكتلّة والمواد المخثرة لتقليل القوى الطاردة بين الجسيمات. ترجع هذه القوة الطاردة إلى الطبقة المزدوجة المتكونة على سطح الجسيمات. تعمل المواد المتكتلّة عن طريق ربط جسيمات متعددة معًا بينما تعمل المواد المخثرة عن طريق تقليل سمك الطبقة المشحونة على الجانب الخارجي للجسيم. بعد التكثيف، غالبًا ما يتم تخزين الملاط في البرك أو السدود. بدلاً من ذلك، يمكن ضخه في مكبس حزام أو مكبس فلتر غشائي لإعادة تدوير مياه العملية وإنشاء كعكة ترشيح جافة قابلة للتكديس أو "مخلفات". [20]

تُستخدم عملية التجفيف الحراري عادةً للجسيمات الدقيقة ولإزالة المحتوى المائي المنخفض في الجسيمات. وتتضمن بعض العمليات الشائعة المجففات الدوارة والأسرة المميعة والمجففات بالرش والمجففات ذات الموقد والمجففات ذات الصواني الدوارة. وعادةً ما تكون هذه العملية مكلفة بسبب متطلبات الوقود للمجففات.

عمليات أخرى

تتضمن العديد من المصانع الميكانيكية أيضًا عمليات هيدروميتالورجية أو بيروميتالورجية كجزء من عملية استخلاص المعادن. علم المعادن الجيولوجي هو فرع من فروع علم المعادن الاستخلاصية يجمع بين معالجة المعادن والعلوم الجيولوجية. وهذا يشمل دراسة تكتل النفط [21] [22] [23] [24]

ويعتبر عدد من عمليات مناولة المواد المساعدة أيضًا فرعًا من معالجة المعادن مثل التخزين (كما هو الحال في تصميم الصناديق)، والنقل، وأخذ العينات، والوزن، ونقل الملاط، والنقل الهوائي.

تتأثر كفاءة وفعالية العديد من تقنيات المعالجة بالأنشطة السابقة مثل طريقة التعدين والمزج . [ 25]

أمثلة على الحالات

في حالة الذهب، بعد امتصاصه على الكربون، يتم وضعه في محلول هيدروكسيد الصوديوم والسيانيد. في المحلول، يتم سحب الذهب من الكربون إلى المحلول. تتم إزالة أيونات الذهب من المحلول عند كاثودات الصوف الفولاذي من الاستخلاص الكهربائي. ثم يتم إرسال الذهب للصهر. [14]

من الصعب فصل الليثيوم عن الشوائب بسبب التشابه في المعادن. من أجل فصل الليثيوم، يتم استخدام تقنيات الفصل الفيزيائية والكيميائية. يتم استخدام التعويم الرغوي أولاً. نظرًا للتشابه في علم المعادن، لا يحدث فصل كامل بعد التعويم. غالبًا ما تكون الشوائب الموجودة مع الليثيوم بعد التعويم حاملة للحديد. يمر تركيز التعويم عبر الفصل المغناطيسي لإزالة الشوائب المغناطيسية من الليثيوم غير المغناطيسي. [26]

المؤتمرات

المؤتمر الأوروبي للمعادن (EMC)

تطور مؤتمر EMC، المؤتمر الأوروبي للمعادن، ليصبح الحدث التجاري الأكثر أهمية المخصص لصناعة المعادن غير الحديدية في أوروبا. ومنذ بداية سلسلة المؤتمرات في عام 2001 في فريدريشهافن، استضاف المؤتمر بعضًا من أهم خبراء المعادن من جميع دول العالم. يُعقد المؤتمر كل عامين بدعوة من جمعية خبراء المعادن والتعدين GDMB ويستهدف بشكل خاص منتجي المعادن ومصنعي المصانع وموردي المعدات ومقدمي الخدمات بالإضافة إلى أعضاء الجامعات والمستشارين.

