روش پر عیار سازی فلوتاسیون در معادن

– کلکتورهاCollectors

به منظور افزایش خاصیت آب گریزی ذرات کانی و افزایش شناوری از کلکتورها استفاده می شود. در واقع معرف هایی که روی سطح ذرات، تشکیل لایه می دهند کلکتور نامیده می شوند. کلکتورها مواد آلی هستند که اکثراً دارای ملکولی بزرگ بوده که شامل انواع مختلفی می شوند. و هر یک دارای خاصیت تشکیل لایه بر روی سطوح جدید معینی هستند. بدین ترتیب هر کلکتور روی کانه خاص با ترکیب شیمیایی و یا شبکه بلوری معینی، تشکیل لایه می دهد. و سطح را آماده برای جذب هوا می کند. و سایر ذراتی را که کلکتور روی آنها فیلمی تشکیل نداده است، فاقد خاصیت جذب هوا می باشند و در نتیجه شناور نخواهند شد. لذا باعث خواهند شد تا ذرات خاصی را از یک مجموعه ذرات دیگر شناور کرده و جدا کنند.

کلکتورها معمولاً از مواد آلی غیرمتقارن با یک گروه قطبی باردار و یک گروه غیرقطبی بدون بار تشکیل شده اند. که در آن، گروه غیرقطبی یک زنجیر هیدروکربنی مانند روغن است. رفته رفته کلکتور روغنی با تولید مواد شیمیایی آلی مانند گزنتات‌ها و دی تیوفسفات‌ها کنار گذاشته شد. البته هنوز هم روغن به شکل نفت یا گازوئیل، به عنوان کلکتور در صنایع زغال سنگ بکار می‌رود. مکانیزم آبران کردن کلکتور را می‌شود با بکارگیری صفحه ای شیشه‌ای تمیز و قرار دادن چند قطره آب روی سطح آن نشان داد.  و چون شیشه آب‌دوست می‌باشد، آب روی سطح آن پخش می‌شود.

ترکیب کلکتورها:

کلکتورهایی که در فلوتاسیون استفاده می شوند. از یک زنجیر هیدروکربن غیرقطبی(آلی) و یک گروه قطبی(غیرآلی) تشکیل یافته‌اند. گروه قطبی، بخشی از مولکول کلکتور بوده که به راحتی یونیزه می شود و قابلیت جذب بر روی سطح کانی را خواهد داشت. در حالی که زنجیره هیدروکربنی در اساس غیریونیزه است و باعث آب‌ گریز شدن سطح می‌گردد.  معمولاً گروه قطبی همچنین به گونه‌ای ساخته می‌شود که مخصوص جذب کانی‌های معینی باشد. در یک سطح مشترک هوا و آب، زنجیر هیدروکربن کلکتور به داخل فاز هوا با زاویه ۹۰ درجه نسبت به سطح مشترک می چسبد. در حالی که گروه قطبی آب‌دوست در فاز آب باقیمانده است.

انواع کلکتور ها

کلکتور ها انواع مختلفی دارند، معمولاً از آمین ها و امین های با زنجیره طولانی مانند استریل (۱۸ کربن) و آرچیدل-بنیل (۲۲-۲۰ کربن) بعنوان کلکتور استفاده می شود.

گزانتانها

نمک های اسیدی گرانتوژن (Xanthate) می باشند. و برای فلوتاسیون کانی های سولفیدی و اکسید های سرب و مس پس از فعال شدن مورد استفاده قرار می گیرند. گزانتانتها از معروف ترین و پر مصرف ترین کلکتور ها در فلوتاسیون هستند. البته به نسبت کلی ظاهراً مصرف کمی به ازای هر تن سنگ معدن دارند یعنی بین ۱۰ تا ۳۰۰ گرم در هر تن که بر روی سولفور های فلزی تشکیل فیلم داده و آن را شناور می کنند. و دارای فرمول عمومی  M=ORS2M=یک فلز قلیایی  هستند.

هیدروکربونهای آلی

از لحاظ خواص کلکتوریاین مواد برای شناورسازی فلزات قلیایی بکار می روند و شامل تیوفنل ها و مرکاپتان ها هستند.

مشتقات آلی فسفر

این مشتقات با نام تجاری ائروفلوت (Aeroflout) در صنعت شناخته می شوند. البته مشتقات فسفر دار بسیار فراوان بوده و در حدود ۲۵۰۰ماده مختلف را شامل می شوند. خاصیت خورندگی این کلکتور ها بسیار زیاد است. و می یایست در سلول های فولادی مخصوص مورد استفاده قرار گیرند. در غیر این صورت سلول های فلوتاسیون به سرعت خورده شده و از بین می روند.

معذوف ترین کلکتور این دسته اسید دی کروزیل دی تیو فسفوریک است. که برخلاف گزانتانتها که پیریت را کم و بیش شناور می کنند، بر روی پیریت هیچ تاثیری ندارند. و اغلب در مواقعی که سولفید های فلزی مانند مس و سرب را بخواهند از پیریت جدا کنند، بکار می روند.

تیوکاربانیلیدها

این کلکتور بر پیریت و اسفالریت اثری ندارد. و بشتر در مواقعی که گالن همراه با پیریت و اسفالریت است بکار می رود و گالن را شناور می کند. تیوکاربانیلید ها طلا و نقره را در سنگ های معدنی اکسیده شناور می کنند، ولی تاثیرشان کند است. درواقع این کلکتور ها روی سولفورهای فلزی بصورت انتخابی عمل می کنند. مثلاً از مخلوط سولفورهای سرب و روی، فقط روی سولفور سرب (گالن) واکنش می دهند. و یک یلایه روی آن تشکیل داده و شناورش می کنند. و عموماً با فرمول RSC(NH)22R22=یک هیدروکربن حلقوی دیده می شوند.

اسید های چرب و صابون ها

این کلکتور ها برای شناور کردن کانی های فلزات قلیایی، اکسید های فلزی و بعضی از ترکیبات سیلیکات ها، کربنات ها و فسفات ها بکار می روند. این مواد بصورت اسید چرب یا نمک قلیایی، در صنعت فلوتاسیون استفاده فراوانی دارند.

کلکتور های کاتیونیک

دارای فرمول عمومی به صورت RNH2 و RCONH2 می باشند. و برای شناورسازی کانی های غیر فلزی و املاح بکار می روند و به مقدار کمی در آب حل می شوند.

عوامل موثر بر شناور سازی ذرات:

– PH محیط

– شدت هم زدن

– زمان تماس کلکتور با ذرات

– ابعاد ذرات

– درجه حرارت محیط

– وجود ناخالصی ها و املاح موجود در آب

تاثیر املاح محلول در آب:

املاح محلول در آب در نقاطی که آب دریا با آب موجود در یک مسیر بسته، مورد استفاده قرار می گیرند، در فلوتاسیون تاثیر عمده ای دارند. املاح آهن، کلسیم و منیزیم بیش از سایر املاح در فلوتاسیون مشکل ایجاد می کنند. غلظت این املاح گاهی چندان زیاد است که باعث مصرف مقدار زیادی کربنات سدیم می شود. تاثیر این املاح اگر کاملاً خنثی نشوند مشکلات زیادی را در فلوتاسیون ایجاد می کند. لذا استفاده از آب های حاوی املاح آلی و همچنین سولفات فرو همیشه برای فلوتاسیون زیان آور است.

نحوه عملکرد کلکتورها 

اگر سطح کانی مناسب باشد و گروه قطبی به سطح جامد جذب گردد، دسته ای از یون‌های شناور کلکتور روی سطح کانی جذب خواهند شد. و فیلم ی نازک روغنی روی سطح کانی تشکیل می‌ گردد. بنابراین سطح را از طریق جذب سطحی و نه از طریق آغشته کردن فیزیکی، آب‌ گریز خواهند کرد. در این صورت اگر، یک سطح مشترک هوا، به شکل یک حباب ایجاد گردد، زنجیر هیدروکربن به داخل فاز هوا توسعه پیدا می کند و اگر استحکام پیوند بین گروه قطبی و سطح کانی به اندازه کافی قوی باشد، ذره توسط نیروی شناوری (نیروی ارشمیدس) بوسیله حباب هوا بالا  خواهد آمد. کلکتورها ممکن است غیریونی (روغن‌های هیدروکربن) یا یونی باشند. کلکتورهای یونیزه شامل، کاتیونی (آمین‌ها) و یا آنیونی (اسیدهای چرب با ترکیبات سولفیدریل مانند گزنتات‌ها یا دی تیوفسفات‌ها) هستند.

 کف ساز ها frothing agents

کف ساز ها در مواد شیمیایی و یا در واقع کف ساز ها در فلوتاسیون باعث پایدار شدن حباب هوا با کم کردن کشش سطحی آب می شوند. بعبارتی به منظور ایجاد پایداری کف در فلوتاسیون و جلوگیری از به هم پیوستن حباب های ریز و تشکیل حباب های درشت از کف ساز ها استفاده می شود.

در فرآیند فلوتاسیون حباب های ایجاد شده توسط هوای ورودی فقط می توانند به کانی هایی بچسبند. که تا اندازه ای آب گریز (Hydrophobic) باشند. برای آب گریز کردن ذرات باید از کلکتورها استفاده کنیم.

فاز کف، نقش مهمی در بازیابی کانی‌ها و عیار کنسانتره تولیدی در ماشین‌های فلوتاسیون دارد. بعبارتی کف ساز ها در مواد شیمیایی نقش بسزایی در استخراج کانی ها دارند.

ساختار کف سازها

کف سازها دارای یک سر قطبی و یک سر غیر قطبی می باشند. سر قطبی کف ساز با آب ترکیب شده و سر غیرقطبی به حباب هوا متصل می شود. در نتیجه دور حباب های هوا با مولکول های کفساز احاطه شده، کشش سطحی بین مولکول آب و هوا کاهش می یابد. و حباب ها پایدار می شوند.

