علم سرامیک

فناورى نانو به سه زیر شاخه بالا به پایین، پایین به بالا (روش هاى ساخت) و نانو محاسبات (روش هاى مدل سازى و شبیه سازى) تقسیم بندى مى شوند که هر کدام از این روش ها نیز به شاخه هاى گوناگون تقسیم مى شوند. کاهش اندازه میکرو ساختارى مواد موجود مى تواند تاثیرات بزرگى را به وجود آورد. مثلاً همان طور که اندازه دانه یا کریستال در یک فلز به سمت نانو مقیاس حرکت مى کند، نسبت اتم هاى موجود بر روى مرزهاى دانه هاى این جسم جامد افزایش پیدا مى کند و آنها رفتارى کاملاً متفاوت از اتم هایى که روى مرز نیستند بروز مى دهند. رفتار آنها شروع به تحت تاثیر قرار دادن رفتار ماده مى کنند و در نتیجه در فلزات، افزایش استحکام، سختى، مقاومت الکتریکى، ظرفیت حرارتى ویژه، بهبود انبساط حرارتى و خواص مغناطیسى و کاهش رسانایى حرارتى دیده مى شود.
در اختلاط شدید از انواع همزن هاى دور بالا، همگن سازها، آسیاب هاى کلوییدى و غیره مى توان براى تهیه قطرات ریز یک مایع در مایع دیگر (نانو کپسول ها) سود جست. البته عوامل فعال سطحى (خودآرایى) نقش کلیدى در ایجاد و پایدارى این نانو امولسیون ها دارد. در روش استفاده از آسیاب گلوله اى با آسیا و یا پودر کردن مى توان براى ایجاد نانو ذرات استفاده کرد. خواص نانو ذرات حاصل تحت تاثیر نوع ماده آسیاکننده، زمان آسیا و محیط اتمسفرى آن قرار مى گیرد. از این روش مى توان براى تولید نان ذراتى از مواد استفاده کرد که با روش هاى دیگر به آسانى تولید نمى شوند. البته آلودگى حاصل از مواد محیط آسیاب کننده هم مى تواند مشکل ساز باشد. نانو ذرات در حال حاضر از طیف وسیعى از مواد ساخته مى شوند. معمول ترین آنها نانو ذرات سرامیکى بوده که به بخش سرامیک هاى اکسید فلزى (نظیر اکسیدهاى تیتانیوم، روى، آلومینیوم و آهن و نانو ذرات سیلیکاتى (عموماً به شکل ذرات نانو مقیاسى رس) تقسیم مى شود. طبق تعریف حداقل باید یکى از ابعاد آنها کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. نانو ذرات سرامیکى فلزى یا اکسید فلزى معمولاً اندازه یکسانى از دو یا سه نانو متر تا ۱۰۰ نانو متر – در هر سه بعد دارند شاید شما انتظار دارید که چنین ذرات کوچکى در هوا معلق بمانند اما در واقع آنها به وسیله نیروهاى الکترواستاتیک به یکدیگر چسبیده و به شکل پودر بسیار ریزى رسوب مى کنند. کاربردهاى بازارپسند این نانو مواد بسیار زیاد است. خردایش یک فرآیند منحصر به فردى است که در محدوده وسیعى از کابردهاى صنعتى جهت تولید ذرات ریز کاربرد دارد اما بسیار مشکل است که توسط خردایش، ذرات را به سایز بسیار ریز تبدیل کنیم و علاوه بر این، خردایش بسیار ریز به علت ظرفیت پایین آسیا و مصرف انرژى بالا، بسیار گران است. بنابراین افزایش در کارآیى خردایش، تاثیر مفید اساسى بر روى مصرف انرژى خردایش و هزینه خواهد داشت. براى رسیدن به این هدف، انتخاب آسیاى مناسب و عملیات در شرایط بهینه آسیا کردن لازم و ضرورى به نظر می‏رسد. در این جهت از آسیاى سانتریفیوژ استفاده مى شود که، یک آسیاى با قدرت بالا بوده و می‏تواند جهت خردایش بسیار ریز مواد مورد استفاده قرار گیرد. این آسیا با به کارگیرى نیروهاى سانتریفیوژ تولید شده توسط دوران محور لوله آسیا در یک چرخه فعالیت می‏کند. همچنین در فناورى نانو میتوان توسط فرآیند شیمى مکانیکى ترکیبات اکسى فلوراید لانتانیوم (Loaf) را در حد سایز بسیار ریز نانو به دست آورد. اکسى فلوراید لانتانیوم مى تواند یک فعال کننده، ماده میزبان فسفر، کاتالیزور براى جفت شدن اکسایشى متان و یا اکسایش هیدروژن زدایى متان باشد. این ماده توسط دو روش مهم ترکیب مى شود. اولین شیوه، فرآیند ترکیبى حالت جامد تحت فشار و حرارت بالا بوده و فعل و انفعالات مستقیمى را در بین مواد موجب مى شود و دیگرى فرآیند electro_winning است که جهت آماده سازى به یک محلول آبدار و یا یک نمک گداخته نیاز دارد. در این روش هاى ترکیبى، از فلوراید لانتانیوم یا آمونیوم فلوراید به عنوان یک منبع فلوراید مورد استفاده قرار مى گیرد که طبعاً داراى هزینه بالایى نیز است. روش جایگزین دیگر جهت ترکیب مواد کاربردى بدون استفاده از گرما مى باشد. در این روش تنها از یک دستگاه خردایش با قدرت بالا نظیر آسیاى Planetary استفاده مى شود، به طورى که در این روش مسائل آلودگى هاى زیست محیطى به حداقل رسیده و دلیل آن عدم وجود مواد مضرى چون فلوئورین در گازهاى خروجى آن است. جهت جلوگیرى از وجود ناخالصى هاى ناشى از پوشش گلوله هاى مورد استفاده در آسیا در زمان خردایش، از گلوله هاى از جنس زیر کونیوم استفاده مى شود که در مقابل سائیدگى مقاوم است.

کربن فعال پر استفاده ترین جاذب برای بازیابی طلا از محلولهای سیانید است . یکی از کند ترین مراحل در استخراج  طلا توسط تکنیکهای کربن در پالپ و کربن در لیچ ، جدایش طلا از کربن فعال بارگیری شده است . فرآیندهای جدید کربن در پالپ و کربن در لیچ  بطورافزاینده ای نیازمند  بازیابی  سریع کربن است . پر استفاده ترین روش شستشو ، فرآیند زادرا است ، که در آن محلولهای داغ w/v ۱%  NaOH  ، w/v ۲% NaCN را از میان بستر کربن فعال بار گیری شده با سیانید طلا به مدت حداکثر 72 ساعت دردمای  100- 95 درجه سانتیگراد  برای جدایش Au(CN)₂^-  بازیابی می کنند . این روش تحت فشار و دمای بالا اصلاح شده بود ، عملیات در 140 درجه سانتیگراد و  600  کیلو پاسکال برای کاهش زمان شستشو به 12- 10 ساعت بود . مشکل اینجا بود که شوینده ها قبل از خروج از فشار سرد می شدند . همچنین هزینه و نگهداری سیستمها برای عملیات کوچک جالب نبودند .

روش شستشوی آنگلو  یک روش آلترناتیو است ، که طلا را در 12 – 8 ساعت با استفاده از آب دیونیزه شده در 120 – 100 درجه سانتیگراد  می شوید . در این روش کربن توسط محلول w/v ۱%  NaOH  ، w/v ۵% NaCN  پیش خیسانده می شود . این فرآیند به کیفیت آب مورد استفاده حساس است . کربنات سدیم برای جانشینی مخلوط جدایش هیدروکسید سدیم پیشنهاد شده بود . ادعا شده بود که توسط انجام این تکنولوژی جدید کمی صرفه جویی ایجاد شده است . علاوه بر این ، این شیوه کمترین میزان سمیّت و  طبیعت خورندگیِ واسطه کربنات سدیم را در قیاس با محلول هیدروکسید سدیم – سیانید سدیم دارا بود ، که این امر اساساً از لحاظ بهداشت صنعتی و چشم انداز های زیست محیطی از تکنولوژی مرسوم قابل قبول تر بود .

نظر به سرعت پایین شستشو و دمای بالا ، ارتقا رویه های مرسوم شستشو با مطرح کردن مافوق صوت در سیستم شستشو به نظر ممکن می رسد . استفاده از مافوق صوت اخیراً بعنوان یک راه جهت تشدید فرآیند جدایش مورد تحقیق بوده است . لیو و همکاران ( 1996 ) و موخرجیو همکاران ( 1997 ) نشان دادند که عملیات مافوق صوت می تواند مواد آلی جذب سطحی شده روی فاز ذره ای رسوبات آبی را از جای خود بیرون کند ، بدین ترتیب بطور قابل توجهی در دسترس بودن زیستی نمک اسید سوربیک را افزایش دهد . نیومن و همکاران ( 1997 ) مطالعات مشابهی را با تکه های دانه ای ریز آجر اشباع شده توسط اکسید مس بعنوان یک مدل از خاک آلوده پیش بردند . آنها کاهشی 40% در محتوی مس توسط شستن لایه مدل توسط عبور دادن آب روی یک سینی لرزان مافوق صوتی با عمل در فرکانس 20  کیلو هرتز مشاهده نمودند . کین و همکاران ( 1997 ) جدایش فنل از رزین های تبادل یونی را آزموده و یک جابجایی در تعادل جذب سطحی در حضور مافوق صوت را گزارش دادند . همینطور ، مطالعات امکان سنجی آزمایشگاهی توسط ریج و همکاران ( 1998 ) نشان داد که مافوق صوت نرخ جدایش فنل از کربن فعال و رزینهای پلیمری را افزایش داد . عملیات مافوق صوتی همچنین جهت بالا بردن شستن جزء یونی از رزینهای تباذل یونی نیز توسط فنگ و آلدریچ  (2000 ) ثابت شده بود . کاربردهایی از قبیل این اشاره دارد که تابش مافوق صوت می تواند راهی موثر جهت بالا بردن شستن سیانید طلا از کربن فعال باشد . هدف این بررسی این است که تعیین کند تا چه اندازه ای می توان با استفاده از مافوق صوت شستشوی سیانید طلا از کربن فعال را افزایش داد

فرآوری سیلیس

مقدمه

سیلیس رایج ترین جزء تشکیل دهنده شیشه است. این ماده تقریبا ً 70-60 درصد بار انواع شیشه های مظروف، پنجره، بوروسیلیکاتی، فایبرگلاس یا آب شیشه (سیلیکات سدیم)، را تشکیل می دهد. از این رو تاثیر قابل توجهی بر روی کیفیت شیشه دارد.

برای همه شیشه ها، ترکیب شیمیایی سیلیس و مشخصات دانه بندی آن جهت تولید شیشه با کیفیت بالا اهمیت دارد. سه آلاینده و ناخالصی شیمیائی مهم در سیلیس معمولا ً وجود آهن به صورت Fe₂O₃ ، آلومینا به صورت، Al₂O₃ و تیتانیا به صورت TiO₂ می باشند. اگر به دلیل وجود ضدسپار مقدار آلومینا زیاد باشد، آلاینده های دیگری نظیر Na₂O، CaO و K₂O نیز ممکن است وجود داشته باشند. هر یک از این آلاینده هایی که ذکر گردید بر روی محصول نهایی تاثیرگذار می باشند. تاثیر این آلاینده ها بسته به درصد آن ها در سیلیس ممکن است مقید یا مضر باشد. برای مثال به طور کلی هر چه میزان آهن سیلیس کمتر باشد مطلوبتر است ولی برای تولید ظروف کهربایی، آهن به بار شیشه اضافه می شود. بنابراین درصورتی که میزان آهن سیلیس مشکل زا نباشد مقدار آهن بیشتر می تواند سودمند باشد.

میزان زیاد آلومینا به دلیل وجود کانی های فلدسپار سدیک می تواند در پایین آوردن هزینه بار شیشه کمک کند، به دلیل این که سنگ های سیلیس ارزانتر جایگزین فلدسپار یا سوداش که گرانتر هستند، می شوند. با این وجود، میزان زیاد آلومینا به طور کلی بیشتر از 8/1 تا 0/2 درصد را نمی توان بدون مخلوط کردن با سیلیس کم آلومیناتر جهت شیشه مظروف مصرف نمود. علاوه بر این، میزان Al₂O₃ بیشتر از 3/0 درصد معمولا ً برای شیشه پنجره غیرقابل قبول است.

صرفنظر از غلظت آلاینده، ثبات ترکیب شیمیایی اهمیت بسیار زیادی دارد. یک شرکت شیشه مظروف تولیدکننده بطری های کهربایی، با مقادیر متغیر آهن و آلومینا در سیلیس را در نظر بگیرید. پیامد آن بطری هایی با میزان آهن خیلی زیاد و خیلی کم خواهد بود. آهن بسیار کم، بر روی رنگ تاثیر خواهد گذاشت و آهن بسیار زیاد، منجر به ایجاد بطری های ترد خواهد شد. با تغییر میزان آلومینا در بار شیشه ویسکوزیته و دانسیته شیشه تغییر کرده و تولید محصولات سازگار را برای ماشین های بطری ساز پرسرعت امروزی غیرممکن می سازد. علاوه بر ترکیب شیمیایی سیلیس شیشه، نکته کلیدی دیگر، عدم وجود کانی های سنگین دیرگداز [1] است، این کانی ها عموما ً کانی های آلومینوسیلیکات هستند ولی کانی های دیگری همچون کرمیت نیز ممکن است وجود داشته باشند. در حالی که ترکیب شیمیایی سیلیس برحسب یک دهم یا صدم درصد اندازه گیری می شوند، کانی های دیرگداز بر حسب تعداد دانه در یک نمونه با اندازه مشخص، اندازه گیری می شود. وجود یک یا دو دانه کرمیت در 500 گرم سیلیس می تواند سیلیس را برای تولید شیشه نامناسب سازد. اگر یک محصول سیلیس یک دانه کانی دیرگداز در 500 گرم سیلیس داشته باشد، کارخانه ای با تناژ 350 تن در روز بیشتر از 700،000 عیب در روز خواهد داشت و ساختن یک جزء مطلوب از این سیلیس بسیار بعید به نظر می رسد. از آنجایی که سیلیس ماده ای ارزان است، در یک معدن غیراقتصادی ممکن است قیمت حمل و نقل بیشتر از قیمت خود سیلیس شود. لذا ممکن است لازم باشد بجای فرآوری معدنی که ذخایر آن دارای درجه بالاتر بوده و دورتر است، یک معدن با ذخایر با درجه کمتر را که به بازار نزدیکتر است، فرآوری نمود. فرآوری اغلب می تواند با کسری از هزینه حمل و نقل انجام شود.

چشم انداز

این مقاله بسیاری از روش های فرآوری سیلیس که در کشورهای غربی برای فرآوری سیلیس استفاده می شود را مورد بحث قرار می دهد. این روش ها شامل فرآوری تر و فرآوری خشک و یا ترکیب این دو فرآوری برای تولید یک محصول قابل قبول است. با اینکه بخش مقدمه این مقاله ترکیب شیمیایی متنوع سیلیس را مورد بحث قرار داد باید این نکته را بیان نمود که تکنیک های فرآوری، اجزاء شیمیایی سیلیس را از هم جدا نمی کنند بلکه به جای آن کانی های سازنده این اجزاء را جدا می کنند. کانی هایی که باید جدا شوند، ابتدا باید آزاد شوند. زمانی که آزاد شدند این امکان وجود دارد که فرآوری را برای دستیابی به مشخصات سیلیس شیشه به کار برد. اگر مقادیر قابل توجهی کانی های آهن دار در داخل سیلیس قرار داشته باشد یا زنگ زدگی آهن شدیدی بر روی قسمت خارجی دانه های سیلیس وجود داشته باشد دستیابی به مشخصات سیلیس شیشه امکان پذیر نیست. شکل 1 مثال خوبی از سیلیس مرغوب و سیلیس نامرغوب است. برای بیشتر قسمت ها دانه های مرغوب سیلیس، بسیار تمیز و بدون ناخالصی هستند. یک آخال (Inclusion)، دانه های کوچک روتیل است که به طور قابل ملاحظه ای در سطح آلایندگی سیلیس شرکت نمی کند. سیلیس با کیفیت پایین دارای آخال های حاوی آهن قابل توجهی داخل دانه های متعدد هستند. به علاوه درصد قابل توجهی از این دانه ها دارای زنگ هستند توجه نمایید که سطوح این دانه ها بسیار نامنظم هستند که حتی جداسازی زنگ های سطحی را با استفاده از اسکرابر سایشی دشوارتر می سازند.

توصیف فرآیند

شستشو

شستشو ساده ترین و کم هزینه ترین روش تمیز نمودن سیلیس است. در برخی از ذخائر کانسار که بسیار خالص و فاقد کانی های سنگین و دارای مقادیری گل و لجن و بدون زنگ های سطحی هستند، شستشو برای تولید محصول با درجه قابل قبول، کافی است.

در این فرآیند عموما ً آب از طریق پمپ کردن به یک سیکلون برای نرمه گیری سیلیس اضافه می شود. حرکت این دوغاب که از پمپ و خطوط لوله می گذرد برای سست کردن اتصال مقادیر کم ذرات ریز یا خاک رس که در بدنه کانی وجود دارد، کافی است. زمانی که این ذرات ریز یا خاک رس از سیلیس آزاد گردید، می توان آن ها را جدا نمود.

سایش سطحی

زمانی که خاک رس و لجن ها محکمتر به دانه های سیلیس چسبیده باشند یا ذرات رس از نظر اندازه مشابه دانه های سیلیس باشند، سیلیس وارد یک واحد سایش سطحی مشابه آنچه در شکل 2 نشان داده شده است، می شود. برای سایش سطحی صحیح درصد ذرات جامد در دوغاب باید در محدوده 75-72 درصد باشد. در این محتوی تماس ذره به ذره خوبی وجود دارد و ویسکوزیته به اندازه کافی پایین است تا اجازه دهد این دوغاب به طور آزادانه در تانک سایش سطحی حرکت کند. زمانی که درصد جامدات کمتر از 72 درصد باشد، مقدار کافی آب در دوغاب وجود دارد تا اجازه دهد این ذرات از هم جدا بمانند و از تماس لازم ذره به ذره مورد نیاز برای سایش ذرات رس از سطوح، جلوگیری می کند. زمانی که درصد ذرات جامد بیشتر از 75 درصد باشد، دوغاب بسیار ویسکوز می شود و پره ها قادر نیستند تا دوغاب را حرکت دهند. زمانی که این دوغاب به اندازه کافی حرکت نکند، تماس ذره به ذره امکان ندارد. به منظور فرآوری این دوغاب با درصد ذرات جامد زیاد بر یک مبنای سازگار، سیستم انتقال قدرات به کار برده شده بسیار اهمیت دارد. بهترین راه حل ماشینی با نیروی محرکه دنده است همان گونه که در شکل 3 نشان داده شده است. اگر چه سیستم های کمربند V زمانی که واحدها نو باشند به خوبی کار می کنند، زمانی که فرسوده شوند و به طور صحیح نگهداری نشوند، لغزش روی می دهد و پروانه به علت مقاومت درصد جامدات بیش از حد، نخواهد چرخید. در این زمان اپراتورها تمایل دارند برای پایین آوردن درصد ذرات جامد مقداری آب اضافه کنند و این نوع اسکرابینگ موثر نخواهد بود. زمان سایش واقعی بسته به مقدار و نوع ماده ای که باید آزاد شود، تغییر می کند. مراحل سایش سطحی همچنین ممکن است شامل بیش از یک مرحله سایش سطحی باشند. زمانی که میزان رس قابل ملاحظه باشد، 2 یا 3 بار سایش سطحی کوتاه تر با مراحل نرمه گیری بین آن ها موثرتر از یک زمان سایش طولانی است. زمانی که ذرات رس آزاد گردیدند این ذرات رس به عنوان روان ساز بین دانه های سیلیس عمل می کنند و بنابراین از موثر بودن سایش می کاهند. با جداسازی نرمه های ذرات رس آزاد شده و سپس افزودن یک مرحله سایش دیگر، این مدار سایش موثرتر می شود. (علاوه بر موارد فوق) تعداد سلول های سایش سطحی در این مدار نیز مهم است. اگر چه یک سلول ممکن است حجم کافی برای برآورده ساختن زمان ماندگی لازم داشته باشد، ولی به طور قابل ملاحظه ای منجر به کوتاه شدن مدار مواد خوراک می گردد. اگر زمان ماندگی متوسط ذرات 5 دقیقه باشد، ممکن است ذراتی باشند که فقط زمان ماندگی 2 دقیقه و سایر ذرات زمان ماندگی 10-8 دقیقه داشته باشند. لذا برای تامین زمان ماندگی مورد نیاز لازم است از حداقل 2 سلول سایش سطحی استفاده شود. استفاده از 3 یا 4 سلول جایی که امکان دارد مرجح است. هزینه سرمایه گذاری به واسطه زمان ماندگی لازم و سرعت خوراک به طور گسترده متغیر است. به هر حال سرعت های خوراک بالاتر هزینه سرمایه گذاری کمتری به ازای هر تن نسبت به سرعت های خوراک پایین تر دارد، محدوده هزینه های 2،000 – 1،000 دلار بر تن  بر ساعت معمول هستند. 

نرمه گیری

طبق تعریف در مورد سیلیس، نرمه گیری فرآیندی است که مواد زیر 100 میکرون را جدا می سازد. این نرمه ها از نوع کانی های رسی یا سیلیس بسیار ریز هستند که برای فرآیند ساخت شیشه مضر هستند. اگر چه روش های بسیار متفاوتی برای نرمه گیری وجود دارد در صنعت تنها از دو روش استفاده می شود: سیکلون ها و هیدروسایزرها، باید توجه نمود که برخی از واحدهای فرآوری قدیمی ممکن است هنوز دارای کلاسیفایرهای اسکرو باشند ولی به دلیل هزینه سرمایه گذاری و نگهداری بالا در طرح های جدید استفاده نمی شوند.

سیکلون ها

هزینه سیکلون ها کم بوده و در جداسازی نرمه های زیر 100 میکرون سیلیس زمانی که از 3 درصد تجاوز نکند موثر هستند. سیکلون ها در جداسازی بیشتر نرمه ها موثر هستند. اما همان گونه که جریان پاریز معمولا ً حاوی 30 تا 40 درصد آب است برخی نرمه های رس در جریان پاریز باقی می مانند. معمولا ً سیکلون ها 80 تا 90 درصد مواد زیر 100 میکرون خوراک را جدا می سازد. با انجام سیکلون های متعدد، مقادیر باقیمانده نرمه در محصول پاریز کاهش می یابد.

هیدروسایزرها

برای خوراک هایی که بیش از 4 تا 5 درصد مواد زیر 100 میکرون دارند یا زمانی که نیاز است تا همه یا قسمتی از مواد زیر 150 میکرون جدا شود، بهترین وسیله هیدروسایزری نظیر شکل 3 است.

برای همه هیدروسایزرها اصل کلی عملکرد مشابه است، اما برخی از آنها سیستم های کنترل یا سیستم توزیع آب بهتری دارند. شکل 4 برشی از این هیدروسایزر را نشان می دهد. هیدروسایزر یک وسیله ته نشینی غیر آزاد است. هیدروسایزر جریانی از آب را که از ته آن وارد می شود برای بسط دوغاب سیلیس به یک حالت تعلیق، به کار می گیرد. در این حالت معلق، دانه های سیلیس به طریقی طبقه بندی می شوند که دانه های درشت تر در ته پراکنده می شوند، که در آنجا دانه های سیلیس نسبت به یکدیگر نزدیکتر هستند و سرعت جریان آب بین آن ها بیشتر است. ذرات ریزتر در سطوح بالاتر پراکنده می شوند، جایی که در حالت تعلیق آزادتری هستند. بنابراین سرعت جریان آب بین آن ها کم است. اساس عملکرد هیدروسایزر در شکل 5 نشان داده شده است. هیدروسایزرها در ناحیه تعلیق خود مجهز به یک حسگر فشار هستند تا مشخص کننده وزن مخصوص باشند. برای هر جریان رو به بالای از قبل تنظیم شده آب، وزن مخصوص نشانی از اندازه متوسط ذرات سیلیس بالای موقعیت حسگر است و بنابراین می تواند در سیگنالی متغیر جهت عمل کردن یک شیر کنترل برای تخلیه مواد درشت در ته هیدروسایزر، استفاده گردد.

در مقایسه با یک سیکلون، هیدروسایزر کارایی جداسازی بیشتری دارد. که به دلیل شیوه عملکرد و نحوه افزایش آب تمیز به ناحیه تعلیق در هیدروسایزر است. پیامد آن وجود ذرات ریز کمتر در سیلیس و یکنواختی بیشتر این ذرات ریز خواهد بود. اگر لازم است تا سیلیس و خشک شود باید این ذرات ریز قبل از خشک کردن جدا گردد. از آنجایی که نرمه ها سطح تماس بیشتری دارند، در صرفه جویی میزان سوخت در عملکرد خشک کن نیز موثر است. به علاوه با ذرات ریز کمتر، غبار کمتری وجود دارد که باعث پایین آوردن تماس کارگر با غبار سیلیس شده و همچنین تعمیر و نگهداری سیستم غبارگیر را کاهش می دهد. هزینه سرمایه گذاری با سرعت خوراک متغیر است ولی محدوده معمولی بین 1،000 تا 2،000 دلار بر تن در ساعت است که هزینه کمتر مربوط به سرعتهای خوراک بیشتر است.

دانه بندی

دانه بندی سیلیس جهت ساخت شیشه با کیفیت بالا بسیار اهمیت دارد. دانه بندی باید از دو جنبه مورد بحث قرار گیرد. یکی توانایی دانه بندی کانی نزدیک 5/0 میلیمتر و دیگری جلوگیری از ورود دانه هایی درشت تر از اندازه بالای 1 میلیمتر به محصول است.

دانه بندی به منظور تولید سیلیس با اندازه کمتر از 5/0 میلیمتر نوعا ً به وسیله یک سرند یا هیدروسایزر انجام می شود. در 15- 10 سال اخیر مقدار مواد مجاز بالای 5/0 میلیمتر به مقدار زیادی کاهش یافته است. در دهه 1980 برای تولیدکنندگان شیشه غیرعادی نبود که مقدار مواد مجاز بالای 5/0 میلیمتر برای مشخصات سیلیس شیشه، 5 درصد وزنی باشد و امروزه این مقدار مواد بالای 5/0 میلیمتر به سمت صفر میل می کند همراه با مشخصاتی که هم اکنون با حدود سرند 4/0 میلیمتر پیشنهاد می گردد. مقدار مواد درشت کمتر به تولیدکنندگان شیشه اجازه

می دهد تا کوره ها را در دماهای پایین تری به کار گیرند و سطوح تولید بالا (تناژ بالا) حفظ گردد. دمای پایین تر کوره نه تنها در مصرف سوخت صرفه جویی می کند بلکه در عمر و نگهداری کوره نیز موثر است. جنبه دیگر دانه بندی، مقدار دانه های درشت تر از اندازه است، که معمولا ً به صورت دانه های بیشتر از 1 میلیمتر اندازه گیری می شود و محدود به چند دانه در کیلوگرم است. این دانه ها معمولا ً برای ذوب شدن درشت هستند و باعث پیدایش عیب در شیشه می شوند. همانند کانی های دیرگداز که قبلا ً به آن ها اشاره گردید وجود چند دانه در یک کیلوگرم باعث پیدایش هزاران عیب در روز خواهد شد و می تواند به طور قابل ملاحظه ای بر هزینه تولید شیشه تاثیر گذارد.

سرندها

برای تهیه ذرات ریز 5/0 میلیمتر معمولا ً از سرندهایی با فرکانس بالا که به وسیله شرکت هایی نظیر Derick یا Rotex، ارائه می گردد استفاده می شود. آخرین پیشرفت ها، سرندهایی با ظرفیت بالا هستند که می توانند 250 تن در ساعت را با یک سرند دانه بندی کنند. این سرندهای پرظرفیت چندین طبقه سرند را در یک ماشین واحد به کار می گیرند. این سیستم از یک سیستم توزیع خوراک استفاده می کند که همزمان همه طبقه های سرند را به طور مساوی تغذیه می کند. شکل 6 تصویری از سرندی که به وسیله شرکت Derick ساخته شده است را برای این کاربرد نشان می دهد.

سرندها طوری سایزبندی می شوند تا هر دو محصول اندازه بالا و اندازه کوچک را به خوبی تولید کنند. برای مثال اگر هدف تولیدی با 100 درصد زیر 5/0 میلیمتر باشد، مواد زیر این سرند این هدف را برآورده خواهند ساخت با این وجود مواد روی سرند نیز حاوی مقدار 5/0 میلیمتر خواهد بود. یک توزیع اندازه نمونه محصولات و خوراک در جدول 1 نشان داده شده است. در مدل هایی که خشک کردن هم دارند، سرند کردن اغلب بعد از خشک کردن انجام می گیرد به دلیل اینکه این نوع سرند کردن زمانی که به صورت خشک باشد بهینه تر است. با این وجود اگر درصد مواد بالای 5/0+ میلیمتر در بدنه کانی بالا باشد. سرند کردن تر، برای حذف حداکثر ذرات درشت قبل از خشک کردن، ارجحیت دارد. این روش در هزینه خشک کردن صرفه جویی می کند و اجازه سرعت های تولید بالاتر محصول نهایی از درایر را می دهد. هزینه سرمایه گذااری نوعی برای یک سرند از 1،000 تا 2،000 دلار بر تن در ساعت متغیر است.

هیدروسایزرها

علاوه بر سرند کردن، جداسازی ذرات 5/0 میلیمتر همچنین به وسیله هیدروسایزری نظیر separator FLOATEX density که قبلا ً مورد بحث قرار گرفت، قابل انجام است. این واحدها از آنجاییکه ظرفیت آنها برای فضای مساوی از سرندها بالاتر است، مزایایی نسبت به آنها دارند. هیدروسایزرها از آنجایی که اندازه برش با تغییر در نقطه تنظیم حسگر، تغییر می کند در مقایسه با تغییر لازم توری سرندها، انعطاف پذیری بیشتری در دانه بندی دارند. یک توزیع دانه بندی نمونه در جدول 2 نشان داده شده است. هزینه سرمایه گذاری نوعی به ازای هر تن برای هیدروسایزری نظیر separator FLOATEX density با سرعت خوراک متغیر و در محدوده 500 تا 1،000 دلار بر تن در ساعت متغیر است که هزینه کمتر مربوط به سرعتهای خوراک بیشتر است.

جداسازی از طریق اختلاف وزن مخصوص

جداسازی از طریق اختلاف وزن مخصوص برای سیلیس شیشه، محدود به کلاسیفایرهای حلزونی است. به دلیل آنکه دیگر فرآیندهای جداسازی وزن مخصوص نظیر جداسازی های از طریق وزن مخصوص تشدید یافته، برای کار بسیار گران هستند یا فرآیندهایی نظیر میزهای تکان دهنده که برای سیلیس شیشه بسیار کم ظرفیت هستند، از نظر هزینه مقرون به صرفه نیستند.

کلاسیفایرهای حلزونی قادر به جداسازی ذرات کانی های سنگین از سیلیس شیشه و پایین آوردن محتوی آهن آن هستند. برای یک جداسازی به اختلاف وزن مخصوصی بزرگتر از 5/0 تا 1 واحد مورد نیاز است. جدول 3 وزن مخصوص کانی های متداول همراه سیلیس شیشه را نشان می دهد. جدول 3 نشان می دهد که کانی های سنگین حاوی آهن، وزن های مخصوصی دارند که به طور قابل ملاحظه ای بزرگتر از وزن مخصوص سیلیس هستند می باشد. بنابراین، این گروه با استفاده از کلاسیفایرهای حلزونی قابل جداسازی هستند. دو کانی آخری که به نام سیلیکات های آلومینیوم معروف هستند وزن های مخصوصی دارند که تنها 55/0 واحد بزرگتر از وزن مخصوص سیلیس است. اگر چه که این اختلاف به اندازه کافی برای کارایی کلاسیفایرهای حلزونی قابل انجام است، ولی در محدوده حداقل اختلاف مورد نیاز قرار دارد. بنابراین کارایی به ویژه اگر محدوده اندازه وسیع باشد، پایین است. همچنین از آنجایی که این کانی های آلومینوسیلیکات، کانی های سنگین دیرگدازی هستند برای تولید شیشه، تلرانس این کانی ها صفر است. تنها 1 تا 2 دانه در یک کیلو سیلیس، بیشتر از محدوده مجاز خواهد بود. این ذرات از مشکل ترین مواد برای جداسازی به وسیله کلاسیفایرهای حلزونی هستند. با این وجود روش هایی وجود دارد که جهت کمک به حذف ذرات درشت دانه های آلومینو سیلیکات به کار گرفته می شود که مورد بحث قرار خواهند گرفت. کلاسیفایرهای حلزونی به صورت جداسازهایی با فیلم های روان (جاری یا Flowing Film) در نظر گرفته می شوند و بدین طریق نیروهای به کار برده شده باعث می شود که ذرات با وزن مخصوص کمتر به طرف قسمت خارجی کلاسیفایر حلزونی کشیده می شوند. ذرات سنگین تر تمایل دارند تا در قسمت داخلی حلزونی ها بمانند.

کلاسیفایر حلزونی:

با افزایش فاصله از سطح کلاسیفایر حلزونی، نیروها هم افزایش می یابد. شکل 8 نشان می دهد که ذرات بزرگ تر به وسیله نیروهای بزرگ تر و ذرات کوچک تر به وسیله نیروهای کوچک تر، تحت تاثیر قرار می گیرند. برای بیشتر قسمت ها به دلیل اینکه کانی های سنگین اندازه ریزتری از ذرات سیلیس دارند، این مورد کارایی جداسازی سیلیس شیشه را بهبود می بخشد. بر روی این ذرات ریزتر کانی های سنگین نیروهای کوچک تری اثر می گذارد و بنابراین تمایل دارند تا نزدیک تر به قسمت داخل مسیر دوران بمانند، ذرات سیلیس درشت تر نیروهای بزرگ تری دارند و به سمت ناحیه بیرونی کلاسیفایر حلزونی حرکت می کنند. جداسازی کانی های سنگین دیرگداز به دلیل اینکه این کانی ها درشت تر بوده و وزن های مخصوصی نزدیک تر به سیلیس دارند دشوار است. کلاسیفایرهای حلزونی به تنهایی قابل قبولی نمی دهند، مگر اینکه سیلیس قبل از کلاسیفایر حلزونی پیش طبقه بندی شده باشد. یک محدوده باریک اندازه ذرات کارایی جداسازی را افزایش می دهد. اگر این پیش طبقه بندی با یک هیدروسایزر انجام گیرد مزایای دیگری نیز دارد. واحد FLOATEX نه تنها جداسازی بر اساس اندازه انجام می دهد بلکه بر اساس وزن مخصوص نیز جداسازی را انجام می دهد. بنابراین برخی از این کانی های دیرگداز درشت به سمت جریان فاضلاب حرکت می کنند (جریان پاریز 5/0+) و لازم است به وسیله کلاسیفایر حلزونی جدا گردند.

هزینه سرمایه گذاری برای کلاسیفایرهای کم بوده و معمولا ً در حدود 1،000 دلار بر تن در ساعت است.

عملکرد نوعی کلاسیفایرهای حلزونی برای سیلیس در جدول 4 نشان داده شده است.

این داده ها نشان می دهند که دو مرحله عبور از کلاسیفایر حلزونی، میزان آهن را به حد قابل قبول کاهش می دهد. در آمریکا این مواد خوراک خشک شده و سپس برای دستیابی به آهن نهایی 025/0 درصد به واحد جداسازی مغناطیسی منتقل می شود. بدون وجود جداساز حلزونی بهترین آهن قابل دستیابی با جداساز مغناطیسی 032/0 درصد است.

شناورسازی

فرآیند شناورسازی در اصل برای جداسازی کانی های سنگین حاوی آهن در سیلیس شیشه استفاده می شود. این کانی ها معمولا ً از همان نوع کانی های حاوی آهنی هستند که در بخش وزن مخصوص توصیف گردید. از شناورسازی گاهی برای جداسازی میکا هم می توان استفاده نمود. برای جداسازی کانی های سنگین حاوی آهن از سیلیس، آن را با یک اسید چرب در یک درصد بالا آماده سازی می کنند. در این فرآیند، PH معمولا ً در محدوده 2 تا 3 درصد جامد 70 تا 72 و سرعت افزایش اسید چرب 0/1 بر تن می باشد. اسیدهای چرب به وسیله شرکت هایی نظیر Cytec تامین می شود و برای هر کانی به صورت ویژه سفارش داده می شوند و اغلب حاوی کف سازها و دیگر مواد شیمیایی مناسب که کارایی را افزایش می دهند، می باشند. بعد از آماده سازی، خوراک به یک سری از سلول های شناورسازی یا فلوتاسیون وارد می شود. برای جلوگیری از کوچک شدن مدار معمولا ً 4 تا 6 سلول به صورت سری قرار دارند. زمان شناورسازی معمولا ً کمتر از 5 دقیقه است. سلول های نوعی در صنعت سیلیس در محدوده 3 تا 8 مترمکعب می باشند. هزینه سرمایه گذاری برای یک مدار شناورسازی از 6،000 تا 8،000 دلار بر تن بر ساعت متغیر است. هزینه عملکرد برای معرف های شناورسازی تقریبا ً 00/1 تا 25/1 دلار بر تن و مصرف برق همراه با مرحله مساعدسازی برابر 10 کیلووات بر تن است.

خشک کردن

سیلیس شیشه در آمریکای شمالی در طرح های فرآوری سیلیس قبل از بارگیری به مقصد کارخانجات سازنده شیشه خشک می شود. مزیت سیلیس خشک شده برای تولیدکننده شیشه، توانایی بهتر برای اندازه گیری صحیح ترکیب بچ، مشخصات بهتر جاری شدن و مخلوط شدن بهتر اجزاء بچ است. با این وجود، هزینه خشک کردن شیشه هم برای تولیدکنندگان سیلیس به وجود می آید. خشک کردن سیلیس گرانترین عملیات واحد در یک کارخانه فرآوری سیلیس است. هزینه سوخت رو به افزایش است و در نتیجه باعث سنگین تر شدن هزینه فرآوری نیز می شود.

هزینه های سرمایه گذاری نوعی به ازاء هر تن در ساعت، برای خشک کن با بستر سیال در محدوده 4،000 تا 6،000 دلار بر تن در ساعت است.

جدایش مغناطیسی

جداسازی مغناطیسی در 10- 15 سال اخیر به طور قابل ملاحظه ای تغییر نموده است. تا قبل از این در واحدهای فرآوری سیلیس برای جداسازی کانی های آهن از الکترومگنت ها استفاده می شد. ولی امروزه در صنعت بیشتر از مگنت های رولی خاک های نادر 2 استفاده می شود. زمانی که این مگنت ها برای اولین بار معرفی شدند، مشکلاتی همراه آن ها وجود داشت که شامل سرعت تولید پایین، نیاز به دمای پایین سیلیس و هزینه زیاد بود. با این وجود امروزه مگنت های خاک های نادر به مقدار زیادی بهبود یافته اند، دمای مجاز کارکردن بالای Cº120، همراه با دستگاهوری (Instrumentation) (یا استفاده از امکانات دستگاهی بهتر) برای توقف کار، درصورت تجاوز دما از مقدار حداکثر مجاز، است. هزینه ها هم به طور قابل ملاحظه ای کاسته شده و هزینه سرمایه گذاری برای مگنت های خاک های نادر کمتر از نصف هزینه سرمایه گذاری برای الکترومگنت های قدیمی است. شکل 9 نمایی نزدیک از جدایش واقعی به وسیله مگنت خاک های نادر و یک واحد سه مرحله ای INPROSYS را که برای صنعت سیلیس شیشه طراحی شده است، نشان می دهد.

سرعت های تولید به ازای هر متر پهنای ناحیه جداکننده به واسطه افزایش قطر رول افزایش یافته است. قطر مگنت های اولیه 75 میلیمتر بود و تا اخیر قطر 100 میلیمتر استاندارد بود. سرعت های تولید در سیلیس شیشه، بسته به خلوص خوراک و محصول مورد نظر نهایی، از مرتبه 3 تا 7 تن بر ساعت به ازای یک متر می باشند. مگنت های رولی خاک های نادر هم اکنون قطرهایی در حدود 150 و 300 میلیمتر دارند و سرعت های تولید 2 تا 4 برابر رول مگنت با قطر 100 میلیمتر دارند.

معمولا ً جداکننده های مغناطیسی رولی خاک های نادر به صورت سیستم های دو یا سه بار عبور مجدد به دومین رول و بعد سومین رول منتقل می شود. در برخی مورد برای دستیابی به نتایج مورد نظر، چهار بار عبور لازم است. با این وجود بیشتر همه کانی ها در دو مرحله اول جدا می شوند و عبورهای بعدی فقط اگر زمانی که کیفیت کانی مستلزم فرآوری بیشتر تا برآورده شدن مشخصات مورد نظر باشد، لازم هستند. مثال های متعددی از نتایج جداکننده های مغناطیسی در جدول 5 نشان داده شده است. این جدول نشان می دهد با کاهش کیفیت خوراک برای نمونه USA ، محتوی آهن هم کاهش یافته است. این خوراک همان است که در مثال مربوط به داده های کلاسیفایر حلزونی آمده است. برای داده های اروپایی، افزایش سرعت خوراک منجر به محتوی آهن بیشتر و حتی در 5/0 تن بر ساعت میزان آهن در داخل محدوده مطلوب، و کمتر از 018/0 است. هزینه های سرمایه گذاری نوعی برای مگنت های رولی خاک های نادر بین 6،000 تا 10،000 دلار بر تن بر ساعت است.

جدایش تریبوالکتریک

صرف نظر از جدید یا قدیمی بودن از جدایش تریبوالکتریک از اواسط دهه 1940 به طریق صنعتی بهره برداری شده است. با این وجود تا کنون فقط به وسیله یک یا دو شرکت در صنعت نمک استفاده شده است. جدایش تریبوالکتریک زمانی حاصل می شود که یک کانی الکترونی را از کانی دیگری بدست می آورد. زمانی که این اتفاق روی می دهد، کانی که الکترون بدست آورده است بار منفی پیدا می کند و کانی که الکترون از دست داده بار مثبت پیدا می کند. زمانی که این کانی ها بین الکترودهایی با بار مخالف سقوط کنند کانی با بار منفی به سمت الکترود مثبت و کانی با بار مثبت به سمت الکترود منفی جذب شده و جداسازی روی می دهد. شکل 10 یک جداساز T-Stat ساخت شرکت Outotumpu را نشان می دهد.

برای صنعت سیلیس از جدایش تریبوالکتریک جهت جداسازی فلدسپار از کوراتز استفاده می شود. سابقا ً این جداسازی به وسیله شناورسازی انجام می گرفت. در مرحله مساعدسازی قبل از شناورسازی از اسید هیدروفلوریک برای فعال سازی فلدسپار و غیرفعال سازی کوراتز استفاده می شود. از آمین برای شناورسازی فلدسپار از کوارتز استفاده می شود.

اگر چه از این فرآیند به طور گسترده استفاده می شود ولی ایده آل نیست. فاکتورهای زیادی نظیر: کیفیت آب، درصد فلدسپار در خوراک، سرعت خوراک و توزیع دانه بندی وجود دارد که بر روی کارایی جداسازی فلدسپار تاثیر دارند. با تغییر این متغیرها مقدار فلدسپار باقیمانده در کوارتز و بنابراین میزان Al₂O₃ تغییر می کند. همان گونه که در مقدمه بحث گردید تغییر در میزان Al₂O₃ بار شیشه منجر به تغییر در دانسیته و ویسکوزیته شیشه شده که فرآیندهای بعدی را تحت تاثیر قرار می دهد.

علاوه بر این باید توجه نمود که اسید هیدروفلوریک از نظر محیط زیست نامساعد است. به این دلیل که HF به آب اضافه می شود کل مدار واحد با HF آلوده شده و تخلیه آب آلوده به HF به محیط زیست قابل قبول نیست. با فرآیند جداسازی تریبوالکتریک، باز هم به HF نیاز است. با این وجود از آن جایی که این فرآیند یک فرآیند خشک است، HF را بهتر می توان کنترل نمود. در فرآیند تریبوالکتریک HF دودکننده به مواد خوراک خشک و داغ (100- 120 درجه) در یک میکسر دوار اضافه می شود. همان طور که مواد خوراک در حضور HF مخطوط می گردد الکترون ها از فلدسپار به کوارتز منتقل می شوند. این فلدسپار بار مثبت و کوارتز بار منفی پیدا می کند. زمانی که این مواد بین الکترودهای بسیار باردار (50+ و 60- کیلوولت) وارد شود کوارتز به سمت الکترود مثبت و فلدسپار به سمت الکترود منفی جذب می شود. در مقایسه با فرآیند شناورسازی این HF را بسیار آسان تر می توان کنترل نمود. هرگونه HF اضافی از میکسر دوار به یک تصفیه ساز تر منتقل می شود. این تصفیه کننده ها که به صورت تجارتی موجود هستند تنها مقدار آب کمی را برای تصفیه دودهای عاری از هوای HF به کار می گیرند. این تصفیه کننده ها، کارایی بیشتر از 99 درصد دارند و تنها 4 لیتر بر دقیقه آب مصرف می کنند. این آب مملو از HF خروجی از تصفیه کننده به سیستمی منتقل می گردد که آب را تا غلظت 10 تا 12 قسمت در میلیون یون فلوراید تمیز می کند و تولید فیلتر کیک CaF می کند که می توان آن را در زیر زمین مدفون ساخت. علاوه بر بهبود یافتن جنبه های محیط زیستی، این فرآیند به دلیل اینکه تاثیری از تغییر کیفیت آب فرآیند وجود ندارد، پایدارتر است. به علاوه تغییر در محتوی فلدسپار یا توزیع دانه بندی تاثیر زیادی به اندازه فرآیند شناورسازی ندارند به دلیل اینکه از آمین (زهکش) استفاده نمی شود تا برای منعکس ساختن این تغییرات تنظیم شود.

جدول 6 نتیجه نمونه ای از جداسازی کوارتز- فلدسپار را که با استفاده از جداساز T-Stat انجام شده است، نشان می دهد. بازگردانی محصول متوسط، بازیافت را افزایش می دهد. اگر چه که این محصولات مشخصات مورد نیاز مشتری را برآورده خواهد ساخت، یک مرحله تمیزسازی اضافی، درجه محصولات را افزایش می دهد.

آسیاب کردن/ طبقه بندی به وسیله هوا

در صنعت سیلیس از آسیاب کردن به طور گسترده برای تولید سیلیس نرم جهت صنعت نساجی الیاف شیشه، استفاده می شود. برای صنعت نساجی الیاف شیشه یک نواختی ترکیب شیمیایی همراه با توزیع دانه بندی سیلیس به اهمیت دیگر محصولات شیشه ای است. یک آسیاب نوعی با نام 375KW در شکل 11 نشان داده شده است.

برای توزیع دانه بندی این موضوع اهمیت دارد که سیلیس آسیاب شده عاری از هر گونه دانه های درشت تر از اندازه باشد و اینکه نرمه های بی نهایت ریز تا حدی که ممکن است کم باشند. معمولا ً صنعت نساجی الیاف شیشه از محصولی استفاده می کند که یا 95 درصد آن از مش 75- میکرون عبور کند یا 95 درصد آن از مش 45 میکرون عبور کند. در اینجا اندازه دانه ها، درشت تر از اندازه معمول، به صورت ذرات درشت تر از 250 میکرون و ذرات بی نهایت ریز کمتر از 5 میکرون تعریف می شود هر دو این محصولات منجر به تولید سنگ های سیلیس ذوب نشده و شکستن لیف در طی فرآیند کشیدن شیشه می شوند. اگر چه واضح است که چرا ذوب شدن ذرات درشت تر از اندازه دشوار است، عدم امکان ذوب شدن نرمه ها، صحیح به نظر نمی رسد. در این مورد، زمانی که مقادیر اضافی نرمه وجود دارد، این نرمه ها تمایل به متراکم شدن داشته و با عوامل گدازآور مخلوط نمی شوند. بنابراین، این ذرات متراکم ذوب نمی شوند. برای حفظ یک توزیع دانه بندی یک نواخت، عاری از دانه های درشت تر از اندازه بودن و درصد کم نرمه های بی نهایت ریز، از آسیاب ها با طبقه بندی به وسیله هوا با کارایی بالا، نظیر شکل 12 که تولید شرکت Industries Progressive است، استفاده می شود.

درزبندی منحصر به فرد و پتنت شده آن مانع از وارد شدن ذرات درشت تر از اندازه به محصول می شوند. و روتور پرسرعت همراه با شستشوی ثانویه با هوا مانع از برگشت ذرات محصول به آسیاب برای آسیاب شدن بیشتر و تولید نرمه های بی نهایت ریز می شوند.

به دلیل اهمیت سازگاری شیمیایی، استفاده از بستر سایش فلینت طبیعی و آستری در طی 10 سال گذشته رو به انحطاط رفته است. از این محصولات طبیعی در دهه های بسیاری استفاده می شد ولی به دلیل زوال کیفیت محصول و تقاضا برای محصول سیلیس بهتر، با مواد سرامیکی با آلومینای زیاد جایگزین شده اند.

این محصولات مهندسی به طور قابل ملاحظه ای به ازای هر کیلو پرهزینه تر از مواد طبیعی بوده ولی به دلیل مشخصات سایش بهتر، به ازای هر تن سیلیس دارای هزینه کمتری می باشند. آسترهای سرامیکی 20 درصد ضخامت فلینت طبیعی داشته ولی عمر 5 برابر دارند. همانند اهمیت ساییدگی، به دلیل اینکه این آستری ها زیاد ضخیم نیستند، اجازه پر شدن حجم بیشتری از آسیاب با بستر را داده و بنابراین اجازه سرعت های تولید بیشتری را می دهند.

طراحی واحدهای صنعتی فرآوری سیلیس

در بخش قبل این مقاله عملیات واحدی که در یک طرح فرآوری سیلیس استفاده می شود، بحث گردید. این عملیات واحد برای دستیابی به محصول نهایی مورد نظر بر اساس کیفیت کانسار اولیه، را با ترکیب های مختلفی می توان به کار برد.

نمودارهای جریان زیر دو پروژه جدید شرکت Outokumpu است که مورد بحث قرار خواهد گرفت.

طراحی واحد صنعتی A

در اولین طرح هدف طرح تولید دو سیلیس مختلف شیشه، یکی سیلیس ممتاز با آهن کم و سیلیس استاندارد دیگری برای شیشه است که به صورت مرطوب به فروش می رسد. افزون بر این شرکت همچنین خواستار تولید سیلیس آسیاب شده برای استفاده در بازار نساجی الیاف شیشه بود.

در این طرح از سایش سطحی برای جداسازی مقداری از دانه های سیلیس که به طور شل جمع شده است و برای آزادسازی هر ذره رس از سطوح دانه های سیلیس استفاده می شود. در مرحله بعد از هیدروسایزر FLOATEX برای جداسازی ذرات 200 میکرون استفاده می شود. برای این کانسار این مرحله جداسازی به این دلیل مورد نیاز بود که دانه های درشت سیلیس تمایل دارند تا خالص تر باشند و ناخالصی جزئی در مقایسه با دانه های ریزتر اثر کمتری بر روی محتوی آهن دارند. محصول پاریز هیدروسایزر FLOATEX به سمت کلاسیفایر حلزونی دو مرحله ای حرکت می کند تا کانی هایی با آهن آزاد، جداسازی شوند. میزان آهن این محصول تا قبل از مرحله تصفیه به روش خشک، کمتر از Fe₂O₃/015 ، خواهد بود

جریان سر ریز اولین هیدروسایزر FLOATEX نیز برای جداسازی ذرات آهن دار به یک کلاسیفایر حلزونی دو مرحله ای حرکت می کند. این نمودار جریان را می توان با قرار دادن کلاسیفایر حلزونی قبل از هیدروسایزر ساده نمود. با این وجود، این فرآیند با طبقه بندی نمودن اولیه سیلیس به دو محصول با اندازه های نزدیک تر، محصولی با کیفیت بالاتر تولید می کند. محصول پس از کلاسیفایر حلزونی به یک هیدروسایزر دیگر منتقل می شود تا نرمه های ریز 100- میکرون که در مرحله سایش سطحی تولید شده است، جداسازی شود. محصول پاریز این مرحله انبار شده و اجازه داده می شود تاخشک شود و سپس به عنوان سیلیس شیشه به صورت مرطوب با محتوی Fe₂O₃ کمتر از 02/0 درصد بارگیری می شود.

شکل 14 ادامه این فرآیند را نشان می دهد که شامل بخش فرآوری خشک این طرح می شود. در این قسمت از طرح، سیلیس ممتاز حاصل از بخش فرآوری به روش تر، خشک شده و سپس تمیز کردن نهایی به وسیله یک مگنت INPROSYS انجام می شود. کلاسیفایر حلزونی کانی های با آهن آزاد را جدا نموده و تنها مقداری روتیل در این سیلیس وجود دارد. روتیل وزن مخصوص زیادی دارد ولی غیرمغناطیسی است. این مگنت رولی خاک نادر، کانی های آهن دار که به وسیله کلاسیفایر حلزونی جدا نشده است را جداسازی می کند. برای بیشتر قسمت ها این کانی ها به صورت ناخالصی در دانه های سیلیس وجود دارند. بعد از جدایش مغناطیسی محتوی آهن سیلیس شیشه از 015/0 به 010/0 درصد کاهش می یابد.

علاوه بر جدایش مغناطیسی، این طرح همچنین سیلیس نرم برای فروش در بازار نساجی الیاف شیشه را نیز تولید می کند. آسیاب و کلاسیفایر هوا برای تامین کیفیت این محصول انتخاب شده است.

طراحی واحد صنعتی B

در طراحی واحد صنعتی دوم، کیفیت کانسار به طور قابل ملاحظه ای پایین تر از طرح واحد صنعتی اول بود. این کانسار در واقع به بازار نزدیک تر بود. بنابراین اگر چه این فرآوری بسیار گران است و هزینه عملکرد بیشتر از متوسط است ولی قیمت تحویلی به مشتری در واقع کمتر از قیمت سایر رقبا بود.

