چگونگی انجام تست فلوتاسیون
فلوتاسیون فرایندی است که ذرات را بر اساس خواص سطحی آبرانی (Hydrophobicity) و آبدوستی (Hydrophilicity) از یکدیگر جدا میکند. به این گونه که با استفاده از هوادهی در سیستم متشکل از ذرات جامد و آب (سیال)، ذرات جامدی که سطح آبران دارند به حباب های هوا چسبیده و به بالا منتقل می شوند. ذرات آبدوست نیز به دلیل چگالی بیشتر نسبت به سیال(آب) ته نشین می گردند. فلوتاسیون کاربرد های زیادی در صنایع مختلف دارد از جمله جداسازی رنگ از کاغذهای باطله، تصفیه آب، جداسازی جامد از مایع و جداسازی کانی های معدنی. واژه فلوتاسیون کف (Froth flotation) که در واقع برای صنایع معدنی به کار می رود ابتدا توسط بردفورد (Hezekiah,Bradford) از فیلادلفیا در سال ۱۸۸۶ میلادی اختراع شد (US Patent). فلوتاسیون کانی ها را می توان یک ورژن بهبود یافته از میزهای چرب دانست، زیرا میزهای چرب که پیش از فلوتاسیون برای جدایش مواد معدنی استفاده می شدند نیز از مکانیزم تفاوت در خواص سطحی بهره می بردند. از لحاظ گستره کاربرد، فلوتاسیون انتخابی ترین و کارامد ترین روش جداسازی کانی ها به شمار می رود. پیشنهاد می شود مقاله اصول فلوتاسیون را مطالعه فرمایید. در این مقاله شما را با چگونگی انجام یک تست فلوتاسیون به صورت اصولی آشنا خواهیم کرد.
سلول فلوتاسیون آزمایشگاهی
همانطور که در شکل زیر قابل مشاهده است، سلول فلوتاسیون سیستمی شامل روتور استاتور برای همزنی و هوادهی، پارو، ذرات جامد و سیال (آب) می باشد.
سلول فلوتاسیون آزمایشگاهی، یک سلول کوچک مقیاس می باشد. عمدتا سلول فلوتاسیون آزمایشگاهی برای انجام امکان سنجی و بهینه سازی استفاده می شود. به گونه ای که پیش از طراحی کارخانه فراوری مواد معدنی، برای رسم فلوشیت و تعیین روش جدا سازی ابتدا نمونه هایی از معدن (محدوده اکتشافی) اخذ شده و سپس با انجام تست های آزمایشگاه و محاسبه عیار و بازیابی، امکان شناور شدن کانی مورد نظر بررسی می گردد. در این مرحله می توان با بررسی مصرف مواد شیمیایی، مصرف آب و … در کنار آنالیز فنی، آنالیز اقتصادی نیز صورت بگیرد. همچنین برای بهینه سازی مدار فلوتاسیون و افزایش عیار، بازیابی و یا امتحان کردن ماده شیمیایی جدید نیز از سلول آزمایشگاهی فلوتاسیون استفاده می شود. در نتیجه یادگیری تست فلوتاسیون آزمایشگاهی برای مهندسین متالورژی استخراجی و مهندسین فراوری مواد معدنی از اهمیت بالایی برخوردار خواهد بود.
سلول فلوتاسیون آزمایشگاهی عموما از نوع مکانیکی بسته (Batch) می باشد، اما سلول های آزمایشگاهی ستونی و پیوسته نیز وجود دارند. سلول های فلوتاسیون ستونی برای انجام تست های آزمایشگاهی با ابعاد ذرات ریز و نرمه استفاده می گردد. سلول های آزمایشگاهی پیوسته نیز برای شبیه سازی سلول های یک کارخانه شامل رافر کلینر و اسکونجر مورد استفاده قرار میگیرد. عکس زیر بخش های مختلف سلول فلوتاسیون آزمایشگاهی از نوع مکانیکی ناپیوسته را نشان می دهد.
۱- سلول در واقع ظرف محتوی آب و ذرات (کانسنگ) می باشد که در احجام مختلف وجود دارند. برخی از سلول ها برای فهم بهتر مکانیزم های برخورد حباب و ذره و … شفاف می باشند.