انظر أيضا

ملحوظات

  1. ^ "معالجة المعادن | علم المعادن | الموسوعة البريطانية". www.britannica.com . تم الاسترجاع في 2022-04-02 .
  2. ^ آدم روبرت لوكاس (2005)، "الطحن الصناعي في العالمين القديم والعصور الوسطى: دراسة استقصائية للأدلة على الثورة الصناعية في أوروبا في العصور الوسطى"، التكنولوجيا والثقافة 46 (1): 1-30 [10-1 و27]
  3. ^ فاغنر، دونالد ب. (1999). "أقدم استخدام للحديد في الصين". المعادن في العصور القديمة : 1- 9 - عبر أكسفورد: Archaeopress.
  4. ^ ab Wagner, Donald B. (2008). "Science and Civilization in China Volume 5-11". Ferrous Metallurgy – via Cambridge University Press.
  5. ^ "صناعة الصلب الثانوية: المبادئ والتطبيقات". CRC Press . تم الاسترجاع في 2020-04-08 .
  6. ^ أ ب جرينوود، نورمان ن. (1997). كيمياء العناصر (الطبعة الثانية) . باتروورث-هاينمان. رقم ISBN 978-0-08-037941-8.
  7. ^ "تاريخ الصور للبيئة المجهدة في مدينة سودبوري". users.vianet.ca . تم الاسترجاع في 2020-04-08 .
  8. ^ Haldar, SK (2017). رواسب البلاتين والنيكل والكروم . Elsevier Inc. ISBN 978-0-12-802041-8.
  9. ^ ويلز، باري أ.؛ فينش، جيمس إي. (2016). تكنولوجيا معالجة المعادن لدى ويلز: مقدمة للجوانب العملية لمعالجة الخام واستعادة المعادن (الطبعة الثامنة). أمستردام، بوسطن، ماساتشوستس، هايدلبرغ: إلسيفير. ISBN 978-0-08-097053-0.
  10. ^ فالكونر، أندرو (2003). "الفصل بالجاذبية: التقنية القديمة/الأساليب الجديدة" (PDF) . الفصل الفيزيائي في العلوم والهندسة . 12 : 31– 48. doi : 10.1080/1478647031000104293 .
  11. ^ يو، جيان وين (2017). "استخلاص معادن خام الحديد عن طريق التحميص المغناطيسي والفصل المغناطيسي". المجلة الدولية لمعالجة المعادن . 168 : 102– 108. رمز Bibcode : 2017IJMP..168..102Y. doi : 10.1016/j.minpro.2017.09.012 .
  12. ^ "مقدمة في معالجة المعادن: تعويم الرغوة" . تم الاسترجاع في 2 سبتمبر 2017 .
  13. ^ راماشاندرا راو، س. (2006). "العمليات الفيزيائية والكيميائية الفيزيائية". استعادة الموارد وإعادة التدوير من النفايات المعدنية . سلسلة إدارة النفايات. المجلد 7. ص  35-69 . doi :10.1016/S0713-2743(06)80088-7. ISBN 9780080451312- عبر Enslevier.
  14. ^ ab Vinal, J.; Juan, E.; Ruiz, M.; Ferrando, E.; Cruells, M.; Roca, A.; Casado, J. (2006). "استخلاص الذهب والبلاديوم بالأوزون المائي في وسط كلوريد مخفف". علم المعادن المائية . 81 (2): 142– 151. Bibcode :2006HydMe..81..142V. doi :10.1016/j.hydromet.2005.12.004 – via Elsevier Science Direct.
  15. ^ Run-of-mine: المادة الخام المستخرجة من المنجم كما يتم تسليمها قبل أي نوع من المعالجة. "قاموس المصطلحات التعدينية والمعدنية والمصطلحات ذات الصلة". جامعة هاسيتيب - قسم هندسة التعدين. مؤرشف من الأصل في 2010-10-29 . تم الاسترجاع في 2010-08-07 .
  16. ^ Grizzly: شبكة من قضبان الحديد تسمح للخام ذي الحجم المناسب بالسفر عبر ممر الخام إلى قاع المنجم، جاهزًا للرفع إلى السطح. "grizzly" نشط ومفصلي قادر على دحرجة وفرك وتنظيف وتفريغ الصخور والصخور الضخمة التي يصل قطرها إلى 4 أقدام (120 سم) ناقصًا أثناء استعادة كل مادة الملاط ناقص 2 بوصة (51 مم) لمزيد من الفرز والفصل واستعادة المعادن المستهدفة هو نظام DEROCKER (RMS-Ross Corporation) "Geevor Tin Mine: Grizzly men". متحف منجم Geevor Tin . تم الاسترجاع في 2010-08-07 .
  17. ^ لوري، رايموند ل؛ جمعية التعدين والمعادن والاستكشاف (2002)، دليل مرجعي للتعدين للشركات الصغيرة والمتوسطة ، جمعية التعدين والمعادن والاستكشاف، رقم ISBN 978-0-87335-175-1- الفصل 17 - قسم التصنيف بقلم بول د. تشامبرلين
  18. ^ "Mill Machines: The Wilfley table". Copper Country Explorer. مؤرشف من الأصل في 2014-08-26 . تم الاسترجاع في 2010-08-07 .
  19. ^ Hoque, Mohammad Mainul; Peng, Zhengbiao; Evans, Geoffrey; Doroodchi, Elham (2023). "تأثير تحميل سطح الفقاعة على ديناميكيات ارتفاع الفقاعة المحملة بالجسيمات في نظام تدفق السوائل". هندسة المعادن . 195 : 108043. Bibcode :2023MiEng.19508043H. doi : 10.1016/j.mineng.2023.108043 .
  20. ^ "دليل المنتج طن في الساعة 2016" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2019-02-09 . تم الاسترجاع 2016-03-05 .
  21. ^ إعداد الفحم المالح باستخدام تقنية التكتل النفطي / VS Biletskyi، A. Kheloufi، PV Sergeev // المؤتمر الدولي التاسع حول علوم الفحم (ICCS'97)، 7-12 سبتمبر 1997، إيسن، ألمانيا. المجلد 1. ص 535-538.
  22. ^ دراسة قوانين التكتل الانتقائي للفحم باستخدام اللاتكس الصناعي / PV Sergeev, VS Biletskyy // ICCS'97. 7–12 سبتمبر 1997، إيسن، ألمانيا. المجلد الأول. ص 503-506.
  23. ^ C.-W. Fan, R. Markuszewski, and TD Wheelock, "Oil Agglomeration of Coal in Salt Solutions: Effects of Hydrophobicity and Other Parameters on Coal Recovery" Archived 2017-04-28 at the Wayback Machine
  24. ^ Beletskyi V., Shendrik T. Ennobling of salty coals by means of oil agglomeration Technical and Geoinformational Systems in Mining. Proceedings of the School of underground mining, Dnipropetrovsk/Yalta, 2–8 October 2011. / CRC Press Taylor & Francis Group, London, UK. A Balkema Book. 2011. p. 135-140.
  25. ^ Whitacre, J., Iorio, A., Schellenberg, S. "مزج الفحم: القيمة التجارية والتحليل والتحسين"
  26. ^ تاديسي، بوغالي؛ ماكوي، فيديل؛ ألبيجانيتش، بوريس؛ داير، لورانس (2019). "استخلاص معادن الليثيوم من خامات الصخور الصلبة: مراجعة". هندسة المعادن . 131 : 170– 184. رمز Bibcode : 2019MiEng.131..170T. doi : 10.1016/j.mineng.2018.11.023. S2CID  105940721.