عمل ایجاد کف در مایعات خالص کار دشواری است. حباب های متصاعد شده به محض رسیدن به سطح مایع، پاره می شوند. از این جهت وجود موادی که خاصیت فعال کننده ای برای سطح مرزی داشته باشند. مسئله مهمی در تولید کف در فلوتاسیون می باشد. و اینکه حباب هوا از طریق قشر نازکی توسط عامل مذکور، در نهایت بتواند در سطح مایع ظاهر شود. از اهمیت خاصی برخوردار است.

این قشر نازک که گروه قطبی آن به طرف مایع و گروه غیر قطبی آن به طرف گاز قرار می گیرد. از یک طرف از تمرکز آنی حباب ها جلوگیری بعمل می آورد. و از طرف دیگر جدار الاستیکی به خود گرفته و در مقابل عوامل خارجی مقاومت می کند. که در نتیجه حباب های کوچک ثبات آن ها بیشتر است، تولید می گردد.

به طور کلی می توان گفت که کف ساز ها ترکیبات قطبی و غیر قطبی هستند. که خاصیت آن ها در فصل مشترک فاز مایع و جامد زیاد بوده و باعث جذب کانی های آب گریز می شوند.

تاثیر غلظت کف سازها در فلوتاسیون

اندازه و شکل حباب تولید شده تحت تاثیر غلظت کف ساز هستند. بطوری که کاهش یا افزایش غلظت کف ساز، کف هایی یا ساختار متفاوت تولید می کند. افزایش کف ساز در کف های کم عمق، بیشتر سبب افزایش تحریک پذیری کف می شود. که نتیجه آن کاهش اندازه حباب ها در سطح کف، افزایش شدت جریان جامد، آب کنسانتره و بازیابی، در مقابل کاهش عیار و توزیع نسبتاً کم اندازه حباب ها می شود. این حالت می تواند به دلیل کم بار بودن حباب ها باشد. که سبب تحرک بیشتر آنها در سطح کف نیز می شود. افزایش کف ساز باعث نزدیک شدن شکل حباب ها به حالت کروی می شود. ( به عبارت دیگر ضریب گردی حباب ها به یک نزدیک می شود.(

تاثیر عمق کف در فلوتاسیون

تاثیر عمق کف یکی از فاکتور های مهم در تغییر ساختار کف است. بطوری که بصورت مستقیم روی زمان ماندن حباب و ذرات متصل به آن ها در فاز کف مربوط است. با افزایش عمق کف، توزیع اندازه حباب ها در سطح کف افزایش یافته (بدلیل ادغام شدگی حباب ها) و کف حالت کم تحرک به خود گرفته است. لذا عیار افزایش یافته و در حالتی که عمق کف کاهش یابد شرایط عکس همچون حالت قبل شده است.

با تغییر مواد شیمیایی بخصوص کف ساز، سرعت هوادهی ، عمق کف و درصد جامد خوراک می توان کف های گوناگونی تولید کرد. که به لحاظ ساختار ظاهری)اندازه و شکل حباب ها) باهم فرق دارند. با تغییر عمق کف می توان عیار کف را نیز تغییر داد. در عمق های زیاد از کف، اندازه حباب ها و میزان کشیدگی آن ها ( از حالت کرویت به حالت های چند ضلعی یا بیضی شکل) در ساختار ظاهری کف در مقایسه با عمق کمتر، بزرگتر و عیار نیز بیشتر است. زیرا ساختار کف، کم تحرک و چسبنده شده است.

افزایش مقدار کف ساز ها در فلوتاسیون و سرعت هوادهی در کف های کم عمق، بیشتر سبب افزایش تحریک پذیری کف می شود. که نتیجه آن، کاهش اندازه حباب ها در کف، افزایش شدت جریان جامد و آب کنسانتره است. و در نهایت باعث افزایش بازیابی و کاهش عیار کف می گردد. این حالت می تواند بدلیل کم بار بودن حباب ها باشد. که سبب تحریک بیشتر آنها در کف شده است. با افزایش کفساز، شکل حباب ها به حالت کروی نزدیک تر شده که گویای تاثیر بارز تر کف ساز نسبت به سرعت هوادهی روی ساختار کف است.

تاثیر هوادهی در فلوتاسیون

افزایش سرعت هوادهی سبب افزایش بازیابی و کاهش عیار کف می شود. که دلالت بر افزایش سرعت بالا رفتن حباب ها و کاهش زمان ماندن آنها در فاز کف است. در عمق های زیاد از کف اندازه حباب ها و میزان کشیدگی آن ها در ساختار کف در مقایسه با عمق کمتر، بزرگتر و عیار نیز بیشتر است.

انواع کف ساز ها

روغن کاج این کف ساز تا حدودی خاصیت کلکتوری دارد و جذب سطح کانی می شود.

روغن اوکالیپتوس

اسید کریزیلیک علاوه بر خاصیت کف سازی خاصیت کلکتوری بالایی دارد.

روغن هایی که از تقطیر ذغال چوب بدست می آیند.

متیل ایزو بوتیل کربونیل (MIBC) یک کف ساز مصنوعی است که خاصیت کلکتوری ندارد.