دیاگرام فرآوری برای واحد صنعتی B را نشان می دهد. در این واحد یک سرند نه تنها برای جدا کردن ذرات بزرگ تر از اندازه، بلکه هم چنین برای در هم شکستن ذرات سیلیس متراکم شده، استفاده می گردد. به دلیل درصد زیاد رس از یک هیدروسایزر به عنوا نرمه گیر بعد از مرحله شستشوی اولیه استفاده گردید. عمل پمپ باعث آزاد شدن دانه های سیلیس از بیشتر این رس می شود. در فرآوری این واحد تقریبا ً 15 درصد وزنی خوراک به عنوان زیر 100- میکرون در مرحله نرمه گیری از دست می رود. بعد از نرمه گیری اولیه سه مرحله سایش سطحی با نرمه گیری به وسیله سیکلون ها بعد از اولین و دومین مرحله، برای آزاد کردن و جداسازی باقیمانده رس و لجن استفاده می شود. به جای سیکلون از یک هیدروسایزر برای مرحله نرمه گیری نهایی و تامین جدا کردن زیر 100- میکرون، استفاده می شود. این کانسار حاوی مقادیر فلدسپار بیشتر از مقدار مورد نیاز مشتری شیشه بود. این فلدسپار منجر به میزان آلومینای بسیارزیاد برای استفاده در شیشه فلوت می شد. بعد از اینکه سیلیس خشک گردید با استفاده از HF دودکننده در یک میکسر دوار فعال می گردد. زمانی که فعال گردید به جداساز T-Stat منتقل می گردد که عمده این فلدسپار به عنوان محصول پسماند جدا می گردد. کسر متوسط مجددا ً به فرآیند فعال سازی برمی گردد تا دوباره از این واحد عبور نماید. کسر سیلیس حاصل از T-Stat به مگنت رولی خاک نادر NPROSYS برای جداسازی محتوی آهن منتقل می گردد. سپس غیرمغناطیسی ذخیره شده و برای مشتری بارگیری می شود. این فرآیند منجر به تولید محصولی با میزان آهن کمتر از 03/0 درصد و کمتر از 3/0 درصد آلومینا Al₂O₃ می شود. اگرچه این میزان آهن بسیار بیشتر از دیاگرام جریان A است، نزدیکی به بازار، آن را محصول قابل قبولی ساخته است. دیاگرام های جریان فوق دو نمونه از واحدهای فرآوری سیلیس هستند. هر فرآیند نسبت به کانسار و احتیاجات مشتری سیلیس شیشه منحصر به فرد است. این موضوع در مورد همه کانسارهای سیلیس واقعیت داد. با این وجود نیاز مشترکی برای فرآیند سیلیس شیشه وجود دارد. این فرآیند باید اقتصادی ترین فرآیند ممکن باشد زیراقیمت فروش سیلیس بسیار پایین است. در عین حال این فرآیند باید قادر به تولید محصولی باشد که ترکیب شیمیایی یکنواخت  و محتوی Fe₂O₃ کمتر از 035/0 درصد و گاهی میزان آلومینای کمتر داشته باشد. علاوه بر سازگاری شیمیایی، فرآیند باید قادر به حذف ذرات درشت تر از اندازه و نرمه ها باشد به طریقی که ذرات سیلیس در محدوده 500- تا 100+ میکرون باشند.

(کلاسیفایر دستگاهی است که جامدها را به دو کسر تقسیم می کند).

معرفي كلي مدار فرآوري زغالسنگ كارخانهبطور كلي كارخانه زغالشويي زرند به سه بخش عمده شامل مجموعه خوراك دهي، ساختمان اصلي ( تغليظ ) و ساختمان خشك كن و سيلوهاي ذخيره تقسيم مي شود. مجموعه خوراك دهي شامل ميدان پذيرش، بونكرهاي پذيرش و بونكرهاي ذخيره مي باشد. زغالسنگ استخراج شده از معادن توسط كاميون به كارخانه حمل و پس از توزين در باسكول ورودي، وارد ميدان پذيرش مي شود و در صورت لزوم روي همين ميدان تخليه و عمليات مخلوط سازي (Blending) جهت همگن سازي خوراك صورت مي پذيرد. در اين كارخانه بر اساس طرح، دوخط براي شستشوي زغالسنگهاي مناطق پابدانا و بابنيزو تحت همين عنوان در نظر گرفته شده است.
در ساختمان اصلي، عمليات فرآوري زغالسنگ صورت مي پذيرد. معمولاً فرآوري زغالسنگ به دو روش كلي انجام مي شود:
1- با استفاده از روشهاي ثقلي، كه بعنوان مرحله نهايي پرعياركني به منظور شستشوي قطعات نسبتاً درشت مورد استفاده قرار مي گيرد.
2- فلوتاسيون
كارخانه زغالشويي زرند نيز با توجه به ابعاد ذرات، شامل واحدهاي جداكننده واسطه سنگين، جيگ، فلوتاسيون و دايناويرپول مي باشد. باستثناي واحد واسطه سنگين و دايناويرپول كه داراي يك خط مي باشند، كليه عمليات تغليظ در دو واحد جيگ و فلوتاسيون از ابتدا تا انتهاي كارخانه، در دو خط ( پابدانا و بابنيزو ) انجام مي گيرد.
بار ورودي به ساختمان اصلي توسط سرندهاي ارتعاشي اوليه (براي هر خط يك سرند) با اندازه چشمه سرند 18 ميليمتر به دو بخش 18+ و 18- ميليمتر تقسيم مي گردد. براي افزايش كارآيي سرندكني از دوش هاي آب روي اين سرندها استفاده مي شود (شكل 1). در طرح اوليه كارخانه اندازه اين سرندها 10 ميليمتر بوده است.

شكل 1- مدار نرمه گيري از خوراك جيگ پابدانا

زغالسنگ مربوط به بخش ابعادي بزرگتر از 25 ميليمتر هر دوخط با هم مخلوط شده و وارد مدار جداكننده واسطه سنگين مي گردد. مطابق طرح اوليه كارخانه سهم اين بخش 16 درصد از كل بار ورودي است. مدار در اين قسمت شامل دو جداكننده مشابه بصورت سري مي باشد. هر جداكننده از يك وان تشكيل شده است. خوراك ابتدا وارد واسطه سنگين اوليه حاوي سوسپانسيوني با دانسيته 7/1 گرم بر سانتيمتر مكعب مي شود و سپس بخش شناور شده در اين وان (كنسانتره جداكننده اوليه) بر روي سرندهاي آبگيري ريخته مي شود. بخش غرق شده در وان جداكننده اوليه بعنوان باطله درشت نهايي اين قسمت از طريق چرخ بالابر تخليه شده و پس از شستشوي مگنتيت آن، بر روي نوارنقاله باطله ريخته مي شود و سپس به بونكرهاي باطله منتقل مي گردد. زغالسنگ شناور شده وارد جداكننده ثانويه مي شود. دانسيته سوسپانسيون اين بخش 4/1 تا 5/1 گرم بر سانتيمتر مكعب مي باشد. بخش شناوري جداكننده ثانويه بر روي سرندي ريخته مي شود و پس از شستشو بعنوان كنسانتره نهايي بخش واسطه سنگين از طريق نوارنقاله راهي سيلوهاي كنسانتره كارخانه مي گردد. اما زغالسنگ غرق شده در وان جداكننده ثانويه بعنوان محصول مياني نهايي، پس از جدايش مگنتيت آن مشابه موارد ديگر، از طريق نوارنقاله وارد بونكر مياني مي شود، سپس از آنجا بارگيري و براي سوخت خشك كن به اين قسمت منتقل مي گردد (شكل 2).

شكل 2- مدار واحد واسطه سنگين كارخانه زغالشويي زرند

ته ريز سرندهاي ارتعاشي اوليه (زير 18 ميليمتر ) از طريق كانالهايي وارد جيگ مي گردند. مدار جيگ در كارخانه زغالشويي زرند شامل يك جيگ براي خط بابنيزو، يك جيگ براي خط پابدانا و يك جيگ تحت عنوان جيگ كنترلي يا رمقگير است. جيگ كنترلي وظيفه پرعيارسازي محصول مياني جيگهاي اصلي را بر عهده دارد. كنسانتره جيگ كنترلي به طور مساوي به كنسانتره جيگهاي پابدانا و بابنيزو اضافه مي شود. اگر مدار جيگ كارخانه را به صورت جعبه سياه در نظر بگيريم جريانهاي اصلي اين مدار مطابق شكل 3 است. مدار جيگ در درون اين جعبه سياه به صورت شكل 4 است.

شكل 3- جريانهاي اصلي مدار جيگ

مواد مياني جيگ كنترلي، مياني نهايي مدار جيگ است كه براي فرآوري مجدد از طريق الواتور مياني وارد مدار دايناويرپول مي شود. بر اساس طرح كارخانه، مياني نهايي داراي 20 درصد كنسانتره (شناوري 45/1) است و خاكستر كنسانتره نهايي جيگ نيز 5/10 درصد مي باشد.
در صورت بروز مشكلاتي براي مدار دايناويرپول، مواد مياني وارد سانتريفوژ مياني شده و پس از آبگيري همراه با مياني واسطه سنگين از طريق نوارنقاله از ساختمان اصلي خارج مي شود كه در نهايت سوخت خشك كن را تامين مي كند.

شكل 4- مدار جيگ كارخانه زغالشويي زرند

جداكننده دايناويرپول از دسته جداكننده هاي واسطه سنگين گريز از مركز مي باشد كه در فرآوري ذرات كوچكتر زغالسنگ(100- 5/0 ميليمتر) داراي كارآيي بالاتري نسبت به ساير وسايل جداكننده ثقلي است.
براساس طرح كارخانه، مواد مياني توليدي جهت تغليظ مجدد به كارخانه مياني در نزديكي كارخانه اصلي منتقل مي شود. اما در حال حاضر مدار دايناويرپول در ساختمان اصلي مونتاژ گرديده است.
مدار دايناويرپول كارخانه زغالشويي زرند از دو دايناويرپول موازي تشكيل شده است. واسطه جدايش مورد استفاده مگنتيت است كه خوراك از يك طرف و واسطه از طرف ديگر بصورت يك جريان مماسي وارد آن مي شود. بدين ترتيب جدايش در يك محيط با جريان مخالف خوراك و واسطه انجام مي گيرد (شكل 5).

شكل5- مدار دايناويرپول كارخانه زغالشويي زرند

1- سرند ارتعاشي بار اوليه
2- جداكننده دايناويرپول
3- سرند ارتعاشي دوطبقه مربوط به شستشوي باطله دايناويرپول ومحصول مياني جداكننده واسطه سنگين
4- سرند ارتعاشي مربوط به كنسانتره دايناويرپول
5- مخزن ناتنظيمي واسطه سنگين دايناويرپول و جداكننده واسطه سنگين استاتيكي
6- جداكننده مغناطيسي
7- مخزن تنظيمي واسطه سنگين دايناويرپول و جداكننده واسطه سنگين استاتيكي
8- پمپ
10- واسطه ورودي جداكننده دايناويرپول
11- واسطه ورودي جداكننده واسطه سنگين استاتيكي
12- واسطه شسته شده از دو سوم انتهاي سرند آبگيري كنسانتره جداكننده واسطه سنگين استاتيكي
13- واسطه شسته شده از يك سوم ابتدايي سرند آبگيري كنسانتره جداكننده واسطه سنگين استاتيكي

مدار فرآوري آن شامل چهار بخش اصلي است.
بخش اول نرمه گيري و آماده كردن خوراك در محدوده ابعادي درشت تر از 1 ميليمتر توسط سرند است كه ته ريز آن بعنوان باطله از مدار خارج مي گردد و سرريز سرند وارد جداكننده مي شود و بخش دوم دو جداكننده دايناويرپول مي باشند. بخش سوم شامل سرندهاي شستشو و آبگيري جهت بازيابي واسطه از كنسانتره و باطله است. همچنين يك جداكننده مغناطيسي با شدت پايين نيز وظيفه بازيابي واسطه را انجام مي دهد و بخش چهارم تجهيزات توليد واسطه مي باشد.
محصول دايناويرپول شامل كنسانتره و مواد مياني است. كنسانتره آن پس از شستشو روي سرندي جداگانه همراه با كنسانتره واسطه سنگين از مدار خارج مي گردد. اما مواد مياني آن روي سرند مربوط به مواد مياني واسطه سنگين ريخته مي شود و پس از شستشو با نوارنقاله از مدار خارج مي شود.
بار ورودي به فلوتاسيون كه از سرريز هيدروكلاسيفايرها و ته ريز تيكنرها تامين مي شود به يك مخزن واقع در ارتفاعي بالاتر از محل نصب سلولهاي فلوتاسيون پمپ مي شود و سپس با عبور از يك مخزن آماده ساز (كاسكاد) با كلكتور و كفساز مخلوط مي گردد و بعد وارد سلولهاي فلوتاسيون مي شود.
مدار فلوتاسيون به صورت دو خط با 4 رديف كه در هر رديف سه سلول رافر و سه سلول رمق گير كار مي كند و كنسانتره بخش هاي رمق گير تمامي 4 رديف موجود در هر خط, فقط در يك كلينر شسته مي شود, مي باشد (شكل 6). كنسانتره خروجي مدار براي آبگيري به فيلترهاي ديسكي فرستاده مي شود و باطله هر خط فلوتاسيون پس از شستشوي مجدد در يك كلينر, از سرندهاي قوسي با ابعاد 5/0 ميليمتر عبور داده مي شود كه سرريز اين سرندها به عنوان بار در گردش به ورودي كلاسيفاير برگشت داده مي شود و ته ريز آن جهت آبگيري به تيكنرهاي باطله (36 متري) فرستاده مي شود.