مراجع

  • دوبي، جي إس، وفينش، جيه إيه، 1991، تعويم العمود: مراجعة مختارة، الجزء الثاني، 4(7-11) 911-923
  • فينش، جيه إيه، 1995، تعويم العمود: مراجعة مختارة - الجزء الرابع: أجهزة تعويم جديدة، هندسة المعادن، 8(6)، 587-602
  • ميتينين، ت، رالستون، ج، وفورناسيرو، د، حدود تعويم الجسيمات الدقيقة، هندسة المعادن، 23، 420-437 (2010)
  • نجوين، إيه في، رالستون، جيه، شولز، إتش إس، 1988، حول نمذجة احتمالية ارتباط الفقاعة بالجسيم في التعويم، مجلة الإجراءات الدقيقة الدولية، 53(4) 225-249
  • بروبشتاين، آر إف (2003) الديناميكا المائية الفيزيائية والكيميائية: مقدمة، هوبوكين، نيو جيرسي، جون وايلي وأولاده، 141-142.
  • رالستون، ج. فورناسيرو، د.، هايز، ر.، 1999، ارتباط جسيمات الفقاعات وانفصالها في التعويم، مجلة الإجراءات الدقيقة الدولية، 56(1-4) 133-164
  • ويلز، بي أيه، فينش، جيه. (2015): تكنولوجيا معالجة المعادن الخاصة بويلز، مقدمة للجوانب العملية لمعالجة الخام واستعادة المعادن؛ الطبعة الثامنة، 512 صفحة، رقم ISBN 978-0-08-097053-0 

مصادر

  • مقالات مختلفة في J. Day & RF Tylecote، المعادن في الثورة الصناعية (معهد المعادن، لندن 1991).

قراءة إضافية

  • كارتر، سي. باري؛ إم. جرانت نورتون (2007). "الاستغلال". المواد الخزفية: العلوم والهندسة . برلين : سبرينغر . ص. 347. ISBN 978-0-387-46270-7. OCLC  77012326 . تم الاسترجاع في 15 مايو 2009 .
  • سميث، ميك ر.؛ إل. كوليس؛ بي جي فوكس (2001). "الاستغلال". المواد الخام: المواد الخام الرملية والحصوية والصخور المكسرة لأغراض البناء . لندن : الجمعية الجيولوجية . ص  124-129 . رقم ISBN 1-86239-079-7. OCLC  46600322 . تم الاسترجاع في 15 مايو 2009 .
  • بارتجيس، إن إل (2007). "استغلال الماس: العوائق البنيوية وكيفية فك حجبها في جنوب أفريقيا" (PDF) . مصدر الماس للاستخدام 2007. المعهد الأفريقي الجنوبي للتعدين والمعادن. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2 أكتوبر 2011. تم الاسترجاع في 15 مايو 2009 .
  • Suptelya, VV; SA Martynov; VP Butuzov; VA Khvan (يوليو 1977). "استخلاص الماس الصناعي بالموجات فوق الصوتية". مجلة علوم التعدين . 13 (4): 439– 441. Bibcode :1977JMinS..13..439S. doi :10.1007/BF02498516. S2CID  129150818.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mineral_processing&oldid=1264435936"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate