علم سرامیک

مقايسه تاثير كلكتورهاى آسام، اتراك و تركيب آسام با اتراك در فلوتاسيون ستونى آپاتيت معدن چادر ملو
پيش گفتار:
     در كارخانه فرآوري مجتمع صنعتى- معدنى چادرملو با سه خط توليد موازي و مشابه، دو نوع كنسانتره منيتيتى و هماتيتى توليد مى شود. توليد كنسانتره هماتيت از اين معدن، به روش فلوتاسيون معمولى و توسط سلولهاي مكانيكى نوع سالا انجام مى گيرد. در مورد جدايش هماتيت از ناخالصيهاي همراه با استفاده از اين مكانيزم، توسط محققين مختلف، سه روش پيشنهاد شده است:
   1- فلوتاسيون معكوس آپاتيت درpH هاي 6 تا 7 به كمك انواع آمينها [11].
   2- فلوتاسيون معكوس آپاتيت در pH هاي11 تا 12 به طريق غير مستقيم توسط كلكتور هاي آنيونى (اسيد كربوكسيليك) پس از فعال كردن سطح آن توسط كاتيونهاي دو ظرفيتى مانندCa+2 [1].
   3- فلوتاسيون معكوس آپاتيت در pH هاي قليايي توسط كلكتور هاي آنيونى( اسيد كربوكسيليك )و بازداشت همزمان كانيهاي آهن به وسيله نشاسته، كبراكو، دكسترين، سيليكات سديم وغيره.
   در معادن مختلف در جهان، از روشها و مواد شيميايي متنوعى براي فراوري هماتيت استفاده مى شود. بخش اعظم كانسار در معدن گريس،كانه هماتيت است كه شامل باطله سيليكاته مى باشد. روشى كه براي فلوتاسيون كانه بكارمى رود، روش فلوتاسيون معكوس است. در محيط قليايي درحالى كه كانه هماتيت بازداشت مى شود، كوارتز توسط كلكتور استات ثسيل اتر آمين فلوته مى شود. بازداشت كننده هايي كه مورد استفاده قرار گرفته است، نشاسته و ديگر پلى ساكاريدها هستند كه هم به عنوان بازداشت كننده و هم به عنوان فلوكولالت كاربرد دارند[2]. در معدن سانتا كه كانه آن داراي آناليزي شامل هماتيت 90 درصد، گوتيت 2 درصد، مگنتيت 1 درصد، كوارتز 4 درصد و ساير تركيبات 3 درصد مى باشد، نشاسته ذرت با محتوي 5/28 درصد آميلوز، به عنوان بازداشت كننده آهن و الكيل آمين با خلوص 99 درصد به عنوان كلكتور به كار مى رود.pH واكنش در حدود 10 مى باشد[3]. در معدن ساماركو در برزيل، بخش اعظم كانسار هماتيت است كه شامل 45-55 درصد آهن مي باشد توصيف فرايند فلوتاسيون، شامل بازداشت كانه هاي آهن توسط نشاسته و در نهايت فلوتاسيون گانگ است كه با نمكهاي اتر آمين اوليه، به عنوان كلكتور، انجام مى شود. فلوتاسيون در محدوده pH بازي انجام مى شو د[4].
   با توجه به اينكه در معدن آهن چادرملو، كانى آپاتيت به عنوان باطله همراه كانسنگ آهن مى باشد، لذا عملا براي حذف فسفر از آهن، از روش سوم استفاده مى شود.
   به دليل گسترش روز افزون سلولهاي فلوتاسيون ستونى و افزايش كاربرد آنها در كارخانجات فرآوري و نيز مزاياي اين سلولها در مقايسه با سلولهاي مكانيكى، كاربرد انواع مختلف ستون در جهان، در فرآوري كانه ها ي آهن متنوع بوده است به طوريكه امروزه كمترين كارخانه جديد التاسيسى در جهان يافت مى شود كه در مدار فلوتاسيون خود از فلوتاسيون ستونى بهره نبرده باشد. به عنوان نمونه،كارخانه ساماركو در برزيل يك توليد كننده مناسب براي توليد محصولات كانه آهن است كه در اين كارخانه با اضافه شدن يك خط فلوتاسيون ستونى به موازات خط فلوتاسيون معمولى، بازيابي آهن در كنسانتره با 4 درصد افزايش روبرو شد[4].
   در ستونهاي فلوتاسيون آزمايشگاهى با ارتفاع و قطرهاي متفاوت، به منظور انجام مطالعات آزمايشگاهى در خصوص كانسنگهاي مختلف در راستاي رسيدن به عيار و بازيابى مطلوب و يا بررسى بهبود فرايندهاي فلوتاسيون، امكان اعمال تغييردر چهار پارامتر( پارامترهاي عملياتى )، نرخ آب شستشو، نرخ گاز ورودي به اسپارجر، نرخ خوراك ورودي با شرايط آماده سازي متغير و نرخ ته ريز به منظور دستيابى به محصول موردنظر در شرايط عملياتى آسان تر، وجود دارد.
 