روش تحقيق
يكي از دلايل پايين بودن كارآيي كارخانه، عدم شناخت كافي از خوراك آن بود. اگرچه بررسي خواص شستشو پذيري اين زغالسنگ ها قبلاً با همكاري كارشناسان روسي انجام گرفته است، اما با توجه به گذشت مدت زمان زيادي از اين خصوصيت سنجي و احتمال تغيير خواص زغالسنگ و نيز افزوده شدن معادن جديد به مجموعه معادن تأمين كننده خوراك كارخانه، طرح خصوصيت سنجي مجدد زغالسنگ هاي كرمان، لازم به نظر مي رسيد. نتايج حاصل از آناليزهاي بررسي شستشوپذيري، در همگن سازي خوراك كارخانه، پيش بيني كاركرد و بررسي كارآيي واحدهاي مختلف كارخانه، بررسي كارآيي كل كارخانه و نيز تعيين شاخص شستشوپذيري زغالسنگ هاي معادن و در نتيجه تنظيم خطوط مختلف كارخانه، كاربرد دارد.
با استفاده از نتايج حاصل ازخصوصيت سنجي زغالسنگ هاي ورودي به كارخانه مي توان اهداف زير را براي افزايش كارآيي كارخانه دنبال كرد:
1. تعيين كيفيت زغالسنگ معادن تامين كننده خوراك كارخانه از نظر فرآوري
2. تقسيم بندي معادن تامين كننده خوراك كارخانه به دو بخش براي خوراك دهي در دوخط مجزاي كارخانه
3. نظارت بر خوراك ورودي به كارخانه و همگن سازي آن
4. تعيين چگالي جدايش در روش هاي واسطه سنگين
5. پيش بيني نتايج واحدهاي مختلف كارخانه
6. ارزيابي خطوط كارخانه به منظور تصحيح، افزايش بازيابي و غيره
7. بررسي شستشوپذيري خوراك فلوتاسيون
8. كمك به تشخيص علت مشكلات مدار فلوتاسيون
جهت بررسي خواص شستشو پذيري زغالسنگ، آزمايش هاي زير بر روي نمونه هاي نماينده انجام شد:
1. تجزيه سرندي قبل و بعد از حمل زغالسنگ براي تعيين تركيب اندازه ذرات آن
2. آزمايش غرق وشناورسازي براي بررسي شستشوپذيري
3. آزمايش رهايي براي بررسي قابليت شناورشوندگي
4. آزمايش آسياي گردان براي بررسي مقاومت مكانيكي
5. آزمايش هاي تكميلي شامل آزمايش هاي شيميايي و مطالعات پتروگرافي
با توجه به اينكه خوراك ورودي به كارخانه زغالشويي زرند از 15 منطقه معدني با خصوصيات متفاوت تامين مي شود، در نتيجه مشخصات خوراك وردي به كارخانه از نوسان زيادي برخوردار است كه اين تغييرات باعث كاهش كارآيي واحدهاي مختلف مي شود. لذا بررسي در خصوص امكان همگن سازي خوراك ورودي به كارخانه به منظور يكنواخت كردن خصوصيات خوراك ورودي به هر واحد از اهميت زيادي برخوردار بود.
از اهداف عمده بررسي امكان همگن سازي خوراك ورودي به واحد تغليظ مي توان به مورد زير اشاره كرد:
1- ثابت نگهداشتن خصوصيات خوراك ورودي به كارخانه يا حداقل كردن نوسانات آن با استفاده از همگن سازي خوراك ورودي
2- منظم كردن برنامه زغالسنگ ارسالي از معادن با تنظيم برنامه زمانبندي توليد
3- ارائه روشهاي مناسب و عملي براي همگن سازي خوراك كارخانه در شرايط مختلف عملياتي
4- ايجاد شرايط مناسب براي پيش بيني نتايج شستشوي خوراكهاي مختلف در كارخانه زغالشويي زرند به منظور ارزيابي نحوه عملكرد هر واحد توليدي
به منظور اجراي طرح همگن سازي، اقدامات زير انجام شد:
بررسي نوسانات كميت و كيفيت زغالسنگ ارسالي از معادن
براي بررسي نوسانات كميت و كيفيت زغالسنگ ارسالي از معادن مختلف ابتدا معادن مختلف تامين كننده زغالسنگ كارخانه، نوع زغالسنگ ارسالي و تناژ توليدي توسط آنها مشخص گرديد. سپس با مشخص كردن خصوصيات اين زغالسنگها، نوسانات موجود در زغالسنگ ارسالي از معادن مختلف تعيين شد.
نحوه همگن سازي خوراك كارخانه
پس از مشخص شدن نوسانات موجود در زغالسنگ ارسالي از معادن، روشهاي مختلف ممكن براي همگن سازي خوراك ورودي به كارخانه مورد بررسي قرار گرفت. به منظور اجراي اين طرح از ميدان پذيرش و يا از بونكرهاي ذخيره موجود استفاده شد. همچنين در خصوص اجراي طرح مخلوط كردن بصورت دو گروه مجزا براي دو خط توليد و يا اجراي آن بصورت يكسان براي هر دو خط بررسي شد. درصورت نياز به تقسيم بندي معادن به دو گروه مختلف، در خصوص معيارهاي تقسيم بندي اين دو گروه بررسي گرديد.
اجراي طرح همگن سازي خوراك
پس از مشخص شدن برنامه همگن سازي خوراك كارخانه با اجراي آن، اولاً مشكلات عملياتي آن مشخص گرديد. سپس با استفاده از پيش بيني نتايج عملكرد هر واحد و مقايسه آن با عملكرد واقعي هر واحد، وضعيت كارآيي آن واحدها ارزيابي گرديد.
مدار واحد واسطه سنگين كارخانه زغالشويي زرند به منظور شستن زغالسنگهاي با ابعاد mm 10+ درنظر گرفته شده است. در اين واحد سوسپانسيوني از آب و مگنتيت تهيه مي شود. اين سوسپانسيون در جداكننده اول طبق طرح كارخانه بايد دانسيته اي برابر با g/cm3 00/2 داشته باشد و در جداكننده دوم بايستي داراي دانسيته g/cm345/1 باشد. هر دو جداكننده از نوع استوانه اي مي باشند. در زمان شروع كار كارخانه دو جداكننده از يك نوع و داراي قطر 4 متر و عرض 5/1 متر در كارخانه نصب شده اند. اما مدتي بود كه جداكننده دوم با جداكننده اي با قطر 4 متر و عرض 2 متر جايگزين شده بود. بعد از نصب اين جداكننده هرگز در اين جداكننده واسطه اي با دانسيته 45/1 پايدار نبود. بنابراين دانسيته در جداكننده اول برابر 45/1 قرار داده شده بود و در جداكننده دوم براي اينكه كنسانتره بدست آمده از جداكننده اول مجدداً شناور شود و به كنسانتره نهايي منتقل شود دانسيته همواره بزرگتر از 45/1 بود. در نتيجه كليه محصولات مياني اين واحد كه ارزش اقتصادي داشتند و يا به وسيله خرد كردن مي شد از آنها كنسانترهاي مطلوب تهيه كرد، وارد باطله مي شدند و از مدار خارج مي شدند. لذا بررسي برروي عملكرد واحد واسطه سنگين و مشخص كردن عوامل موثر بر كارآيي آن ضروري به نظر مي رسيد.
اهداف بررسي عملكرد واحد واسطه سنگين شامل موارد زير بود:
1- پايدار نمودن واسطه در جداكننده واسطه سنگين دوم
2- ايجاد شرايط بهينه در حالت پايداري براي جداكننده دوم
3- بهبود كارآيي واحد واسطه سنگين
4- بهينه سازي مصرف مگنتيت
5- بررسي امكان بدست آوردن زغالسنگ با خاكستر مطلوب از مواد مياني
به منظور بررسي عملكرد واحد واسطه سنگين اقدامات زير انجام شد:
بررسي خصوصيات مگنتيت
پيش بيني مي شد كه عامل اصلي عدم پايداري مگنتيت در جداكننده دوم دانه بندي مگنتيت باشد. به اين منظور جهت تعيين دانه بندي مگنتيت، نمونه هايي از مگنتيت مصرفي در كارخانه تهيه شد. سپس اين نمونه ها به صورت تر طبقه بندي شده و همچنين به وسيله آهنرباي دستي، درجه خلوص مگنتيت مشخص شد. به اين ترتيب نتايج بدست آمده با مقادير استاندارد مقايسه شد و با توجه تفاوتهاي موجود، راه حل مناسب براي بهبود مگنتيت مصرفي ارائه گرديد.
از سوي ديگر با بررسي تغييرات دانسيته در عمق جداكننده دوم نيز علل ناپايداري واحد واسطه سنگين دوم بررسي گرديد.
راه اندازي واحد واسطه سنگين دوم
پس از معلوم شدن علت ناپايداري واحد واسطه سنگين دوم و مشخص كردن راه حل آن، دانسيته جدا كننده دوم به مقدار مشخص شده در طرح تغيير داده شد تا از هدر رفتن مواد مياني بصورت باطله جلوگيري شود.
خصوصيت سنجي خوراك مدار واسطه سنگين
به منظور مشخص نمودن وضعيت زغالسنگ ورودي به مدار واسطه سنگين از نظر قابليت شستشو، انجام آزمايشهاي شستشوپذيري و خصوصيت سنجي زغالسنگهاي ورودي به كارخانه در دامنه هاي ابعادي مختلف ضروري بود تا با استفاده از نتايج آن و با توجه به تركيب وزني اين زغالسنگها در هنگام ورود به مدار فرآوري كارخانه، عملكرد واحد واسطه سنگين با حالت ايده آل مورد مقايسه قرار گيرد.
ارزيابي كارآيي واحد واسطه سنگين
با مشخص شدن قابليت شستشوي زغالسنگهاي ورودي به مدار واسطه سنگين، با نمونه گيري از خوراك و محصول هاي اين واحد، كارآيي آن محاسبه گرديد و با مقايسه آن با حالت ايده آل، نحوه عملكرد واحد واسطه سنگين مورد ارزيابي قرار گرفت.
بررسي مصرف مگنتيت
به منظور بهينه سازي عملكرد واحد واسطه سنگين، محل هايي كه مگنتيت از آنجا هدر مي رفت بررسي و مشخص شد و راه حلهاي مناسب به منظور جلوگيري از هدر رفتن آن ارائه شد.
امكانسنجي بازيابي زغالسنگ از مواد مياني
پس از بهينه سازي عملكرد واحد واسطه سنگين، امكان بازيابي زغالسنگ از مواد مياني كارخانه با استفاده از آزمايش غرق و شناورسازي و آناليز رهايي بررسي شد و با توجه به نتايج بدست آمده، روشهاي مناسب جهت بازيابي زغالسنگ از محصول مياني كارخانه ارائه شد.
آزمايش هاي غرق و شناوري انجام گرفته بر روي محصولات جيگ نشان مي دهد كه باطله و مواد مياني در كنسانتره وجود ندارد اما وجود نرمه در كنسانتره عامل بالا بودن خاكستر كنسانتره است. همچنين مشخص شد كه تلفات زغال در باطله و مواد مياني بالا مي باشد و اين مهمترين عامل در پايين بودن راندمان مدار جيگ عنوان شده است. در باطله جيگ پابدانا 10 درصد وزني باطله، كنسانتره اي با درصد خاكستر 10 و 29 درصد محصول مياني با درصد خاكستر 38 بوده است. در باطله جيگ بابنيزو نيز 42 درصد وزني باطله، محصول مياني با خاكستر 35 درصد بوده است كه در دانسيته 65/1 قابل بازيابي هستند. آزمايش هاي غرق و شناوري محصولات جيگ كنترلي نشان مي دهد كه 35 درصد وزني محصول مياني جيگ كنسانتره اي با درصد خاكستر 10 مي باشد. علاوه براين 19 درصد وزني محصول مياني باطله اي با خاكستر 76 درصد بوده است. همچنين مشخص شد كه 20 درصد وزني باطله، محصول مياني با خاكستر 35 درصد بوده است.
اين آزمايش ها نشان مي دهد كه اختلاط محصولات جيگ در آن زمان بسيار بالا بوده و اين يكي از مهمترين عوامل پايين بودن راندمان مدار جيگ بوده است.
در يك بررسي ساده كه با نمونه گيري از محصولات جيگ ها بعمل آمد، مشخص شد كه اختلاط محصولات در يكديگر بسيار بالا بوده و تلفات زغال در باطله و مياني قابل توجه است بطوري كه متوسط درصد خاكستر باطله و مياني در نمونه هاي گرفته شده به ترتيب 48 و 20 بوده است. درصد خاكستر كنسانتره نيز بالا و به طور متوسط 16 بوده است.
اهداف از بررسي راههاي كاهش خاكستر كنسانتره جيگ شامل موارد زير بود:
1- بررسي راه هاي كنترل نرمه ورودي به جيگ
2- بررسي راه هاي كنترل خاكستر كنسانتره جيگ
3- بررسي راه هاي كاهش خاكستر كنسانتره جيگ
با توجه به اينكه خاكستر كنسانتره مدار جيگ بالاتر از 14 بود، بررسي در خصوص علت بالا بودن خاكستر كنسانتره جيگ به شرح زير انجام شد:
1- بررسي كنسانتره مدار جيگ
بنابر بررسي هاي غير مستند گذشته، وجود نرمه عامل اصلي در بالا بودن خاكستر كنسانتره مدار جيگ مي باشد. لذا به منظور بررسي اين مسئله، از كنسانتره جيگ قبل از ورود به سانتريفيوژ ها نمونه گيري شد و با تجزيه سرندي آن، سهم هر دامنه ابعادي در خاكستر كنسانتره جيگ مشخص شد. به اين ترتيب صحت بررسي هاي گذشته مشخص شد.
2- بررسي كارآيي سرند هاي نرمه گيري از خوراك
وظيفه نرمه گيرهاي قبل از جيگ، جدا كردن ذرات زير 1 ميليمتر از خوراك جيگ و فرستادن اين مواد به فلوتاسيون است. نرمه گيرهاي جيگ پابدانا شامل سرند هاي ميله اي ثابت با چشمه 1-8/0 ميليمتر در داخل كانال ورودي به جيگ و سرندهاي قوسي با چشمه 75/0-5/0 ميليمتر است. نرمه گيرهاي جيگ بابنيزو نيز شامل سرندهاي ميله اي ثابت با چشمه 1-8/0 ميليمتر و دو سرند گردابي با چشمه 8/0 ميليمتر مي باشد.