۲- تاکومتر یا دورسنج سرعت چرخش ایمپلر داخل استاتور را نشان می دهد، سرعت چرخش میزان همزنی و همچنین میزان هوادهی را برای سلول های خودهواده تعیین میکند. تاکومتر میتواند به صورت مکانیکی و یا دیجیتالی باشد. واحد آن معمولا دور بر دقیقه (RPM) می باشد.
۳- شیر هوا برای تنظیم دبی هوای ورودی به سلول فلوتاسیون می باشد. هوادهی می تواند به صورت هوادهی با پمپ هوا (کمپرسور) و یا خودهواده می باشد. معمولا سلول های آزمایشگاهی از نوع خودهواده (خودمکش) می باشند.
۴- دستگیره برای بالا بردن شفت همزنی و قرارگیری سلول(ظرف) زیر شفت می باشد. در نمونه هایی، دستگیره به صورت مکانیکی-برقی می باشد.
۵- نوع و اندازه استاتور، همزنی(تلاطم) و هوادهی را کنترل می کند. اندازه روتور و استاتور متناسب با ابعاد سلول خواهد بود.
آماده سازی نمونه برای انجام تست فلوتاسیون
برای انجام یک تست فلوتاسیون مطلوب، نمونه آماده شده باید معرف محل نمونه برداری باشد. نمونه اخذ شده معمولا چندین کیلوگرم جرم دارد. نمونه اولیه باید ابتدا توسط سنگ شکن فکی آزمایشگاهی و سنگ شکن غلطکی (والس) به ابعاد زیر ۵ میلیمتر خردایش شود. جرم مورد نیاز برای یک تست فلوتاسیون به طور معمول از ۲۰۰ گرم تا ۳ کیلوگرم میباشد. برای کاهش وزن (جرم) نمونه اولیه میتوان از روش یک چهارم سازی، ریفر کردن و … استفاده کرد. برای یادگیری بهتر روش های اصولی نمونه برداری، پیشنهاد می شود مقاله نمونه برداری در معادن را مطالعه کنید.
بعد از خردایش و کاهش وزن نمونه، برای رسیدن به دانه بندی مناسب، نمونه باید آسیا شود. این عمل توسط آسیای گلوله ای آزمایشگاهی (Ball mill) و یا آسیای میله ای آزمایشگاهی (Rod mill) انجام می گیرد.
D80 خوراک (نمونه ورودی به) سلول فلوتاسیون به طور معمول بین ۶۰ تا ۲۰۰ میکرون می باشد که این میزان بستگی به قفل شدگی و درجه آزادی کانی با ارزش دارد. پیشنهاد می شود مقاله همه چیز در رابطه با رسم منحنی توزیع دانه بندی و مقاله قفل شدگی و درجه آزادی را مطالعه فرمایید. آسیا کنی می تواند به صورت خشک و یا تر انجام بگیرد که معمولا به منظور توزیع بهتر ابعاد از روش تر استفاده می گردد. اگر آسیا کنی به صورت تر انجام بگیرد، باید درصد جامد داخل آسیا را طوری در نظر بگیرید که بعد از تخلیه پالپ (مخلوط ذرات و آب) و شست و شو از آسیا، درصد جامد مد نظر در سلول فلوتاسیون بدست بیاید. برای انجام این عمل باید مجموع مقدار آبی که برای شست شو در نظر میگیرید (میزان آب داخل پیست) و مقدار آبی که در آسیا استفاده شده است، در رابطه زیر صدق کند:
توصیه می شود بعد از آسیا کنی به روش تر، نمونه را آبگیری و خشک نکنید، زیرا این اقدام ممکن است خواص سطحی کانی ها را به دلایل مختلفی چون اکسید شدن، هیدارته و دی هیدراته شدن و … تغییر دهد. بهتر است نمونه بعد از آسیا کنی تر مستقیما وارد سلول فلوتاسیون آزمایشگاهی شود.