 مقايسه تاثير سه نوع كلكتورهاى آسام، اتراك و تركيب آسام با اتراك در فلوتاسيون ستونى آپاتيت معدن چادر ملو
 
 
  متن اصلي:
     نتايج آناليزي كه جهت شناسايي كانى هاي تشكيل دهنده نمونه تهيه شده از معدن چادرملو صورت پذيرفته است، نشان مى دهد، نمونه مورد آزمايش از كانى ها ي هماتيت، مگنتيت، گوتيت و آپاتيت تشكيل يافته است. به منظور مقايسه عيار و بازيابي عناصر مورد نظر در آزمايشهاي فلوتاسيون و نيز شناسايي دقيق نمونه، آناليز جذب اتمي صورت پذيرفته است. در آناليز جذب اتمى ميزان دو عنصر آهن و فسفر اندازه گيري شده است. نتايج آناليز جذب اتمى نمونه مورد نظر براي دو عنصر آهن و فسفر در جدول 1 آورده شده است.


جدول 1- نتايج آناليز جذب اتمي نمونه مورد نظر

ستون آزمايشگاهى كه در اين تحقيق مورد بررسى قرار گرفته است، داراي ارتفاع 1535 ميليمتر است كه 465 ميليمتراز آن، زون شستشو و 1070 ميليمترآن، زون بازيابى است. قطر ستون نيز 74ميليمتر است. شكل 1 شمايي از ستون آزمايشگاهى را نشان مى دهد.


شكل 1- شمايي از ستون آزمايشگاهي

آزمايشها درشرايطى كه پارامترهاي عملياتى ستون بهينه شده است، انجام گرفت. در جدول 2 بهينه پارامترهاي عملياتى ستون كه در آن آزمايشها انجام شده، آور ده شده است[ 5].

                          

جدول 2- بهينه پارامترهاي عملياتى ستون [ 5]

در ضمن، اين مقادير بهينه در شرايط ثابت زير حاصل شده است:
درصد جامد خوراك : 25 درصد
pH: 5/10-10 (براي تنظيمpH،كربنات سديم با سود به نسبت 10 به 1 افزوده مى شود)
ميزان بازداشت كننده: 800 گرم بر تن سيليكات سديم
زمان آماده سازي خوراك : 15 دقيقه ( 8 دقيقه بازداشت كننده و7 دقيقه كلكتور )[5]
تاكنون آزمايشهاي زيادي چه در مقياس آزمايشگاهى و چه در مقياس صنعتى، براي بهينه سازي نوع كلكتور به روش فلوتاسيون معمولى در كارخانه فرآوري چادرملو انجام گرفته است. تجارب علمى و عملى نشان مى دهدكه بهترين نتايج با كلكتورهاي (Atrac) Berol , Asmeو تركيب آنها بدست آمده است. در ضمن در اين آزمايشها نسبت تركيب آسام و برول يك به يك انتخاب شده است.
كلكتور الكنيل ساكسينيك اسيد مونو استر معروف به آسام، يك كلكتور اسيد چرب اصلاح شده است كه در مدار فلوتاسيون كارخانه توليد كنسانتره آهن چادرملو استفاده مى شود. كلكتور آتراك معروف به برول، جزء كلكتورهاي آمفوتر بوده و از نظر خواص شيميايى تشابه زيادي به كلكتورهاي اسيدهاي چرب دارد. اين كلكتور علاوه بر خاصيت كلكتوري، خاصيت كف سازي نيز دارد[6]. در فلوتاسيون معكوس هماتيت، بيشتر از كلكتورهاي آنيونى بويژه از اسيدهاي كربوكسيليك( اسيدهاي چرب ) استفاده مى شود. اين كلكتورها داراي طول زنجير كربن 9 تا 18 بوده و با كاهش طول زنجير كربن، قدرت انتخابى كلكتور افزايش مى يابد. در اسيدهاي چرب، يون كربوكسيلات ضمن واكنش با كانى هاي مختلف در شرايط مناسب بصورت الكترواستاتيكى بر روي كانى هاي ناخواسته جذب مى گردد. بديهى است كه به منظور انتخابى بودن فرآيند جذب مى توان از مواد فعال كننده و بازداشت كنند، مناسب جهت تعديل شرايط و افزايش تفاوت ترشوندگى سطوح كانى ها استفاده نمود. كلكتور الكنيل ساكسينيك اسيد مونو استر معروف به آسام، نيز يك كلكتور اسيد چرب اصلاح شده است كه به همراه كلكتور آتراك در مدار فلوتاسيون كارخانه توليد كنسانتر، آهن چادرملو استفاده مى شود. استفاده از اين كلكتور مانع از پايداري بيش از حد كف و مشكلات مربوطه در حالتى مى شودكه تنها از برول بعنوان كلكتور آپاتيت استفاده مى شود. [6].
در طراحى بعمل آمده جهت انجام آزمايشهاي فلوتاسيون ستونى، براي تعيين بهينه سه نوع كلكتور موجود در پنح سطح متفاوت، بررسي صورت گرفت تا با مقايسه تاثير كلكتورها، نوع و مقدار بهينه كلكتور- كف ساز شناخته شود. جداول 3و 4 و5 مقادير سطوح انتخاب شده براي كلكتور- كف سازها را نشان مى دهند. در ضمن همراه آسام به مقدار كم از كف ساز نيز استفاده شد.