با توجه به اهميت تاثير مواد زير 1 ميليمتر در افزايش خاكستر كنسانتره جيگ، كارآيي نرمه گيرهاي قبل از جيگ نيز بررسي شد. براي اين كار از خوراك و سرريز اين سرندها در فاصله زماني معيني نمونه گيري شد و سپس كارآيي سرندها محاسبه شد.
3- بررسي روش هاي بهبود كارآيي سرندها
در كارآيي سرندها عوامل زيادي موثرند. از جمله اين عوامل مي توان به زاويه و جهت برخورد ذرات، سطح سرند، درصد باز دهانه، ميزان مواد رسي چسبنده، درصد مواد با ابعاد نزديك به چشمه سرند، طول و عرض سرند اشاره كرد. در مراحل بعدي تحقيق در خصوص روش هاي موثر در بهبود كارآيي سرندهاي نرمه گيري بررسي شد.
4- بررسي ته ريز كلاسيفايرهاي آبي
از كلاسيفايرها براي طبقه بندي مواد به صورت غير مستقيم استفاده مي شود. طبقه بندي مواد در كلاسيفايرها بر اساس سرعت نسبي حركت ذرات در سيال استوار است. در اين راستا نه تنها ابعاد، بلكه جرم مخصوص ذرات و نيروي مقامت سيال كه خود تابعي از شكل، ابعاد ذرات و مشخصات سيال است، بر روي حركت ذرات تاثير مي گذارد.
در كارخانه زغالشويي زرند براي هر خط از يك كلاسيفاير آبي به منظور كنترل ته ريز سرندهاي نرمه گيري جيگ، برگرداندن ذرات درشت غير مجاز در باطله جداكنندهاي مغناطيسي بخش واسطه سنگين و ذرات درشت حوضچه هاي نرمه به ابتداي سرندهاي اوليه و تهيه خوراك مناسب براي بخش فلوتاسيون استفاده شده است. مطابق طرح كارخانه، حد جدايش كلاسيفايرها
5/0 ميليمتر است و مواد بزرگتراز حد جدايش به اول مدار كارخانه بر مي گردد و وارد مسير نرمه گيري قبل از مدار جيگ مي شود. دبي خوراك هر كلاسيفاير t/h 538 با درصد جامد 16 است.
در بررسي هاي اوليه مشخص شد كه ته ريز كلاسيفايرها داراي درصد غير مجازي از نرمه است كه مي تواند براي مدار جيگ مشكل ساز باشد. به همين دليل كارآيي كلاسيفايرها بررسي شد.
5- بررسي مخازن كنسانتره
در مدار جيگ كارخانه به منظور نرمه گيري از كنسانتره جيگ ها از دو مخزن كنسانتره استفاده شده است. شيب الواتور 70 درجه و طول آن 4/20 متر است. 7 متر از طول الواتور در زير آب قرار دارد كه 5/5 متر آن براي جلوگيري از نشستن نرمه بر روي كنسانتره داخل كفشك ها توسط صفحات فولادي پوشانده شده است. با توجه به اينكه باگرالواتورهاي كارخانه از ابتداي راه اندازي تا زمان اجراي تحقيق تعمير نگرديده بود، لذا احتمال اينكه پوشش هاي باگرالواتور در داخل آب دچار خرابي شده باشد وجود داشت. به اين ترتيب مقدار زيادي نرمه روي كنسانتره در هنگام بالا آمدن كفشك ها رسوب مي كند كه درصد خاكستر كنسانتره را به شدت بالا مي برد. به همين دليل عملكرد اين كفشك ها با نمونه گيري از كنسانتره جيگ ها قبل از وارد شدن به سانتريفيوژها مورد بررسي قرار گرفت.
در يك بررسي كلي از مدار فلوتاسيون كارخانه زغالشويي زرند مشخص گرديد كه راندمان عملياتي آن پايين مي باشد. به همين دليل بررسي پارامترهاي مهم و موثر بر فلوتاسيون به منظور مشخص شدن علت پايين بودن راندمان و كارآيي مدار ضروري به نظر مي رسيد. از آنجا كه انجام اين گونه بررسي ها در مقياس صنعتي به دلايل متعدد، از جمله هزينه هاي زياد براي انجام آزمايش ها، تاثير نامطلوب آزمايش ها بر كيفيت محصول توليدي، وجود عوامل متغير زياد كه كار بررسي اثرات آنها را مشكل مي كند و موارد ديگر، معقول نمي باشد، و از سوي ديگر در آزمون هاي آزمايشگاهي امكان بررسي اثر همه عوامل بصورت كنترل شده وجود دارد، انجام آزمايش ها مستقل از عملكرد كارخانه و كيفيت محصول توليدي مي باشد، انجام اين آزمايش ها با هزينه هاي بسيار كمي قابل اجرا مي باشد و اجراي آزمون هاي مختلف به سادگي امكان پذير است. لذا بررسي عوامل موثر بر فلوتاسيون زغالسنگ در مقياس آزمايشگاهي به منظور كسب شناخت بيشتر از فلوتاسيون زغالسنگ انتخاب گرديد.
از جمله پارامترهاي مهم در فلوتاسيون عبارتند از درصد جامد خوراك ورودي، ميزان كلكتور و كف ساز و نوع آنها، دانه بندي خوراك، زمان ماند كه براي بهينه سازي آنها لازم بود تا ابتدا اين پارامترها در مقياس آزمايشگاهي مورد بررسي قرار گرفته و سپس در مقياس صنعتي اعمال شده و بهينه گردند.
اهداف اجراي اين تحقيق عبارت بودند از:
در مدار فلوتاسيون كارخانه زغالشويي زرند از نفت به عنوان كلكتور استفاده مي شد اما به دليل گران بودن و همچنين مشكلات دسترسي به آن، لزوم جايگزيني آن با يك ماده شيميايي ارزان تر احساس مي شد. اولين گزينه براي جايگزيني، گازوئيل بود كه لازم بود در ابتدا در مقياس آزمايشگاهي از لحاظ ميزان مصرف، زمان آماده سازي و همچنين مقايسه كارايي آن با نفت مورد بررسي قرار گيرد. بايد توجه داشت كه قيمت اين ماده شيميايي نسبت به نفت بسيار پايين تر مي باشد.
مقدار روغن كاج كه هم اكنون در مدار فلوتاسيون به عنوان كف ساز مورد استفاده مي باشد و همچنين امكان جايگزيني آن با كف ساز ديگري كه احتمالا باعث افزايش راندمان مدار فلوتاسيون گردد، مورد بررسي قرار گرفت.
همچنين با توجه به ابعاد درشت خوراك ورودي (mm 1-5/0) و پايين بودن راندمان در اين بخش ابعادي، استفاده از يك كف ساز يا كلكتور مناسب كه باعث افزايش كارآيي فلوتاسيون براي بازيابي اين بخش ابعادي گردد و يا روش هايي كه بتواند اين هدف را براي ما تحقق بخشد (مانند فلوتاسيون بخش هاي ابعادي بصورت مجزا و يا آماده سازي جداگانه بخش هاي ابعادي مختلف) لازم و ضروري مي باشد. اين موارد نيز از جمله كارهايي بود كه در مقياس آزمايشگاهي تحت آزمايش و بررسي قرار گرفت.
براي انجام اين تحقيق مراحل زير اجرا شد:
6- بررسي پارامترهاي موثر بر فلوتاسيون و بهينه سازي آنها
الف) زمان ماند: با ثابت نگاه داشتن كليه پارامترها (زمان آماده سازي، مقدار كلكتور و كف ساز و نوع آنها، ميزان هوادهي و دور موتور) آزمايش سينتيك انجام گرفت تا بتوان زمان ماند مناسب آزمايشگاهي را محاسبه كرد.
ب) درصد جامد: با درنظر گرفتن زمان ماند مناسب بدست آمده (زمان كف گيري) كليه پارامترها ثابت نگاه داشته شد و درصد جامد تغيير داده شد و آزمايش ها از مقادير پايين تا مقادير بالا انجام گرفت. با وزن كردن كنسانتره و باطله و بدست آوردن خاكستر آنها محدوده بهينه درصد جامد تعيين گرديد.
ج) مقدار كف ساز: در مقدار درصد جامد بهينه و زمان كف گيري محاسبه شده، با استفاده از كف ساز روغن كاج كه هم اكنون در مدار كارخانه مورد استفاده مي باشد، آزمايش هاي فلوتاسيون انجام گرفت و با تغيير مقدار آن از مقادير كم تا زياد و سپس وزن كردن و خاكسترسنجي كنسانتره ها و باطله هاي بدست آمده، محدوده بهينه كف ساز بدست آمد.
د) مقدار كلكتور: در ابتدا كلكتور مورد استفاده در مدار فلوتاسيون كارخانه نفت بود. در درصد جامد و مقدار كف ساز بهينه و زمان كف گيري مناسب، مقدار كلكتور را تغيير داده و محدوده بهينه آن محاسبه گرديد.
7- بررسي امكان تغيير كلكتور (جايگزيني نفت با گازوئيل)
با توجه به بالا بودن قيمت نفت و لزوم جايگزيني آن با يك كلكتور ارزان تر لازم بود كه تمامي پارامترهاي فوق با به كار بردن كلكتور جديد مجددا مورد بررسي قرار گيرد. با در نظر گرفتن زمان كف گيري محاسبه شده، ابتدا مقدار كلكتور از مقادير پايين تا بالا تغيير داده شد و محدوده بهينه آن محاسبه گرديد. سپس با بدست آمدن مقدار بهينه، براي بدست آوردن محدوده مناسب درصد جامد و كف ساز، آزمايش ها تكرار گرديد.
8- بررسي امكان تغيير كف ساز (جايگزيني روغن كاج با A65)
مراحل تغيير كلكتور و آزمايش هاي انجام گرفته براي اين كار، با استفاده از كف ساز A65 نيز تكرار گرديد. با اين تفاوت كه كنسانتره و باطله علاوه بر توزين و خاكسترسنجي دانه بندي نيز شدند تا راندمان ذرات درشت (5/0+ ميليمتر) در فلوتاسيون بر اثر جايگزيني كف ساز مشخص گردد.
9- انجام آزمايش هاي فلوتاسيون مجزا و آماده سازي جداگانه
الف) فلوتاسيون مجزا: با دانه بندي خوراك در بخش هاي ابعادي 1-5/0+ و 5/0- ميليمتر و انجام آزمايش هاي فلوتاسيون بطور جداگانه براي هر بخش ابعادي در محدوده بهينه پارامترها نتايج حاصل با نتايج بدست آمده از فلوتاسيون معمولي براي خوراك
1- ميليمتر، مقايسه گرديد.
ب) آماده سازي جداگانه: دو بخش ابعادي خوراك ( 5/0- و 1-5/0+ ميليمتر) به طور جداگانه با مواد شيميايي مناسب آماده سازي شد و پس از آن با يكديگر مخلوط گرديد و آزمايش فلوتاسيون انجام گرفت و نتيجه آن با فلوتاسيون معمولي مقايسه گرديد.
در مرحله اول تحقيق تغييرات اساسي در مدار فلوتاسيون كارخانه زغالشويي زرند ايجاد شد، به اين ترتيب نوع و ميزان كلكتور مورد استفاده به حالت بهينه نزديك شد. همچنين نوع و ميزان كف ساز مورد استفاده براي بازيابي ذرات ريز (زير 300 ميكرون) تغيير داده شد. يكي از راه هاي بهبود و ارتقاء كارآيي مدار فلوتاسيون، افزايش بازيابي ذرات درشت (بالاي 300 ميكرون) بود.
همانگونه كه گفته شد، پيش از انجام تغييرات در مدار فلوتاسيون، ميزان بازيابي ذرات درشت بسيار پايين بود. نتايج حاصل از تحقيقات موجود نيز نشان داد كه با وجود افزايش قابل ملاحظه در راندمان بخش فلوتاسيون، ميزان بازيابي ذرات درشت چندان تغييري نكرده است. به همين منظور انجام تحقيقاتي جهت افزايش كارآيي مدار فلوتاسيون از طريق افزايش بازيابي ذرات درشت ضروري به نظر مي رسيد. با توجه به اينكه كارآيي روش توزيع مواد شيميايي بر روي سلول هاي فلوتاسيون در آزمون هاي آزمايشگاهي و صنعتي به اثبات رسيده است، لازم بود تحقيقاتي در اين زمينه برروي مدار فلوتاسيون كارخانه زغالشويي زرند انجام گيرد. همچنين باتوجه به اينكه نوع كف ساز برروي شناور شدن ذرات درشت بسيار موثر است، بررسي كف سازهايي مانند A65 و Dowfroth 250 كه قدرت بيشتري براي شناور نمودن ذرات درشت دارند و همچنين بررسي ميزان و مكان مناسب اضافه نمودن اين كف سازها ضروري بود.
به طور كلي هدف از اجراي اين پروژه را مي توان در موارد زير خلاصه نمود:
1- بررسي تاثير كف ساز Dowfroth 250 بر بازيابي ذرات درشت در سلول رمق گير
2- بررسي تاثير نحوه توزيع كلكتور و كف ساز در يك رديف سلول فلوتاسيون بر بازيابي ذرات درشت
3- بررسي تاثير نحوه توزيع كلكتور در يك رديف سلول فلوتاسيون بر ميزان مصرف آن
4- بررسي تاثير نحوه توزيع كلكتور و كف ساز بر كنترل ميزان خاكستر سه سلول اول فلوتاسيون كارخانه
براي اجراي تحقيق، ابتدا اثر توزيع هاي مختلف از مواد شيميايي (كلكتور و كف ساز) بر بازيابي ذرات درشت در يك رديف سلول فلوتاسيون مورد بررسي قرار گرفت و بهترين توزيع مواد شيميايي از بين آنها انتخاب شد.
در مرحله بعدي تاثير توزيع هاي مختلف مواد شيميايي بر كنترل ميزان خاكستر كنسانتره سه سلول اول (مرحله پرعياركني اوليه) بررسي شد و اثر هر توزيع بر ميزان خاكستر كنسانتره مشخص شد. سپس در خصوص تاثير كف ساز Dowfroth250 بر بازيابي ذرات درشت در سلول رمق گير، با اضافه كردن آن به سلول هاي رمق گير، بررسي شد.