برای تعیین وزن نمونه مورد نیاز برای انجام تست فلوتاسیون، ابتدا با توجه به حجم سلول، باید درصد جامد را تعیین کنید. درصد جامد معمول تست های آزمایشگاهی ۳۰ درصد می باشد. با این حال درصد جامد در سلول فلوتاسیون می تواند بین ۸ تا ۴۰ درصد نیز انتخاب شود. اگر نمونه خشک باشد (آسیا کنی خشک) با توجه به رابطه درصد جامد میزان آب مورد نیاز به سلول اضافه می گردد. توصیه می شود سلول آزمایشگاهی بعد از قرار گیری و ورود شفت به داخل آن نباید خیلی پر باشد (بسته به حجم کف حدود ۲ الی ۳ سانتی متر تا لبه تخلیه فاصله داشته باشد). برای معرف بودن تست ها و تشابه بیشتر با شرایط کارخانه، بهتر است در تست ها از آب ورودی به کارخانه استفاده شود.
محلول سازی مواد شیمیایی
این مرحله پیش از تخلیه مواد به داخل سلول انجام می گیرد. از آنجایی که مصرف مواد شیمیایی در فلوتاسیون بر اساس گرم بر تن گزارش می شود و وزن نمونه برای انجام تست فلوتاسیون به طور میانگین یک کیلوگرم است، میزان ماده شیمیایی مورد نیاز برای انجام تست بسیار کم خواهد بود. برای مثال اگر وزن نمونه ۸۰۰ گرم و میزان مصرف ماده شیمیایی ۲۰ گرم بر تن باشد، طبق رابطه زیر مقدار ماده مورد نیاز برای انجام تست ۰۱۶/۰ گرم می باشد. توزین این مقدار با ترازو مشکل می باشد. علاوه بر این برای افزایش احتمال برخورد و کاهش زمان ماند، معمولا مواد شیمیایی مصرفی (خالص)، ابتدا در آب حل شده و سپس به صورت محلول استفاده می شوند. پیشنهاد می شود برای فهم بهتر این مطلب مقاله محاسبات مواد شیمیایی در فلوتاسیون را مطالعه فرمایید.
در فلوتاسیون، مواد شیمیایی مختلفی با عنوان فعال ساز (Activators)، کلکتور (Collector)، کفساز (Frother)، بازداشت کننده (Depressant Agent)، تنظیم pH (Regulators) و متفرق کننده (Dispersant Agent) استفاده می شود. اکثر مواد شمیایی (نه همه) در فلوتاسیون، زیر مجموعه مواد فعال سطحی قرار می گیرند (Surface Active Agents: Surfactants). برای فلوتاسیون هر نوع کانسنگ مواد شیمیایی مختص خود را با توجه به طبیعت سطح و کانی هدف استفاده می کنند. ابتدا جرم مشخصی از هر یک از مواد شیمیایی (به جز کفساز)، مورد نیاز برای انجام تست فلوتاسیون خود را توسط ترازو جدا کرده و در یک بالن(یا ظرف دیگر) حل کرده و به حجم برسانید.(پیشنهاد می شود مقاله آشنایی با لوازم آزمایشگاه در فراوری مواد معدنی را مطالعه فرمایید). انتخاب این مقدار بستگی به میزان مصرف ماده شیمیایی، وزن خوراک تست فلوتاسیون و تعداد تست ها دارد. توصیه می شود این موارد را در نظر بگیرید: ۱- غلظتی از ماده را انتخاب کنید که میزان حجم محلول ماده شیمیایی، مقدار اعشاری نشود، ۲- اگر نیاز است تست های زیادی انجام دهید مقدار بیشتری محلول سازی کنید ۳- اگر مصرف گرم بر تن ماده شیمیایی زیاد است محلول غلیظ تهیه کنید و بالعکس.
نحوه محاسبه مصرف ماده شیمایی به صورت حجم محلول به صورت زیر می باشد:
در صورتی که نیازمند مطالعات فراوری و انجام تست های آزمایشگاهی هستید، ما می توانیم در زمینه های زیر به صورت تخصصی به شما کمک کنیم:
۱- فلوتاسیون
۲- تست های هیدرومتالورژی (لیچینگ، SX، الکترووینینگ و …)
۳- تست های مغناطیسی (درام و اسلون)
۴- تست تقلی (اسپیرال)
۵- تست های پیرومتالورژی (شامل کوره ولز، احیا و …)
۶- طراحی و ساخت اکسل داینامیک مختص فرایند کارخانه جهت موازنه جرم ، مواد شیمیایی، گزارش روزانه، ماهانه و …
انجام تست فلوتاسیون:
۱- پس از تخلیه مواد جامد و آب در سلول، سلول را در محل خود قرار داده و شفت را با استفاده از دستگیره پایین آورید. دقت داشته باشید که فاصله ایمپلر(استاتور) از کف سلول با تلاطم رابطه مستقیم دارد. بهتر است این فاصله در حداقل میزان خود قرار داشته باشد.