جدول 3- مقادير سطوح انتخاب شده براي آسام + برول



جدول 4- مقادير سطوح انتخاب شده براي آسام



جدول 5- مقادير سطوح انتخاب شده براي برول

بعد از تهيه پالپ، آنرا در داخل ظرف آماده سازي ريخته و به مقدار كافى مخلوط كربنات سديم و سود براي تنظيم pH در 5/10- 10 اضافه شد. سپس براي بازداشت كانى هاي آهن، سيليكات سديم را افزوده و 8 دقيقه بعد از آن( زمان آماده سازي بازداشت كننده )، براي فلوته كردن كانه آپاتيت، كلكتور افزوده شد. در پايان زمان آماده سازي كلكتور (7 دقيقه )و پس از تنظيم دبى آب شستشو و هوا و خوراك، بر مبناي مقادير بهينه پارامتر هاي عملياتى ستون، خوراك آماده سازي شده، بوسيله پمپ وارد ستون شد و به سيستم اجازه داده شد تا به شرايط پايدار برسد. 15 دقيقه پس از ايجاد شرايط پايدار، از سر ريز و ته ريز ستون نمونه گيري صورت گرفت. بعد از آناليز شيميايي نمونه هاي سر ريز و ته ريز، براي محاسبه بازيابي آهن و فسفر و راندمان جدايش فسفر از فرمولهاي زير استفاده گرديد.


(1)و(2)

در فرمولهاي فوق، R بازيابي، f عيار خوراك، c عيار كنسانتره، t عيار باطله، m حداكثر عيار فسفر در كانى آپاتيت است كه برابر 22/15 مى باشد. جداول 6 تا 8 نتايج آزمايشهاي مربوط را نشان مى دهد.
در ضمن عيار آهن و فسفر در خوراك براي آزمايشهاي مربوط به كلكتور برول و آسام + برول به ترتيب 37/62 و 496/0 و براي كلكتور آسام 77/58 و 469/0 درصد مى باشد.


جدول 6- نتايج آزمايش هاي مربوط به آسام



جدول 7- نتايج آزمايش هاي مربوط به برول

اشكال 2 و 3 و 4به ترتيب تاثير مقدار آسام را بر بازيابي آهن در ته ريز و بازيابي فسفر در سر ريز و راندمان جدايش نشان مى دهند.


جدول 8- نتايج آزمايش هاي مربوط به آسام + برول



شكل 10- تاثير مقدار اتراك + آسام بر راندمان جدايش



شكل 3- تاثير مقدار آسام بر بازيابي فسفر در سر ريز



شكل 4- تاثير مقدار آسام بر راندمان جدايش

با توجه به نمودارهاي فوق بهترين مقدار آسام 100 گرم بر تن مى باشد. زيرا در عين اينكه راندمان جدايش و بازيابى فسفر در سرريز در اين مقدار ماكزيمم است، بازيابى آهن در ته ريز نيز قابل قبول مى باشد. اشكال 5 و 6 و 7 به ترتيب تاثير مقدار اتراك( برول )را بر بازيابي آهن در ته ريز و بازيابي فسفر در سر ريز و راندمان جدايش نشان مى دهند.