شكل 6- مدار فعلي فلوتاسيون كارخانه زغالشويي زرند

طرح اوليه كارخانه بر اين مبنا استوار است كه كنسانترة فلوتاسيون با درصد جامد 9/25% وارد مدار فيلتراسيون شود و در آنجا كيك فيلترها با رطوبت 26% و با نرخ خروجي t/h 18-14 به ازاي يك فيلتر از مدار فيلتراسيون خارج شود. محصول فيلتراسيون همراه با محصول آبگيري شده از سانتريفوژها با رطوبت 9% مخلوط و با رطوبت 5/18% وارد خشك كن شود.
بدليل مشكلات زيادي كه در مدار وجود داشت، نتايج دور از طرح اوليه كارخانه بود. با توجه به 5 كوره اي (3 عدد متعلق به خط بابنيزو و 2 عدد متعلق به خط پابدانا) كه در خشك كن وجود دارند و در حال حاضر 2 كورة خط بابنيزو خراب مي باشند، لذا خشك كن ها توانايي پذيرش محصول با رطوبت بالا را ندارند و عدم اصلاح آن هزينة زيادي را در بر دارد.
با توجه به پايين بودن كارايي عمليات فيلتر كني در مقايسه با طرح اوليه از جمله رطوبت بالا، پايين بودن ضخامت كيك و تناژ توليدي، گرفتگي پارچه فيلتر، بالا بودن درصد جامد در آب خروجي فيلتر، سرريز شدن زياد پالپ از كلكتور و فيلترها، ارائة راهكارهايي جهت بهبود عمليات ضروري به نظر مي رسيد.
با انجام بررسي كارايي مدار فيلتراسيون كارخانه و با تغيير سرعت گردش و فشار مكشي و بدست آوردن حد بهينه اين دو شاخص هاي رطوبت و ضخامت بهبود داده شد.
گرفتگي پارچه فيلترها و عدم تشكيل كيك با ضخامت مناسب از ديگر مشكلات بود كه با بررسي برروي پارچه فيلترهاي مختلف نوع مناسب براي مدار انتخاب گرديد.
بررسي اضافه كردن كمك فيلتر و بدست آوردن حد بهينه آن نه تنها براي كاهش رطوبت در حد چشمگير مؤثر بود بلكه فوائد ديگري از جمله كاهش گرفتگي منافذ پارچه فيلتر، كاهش هزينه هاي خشك كردن، بهبود بازيابي آب حاصل از فيلتراسيون، كاهش هزينه هاي پارچه فيلتر و تعميرات را در بر داشت.
در كارخانه زغالشويي زرند، به دليل وجود خطا در مراحل نمونه برداري، آماده سازي و آناليز نمونه ها و عدم پايداري سيستم در زمان نمونه برداري، داده هاي خام حاصل از كارخانه، در بعضي موارد موازنه نيستند. جدول 1 چند نمونه از نتايج ارائه شده توسط بخش كنترل كيفي مربوط به فروردين ماه 82 رانشان مي دهد.

جدول1- چند نمونه از نتايج ارائه شده توسط بخش كنترل كيفي مربوط به فروردين ماه 82

شكل 7 نيز نحوه تركيب محصولات توليد شده از يك خط با يكديگر را نشان مي دهد. با توجه به جدول 1 و شكل 7، در بعضي از مواردنتايج بدست آمده براي درصد خاكستر جريان هاي موجود با قانون بقاي جرم مطابقت ندارد. البته در جدول 1، مواردي كه با قانون بقاي جرم مطابقت دارد نيز بدون توجه به سهم واحدهاي مختلف از تناژ كل مي باشد. در صورتي كه به سهم واحدهاي مختلف از تناژ كل توجه شود، اين نتايج نيز ممكن است با قانون بقاي جرم مطابقت نداشته باشد.

شكل 7- مقايسه نتايج خاكسترسنجي كنسانتره توليدي و ارسالي در 6 ماهه اول سال 1382

همانطور كه قبلاً ذكر شد، كنسانتره نهايي كارخانه در دو محل نمونه برداري مي شود. يك بار قبل از ورود مواد به سيلو تحت عنوان كنسانتره توليدي و بار ديگر به هنگام بارگيري در زير سيلو تحت عنوان كنسانتره ارسالي. از ديگر اشكالات مشاهده شده درسيستم نمونه برداري كارخانه اين است كه در اكثر موارد نتايج خاكسترسنجي نمونه هاي كنسانتره توليدي و ارسالي با يكديگر همخواني ندارد. با توجه به وجود مشكلات فوق و اهميت بسيار زياد نتايج نمونه برداري در اتخاذ تصميمات عملياتي در كارخانه و وابستگي مستقيم سود و زيان شركت به اين نتايج، انجام تحقيقي جهت بررسي و بهينه سازي سيستم نمونه برداري كارخانه ضروري به نظر مي رسيد.
اهداف انجام تحقيق در مورد سيستم نمونه برداري در كارخانه به شرح زير بود:
10- بررسي دقيق سيستم نمونه برداري و تطبيق آن با استاندارهاي بين المللي
نمونه برداري به ميزان قابل قبول و معقول كه معرف توده زغالسنگ باشد، مشكل است و بر لزوم استفاده از روش هاي نمونه برداري استاندارد، تأكيد مي شود. اين روش هاي استاندارد، نيازهاي كلي را براي تهيه نمونه هاي زغالسنگ تأمين مي كنند. سيستم نمونه برداري كارخانه زغالشويي زرند، طبق طرح، براساس استاندارد روسي گوس بود، اما اسناد اين استاندارد در حال حاضر در دسترس نيست. لذا يكي از اهداف اين تحقيق تطبيق سيستم نمونه برداري كارخانه با استانداردهاي بين المللي بود.
11- بهينه سازي پارامترهاي نمونه برداري در قسمت هاي مختلف كارخانه
زغالسنگ يكي از مشكل ترين مواد براي نمونه برداري است، زيرا خواص آن حتي در مورد يك واحد مشخص در دامنه وسيعي متغير است. پيچيدگي نمونه برداري زغالسنگ به نتايج تحليلي، تجهيزات نمونه برداري، مقدار نمونه نماينده و درجه دقت مورد نياز نيز وابسته است. گرفتن نمونه از زغالسنگ به معناي گرفتن يك بخش نماينده است كه براي توصيف كيفيت زغالسنگ بكار مي رود. جمع آوري صحيح نمونه، متضمن درك صحيح و درنظرگرفتن خواص فيزيكي زغالسنگ، تعداد و وزن جزءنمونه ها و دقت كلي مورد نياز است. نحوه انتخاب، وضعيت جمع آوري جزءنمونه هاي منفرد و روش فاصله دهي Spacing)) بين جزءنمونه ها، از ديگر پارامترهاي مهم نمونه برداري هستند. از اهداف ديگر اين تحقيق بهينه سازي پارامترهاي فوق بود.
به منظور اجراي اين تحقيق مراحل زير انجام شد:
· بررسي مدار كارخانه و مشخص كردن گلوگاهها و نقاط نمونه برداري
· شناسايي دقيق سيستم نمونه برداري فعلي كارخانه
· مطالعه و تحقيق در مورد استانداردهاي بين المللي نمونه برداري
· مشخص كردن خطاها، در مراحل مختلف جمع آوري، آماده سازي و آناليز نمونه
· مقايسه سيستم نمونه برداري كارخانه با استانداردهاي بين المللي
· مشخص كردن مشكلات فعلي نمونه برداري در نقاط مختلف كارخانه
· تطبيق سيستم نمونه برداري كارخانه با يكي از استانداردهاي بين المللي
· تعيين شاخصهاي نمونه برداري براي قسمتهاي مختلف
· ارائه روشهاي مناسب نمونه برداري در نقاط مختلف كارخانه

اهداف انجام بهينه سازي مدار فرآوري زغالسنگ مياني كارخانه عبارت بودند از:
شناسايي و رفع مشكلات مدار دايناويرپول
در سال 1380 بر اساس تحقيقاتي كه روي جداكننده دايناويرپول در واحد كوچك فرآوري مياني خازج از كارخانه انجام گرفت، با توجه به هزينه بالاي اين واحد و كمبود آب، تصميم گرفته شد كه از اين جداكننده جهت فرآوري مجدد محصول مياني جيگ در كارخانه استفاده شود. در نتيجه دو جداكننده دايناويرپول به همراه تجهيزات لازم در ادامه الواتور مياني جيگ كنترلي نصب گرديد. ولي با تمامي اين تلاش ها اين قسمت از مدار كارخانه به دليل وجود پاره اي مشكلات از قبيل عدم ثبات دانسيته عملياتي، وجود نرمه فراوان در خوراك ورودي و نحوه شستشوي باطله كارايي لازم را ندشت و كاركرد آن پيوسته نبود. به همين دليل يكي از اهداف اصلي اين تحقيق، شناسايي و رفع اين مشكلات بود.
تنظيم پارامترهاي مؤثر بر عملكرد دايناويرپول
براي دست يابي به بالاترين كارايي يك جداكننده ، شناسايي پارامترهاي تأثيرگذار بر عملكرد آن خيلي مهم است. جداكننده دايناويرپول نيز مانند ديگر جداكننده ها از برخي پارامترها تأثير مي پذيرد. لذا يكي از اهداف اين تحقيق، شناسايي و تنظيم پارامترهاي مؤثر بر عملكرد دايناويرپول بود.
افزايش راندمان كارخانه
طبق طرح اوليه كارخانه محصول مياني حداكثر مي تواند شامل 20 درصد كنسانتره (شناور در دانسيته g/cm345/1) باشد كه با توجه به كارآيي پايين و فرسودگي دستگاه هاي جداكننده به خصوص جيگ، ميزان كنسانتره موجود در بار مياني بيشتر از حد مجاز مي باشد كه اين نتايج از گزارش روزانه آزمايش هاي غرق و شناورسازي در آزمايشگاه جيگ به خوبي مشاهده مي شود. لذا بازيابي اين مقدار از كنسانتره كه همراه بار مياني به هدر مي رود، مي توانست تأثير مستقيمي بر افزايش راندمان كارخانه داشته باشد.
ورود بخشي از خوراك كارخانه به مدار دايناويرپول و افزايش احتمالي ميزان بار ورودي به كارخانه
براي هر محدوده از دانه بندي زغالسنگ نوع مشخصي از دستگاه كاربرد و كارايي مطلوب دارد. در كارخانه زغالشويي زرند محدوده ابعادي 18+، 18- 5/0 و 5/0- ميليمتر به ترتيب وارد قسمت هاي واسطه سنگين، جيگ و فلوتاسيون مي شود. يكي از مشكلات كارخانه، فرآوري ذرات 2- 5/0 ميليمتر است كه طبق طرح بايد به وسيله جيگ ماشين فرآوري شود، اما اين جداكننده كارآيي لازم جهت فرآوري اين محدوده ابعادي را ندارد. همچنين اين محدوده ابعادي براي فلوتاسيون نيز درشت مي باشد. در نتيجه با توجه به كارآيي بالاي جداكننده دايناويرپول در شستشوي اين محدوده ابعادي زغالسنگ، مي توان اين محدوده ابعادي از خوراك را به وسيله دايناويرپول فرآوري كرد. در اين صورت علاوه بر افزايش بازيابي، با توجه به خارج شدن اين محدوده ابعادي از مدار جيگ مي توان ميزان بار ورودي به جيگ ماشين را افزايش داد كه خود افزايش ظرفيت كارخانه را به همراه خواهد داشت.
به منظور انجام بهينه سازي مدار فراوري زغالسنگ مياني، كارهاي زير انجام گرفت:
تعيين خصوصيات خوراك ورودي به مدار دايناويرپول
يكي از مهمترين پارامترها جهت كنترل بهتر فرآيند و دست يابي به حداكثر راندمان با توجه به كيفيت محصول، شناسايي دقيق خوراك ورودي مي باشد. بر همين اساس آناليز دانه بندي، خاكسترسنجي و تعيين قابليت شستشو جهت خصوصيت سنجي خوراك ورودي به مدار دايناويرپول در نظر گرفته شد. قابليت شستشوي ذرات درشت تر از 1 ميليمتر به وسيله آناليزهاي غرق وشناورسازي انجام گرفت.
شناسايي و بر طرف كردن مشكلات مدار دايناويرپول
به دليل اشتراك سيستم انتقال و بازيابي واسطه بين جداكننده هاي دايناويرپول و واسطه سنگين استاتيكي و مصرف بالاي مقدار واسطه در قسمت واسطه سنگين استاتيكي، تنظيم دانسيته عملياتي در جداكننده دايناويرپول مشكل بود، درنتيجه نصب سيستم بازيابي واسطه براي اين قسمت ضروري بود.
تنظيم پارامترهاي عملياتي مؤثر بر عملكرد دايناويرپول
بعد از راه اندازي كامل مدار دايناويرپول و بر طرف كردن مشكلات آن، ابتدا بدون اينكه تغييري در شرايط عملياتي دايناويرپول ايجاد شود كارايي جدايش آن در دامنه هاي ابعادي مختلف تعيين شد. در ادامه با ايجاد تغييرات لازم در جداكننده، تأثير آنها بر كارايي جدايش جداكننده به دست آورده شده و مقادير بهينه آنها مشخص شد.
خصوصيت سنجي محصول مياني جيگ هاي اصلي و ورود اين محصول به مدار دايناويرپول
با توجه به كارايي بالاي جداكننده دايناويرپول در محدوده ابعادي 5/0 تا 30 ميليمتر، سادگي تنظيم پارامترهاي مؤثر بر عملكرد آن نسبت به جيگ و همچنين بالا بودن هزينه عملياتي و تعمير و نگهداري جيگ نسبت به دايناويرپول، با خصوصيت سنجي محصول مياني جيگ هاي اصلي امكان ورود محصول مياني جيگ هاي اصلي به دايناويرپول و حذف جيگ كنترلي مورد بررسي قرار گرفت. كه اين كار با انجام نمونه گيري و آناليزهاي غرق وشناورسازي انجام شد.
بررسي ورود بخشي از خوراك كارخانه به جداكننده دايناويرپول
يكي از مشكلات كارخانه زغالشويي زرند شستشوي بخش ابعادي 5/0 تا 2 ميليمتر بود كه به وسيله هيچ يك از تجهيزات موجود به طور كامل فرآوري نمي شد. در نتيجه خصوصيت سنجي دقيق اين دامنه ابعادي با نمونه گيري از خوراك، آماده سازي آن و به طور آزمايشي جدايش آن به وسيله جداكننده دايناويرپول در آخرين مرحله تحقيق صورت گرفت.