شكل 5- تاثير مقدار اتراك بر بازيابي آهن در ته ريز:



شكل 6- تاثير مقدار اتراك بر بازيابي فسفر در سر ريز



شكل 7- تاثير مقدار اتراك بر راندمان جدايش

به همين ترتيب با توجه به نمودارهاي فوق بهترين مقدار اتراك 150 گرم بر تن مى باشد.
باتوجه به اشكال 8 و 9 و 10 كه به ترتيب تاثير مقدار اتراك + آسام را بر بازيابى آهن در ته ريز و بازيابي فسفر در سر ريز و راندمان جدايش نشان مى دهند، بهترين مقدار اتراك+ آسام150 گرم بر تن مى باشد. زيرا در مقادير 250 و 300 گرم بر تن بازيابى آهن در ته ريز بسيار پايين مى باشد و بازيابى فسفر در سرريز نيز در مقادير 100 و 200 گرم بر تن كلكتور مزبور، نسبت به مقدار 150 گرم بر تن كلكتور پايينتر مى باشد.


شكل 8- تاثير مقدار اتراك + آسام بر بازيابي آهن در ته ريز



شكل 9- تاثير مقدار اتراك + آسام بر بازيابي فسفر در سر ريز


 
 
 
خلاصه مطالب:
     كارخانه فرآوري چادرملو شامل سه خط توليد موازي و مشابه است. در هر خط توليد، كانه هماتيت توسط يك مدار فلوتاسيون شامل مراحل اوليه، شستشو و رمق گير فرآوري مى شود. با توجه به مزاياي سلولهاي فلوتاسيون ستونى نسبت به سلولهاي مكانيكى و رويكرد جهانى صنايع فرآوري مواد معدنى به سوي جايگزين كردن سلولهاي مكانيكى با سلولهاي ستونى، ستونى آزمايشگاهى به ارتفاع1535 ميلى متر و قطر 74 ميلى متر در مدار خط فلوتاسيون هماتيت كارخانه فرآوري آهن چادرملو جهت بهينه سازي نوع كلكتور مورد مطالعه قرار گرفت. در اين مقاله، آزمايشهاي فلوتاسيون ستونى با استفاده ازكلكتورهاي آسام، اتراك و تركيب آسام + اتراك انجام گرفت. از بين آنها تركيب كلكتور آسام + اتراك بهترين تاثير را در كاهش فسفر از خود نشان داد كه در 5/10-10=pH، عيار فسفر در محصول آهن199/0 درصد، بازيابي فسفردر باطله 23/64 درصد و راندهان جدايش 19/55 درصد بدست آمد.
   واژه هاى كليدى: هماتيت، اپاتيت، فلوتاسيون ستونى، معدن چادرملو
 
 
نتيجه گيري:
     بهترين مقدار آسام 100 گرم بر تن، اتراك 150 گرم بر تن، آسام+ اتراك 150 گرم بر تن و كوپليمر نيز 200 گرم بر تن ميباشد. براي تعيين نوع بهينه كلكتور- كف ساز، در شكل 11 مقايسه اي بين چهار نوع كلكتور در مقاديري كه بهترين نتايج را نتيجه داده اند، انجام مى شود. در شكل براي سادگى، از شماره هاي 1 و 2 و 3و 4 به ترتيب براي كلكتورهاي آسام، اتراك، اتراك+ آسام و كوپليمر استفاده شده است. با توجه به شكل، بازيابى فسفر در سرريز وراندمان جدايش فسفر براي كلكتور نوع 3 بيشتر از انواع ديگر كلكتور است و بازيابى آهن در ته ريز نيز براي كلكتور نوع 3 هرچند كمتر از كلكتورهاي نوع 2 و 4 مى باشد، ولى تفاوت مقادير آنها خيلى كم است. در نتيجه، نوع مناسب كلكتور كف ساز، آسام اتراك مى باشد. مقدار بهينه كلكتور آسام + اتراك، طبق آزمايشهاي انجام شده، 150 گرم بر تن انتخاب شد. دراين مقدار آسام+ اتراك، بازيابي آهن در ته ريز 99/90 درصد و بازيابى فسفر در سر ريز 23/64 درصد و راندمان جدايش فسفر نيز19/55 درصد بدست آمد.