۲- الکترومتور را روشن کرده و با استفاده از اینورتر درایو (ولوم) سرعت آن را تنظیم کنید. بسته به ابعاد سلول و استاتور از ۸۰۰ تا ۱۸۰۰ دور بر دقیقه می باشد. دقت کنید شیر هوا در این مرحله بسته باشد.
۳- بعضی از مواد شیمیایی پیش از اضافه شدن به سلول فلوتاسیون نیازمند تنظیم pH اسلاری (مخلوط آب و جامد) می باشند. برای این کار معمولا برای افزایش pH یعنی بازی شدن از آهک و کربنات کلسیم و برای کاهش آن از اسید سولفوریک استفاده می کنند.
۴- با توجه به محاسباتی که از قبل انجام داده اید، مواد شیمیایی را مرحله به مرحله و با رعایت زمان ماند مناسب برای هر کدام (معمولا بین ۳ تا ۱۲ دقیقه) به سلول اضافه کنید. در این مرحله ممکن است بعضی از مواد شیمیایی برای آماده سازی نیاز به هوادهی داشته باشند.
۵- یک ظرف جلوی سلول قرار داده و در مرحله آخر ۵ الی ۱۰ ثانیه پیش از شروع کف گیری، ۱ الی ۳ قطره کفساز به سلول اضافه کرده و سپس شیر هوا را باز کنید. با استفاده از یک پاروی پلاستیکی کف را داخل ظرف هدایت کنید. سعی کنید کف گیری با یک آهنگ یکنواخت انجام گیرد. همچنین مدت زمان کف گیری را با کرنومتر در نظر داشته باشید. در طول مدت زمان کف گیری سطح اسلاری کاهش می یابد، که باید با پیست همزمان با کف گیری به سلول آب اضافه کنید تا سطح اسلاری خیلی دچار کاهش نشود.
۶- کف جمع آوری شده را با استفاده از قیف بوخنر و یا فیلتر فشاری آبگیری کرده و سپس برای خشک کرده داخل آون قرار دهید.
۷- شفت را بالا برده و استاتور را با پیست شست و شو دهید، اسلاری باقیمانده در سلول را نیز مانند بخش قبل آبگیری و خشک کنید. اگر زمان و وسائل کافی برای آبگیری و خشک کردن اسلاری ندارید میتوانید شیر هوا را بسته و همزن را روشن کنید، سپس با استفاده از یک بشر کوچک، یک نمونه از پالپ گرفته و آن را خشک کنید.
۸- کنسانتره و باطله پس از خشک شدن توزین و عیارسنجی خواهند شد. برای انجام محاسبات متالورژیکی باید پیش از انجام تست، خوراک عیارسنجی شده باشد. برای صرفه جویی هزینه ها و زمان می توانید فقط کنسانتره را توزین و عیارسنجی کرده، با استفاده از موازنه جرم، عیار باطله نیز محسابه می گردد.
۹- در نهایت گزارش تست فلوتاسیون تهیه و تدوین می شود. در این گزارش به طور خلاصه چگونگی انجام تست، عیار و وزن خوراک، عیار و بازیابی کنسانتره و عیار باطله ذکر خواهد شد. محاسبات به صورت زیر انجام می گیرند:
مثال:
برای فلوتاسیون کانسنگ سرب اکسیدی عمدتا از نوع سروزیت، ابتدا برای سولفیداسیون سطح کانی، از سولفور سدیم (Na۲S) استفاده می شود (فعال کننده) ، سپس از آمیل زنتات (Potassium Amyl Xanthate) به عنوان کلکتور و سیلیکات سدیم (Na۲SiO۳) به عنوان متفرق کننده استفاده می گردد.
فرض کنید قرار است ۸۰۰ گرم نمونه را توسط آسیا کنی تر با درصد جامد ۵۰ درصد آسیا کنید. با توجه به محاسبات ذکر شده، ۸۰۰ گرم آب باید به آسیا اضافه کنید. سپس برای تنظیم درصد جامد ۳۰ درصد درون سلول، مجاز هستید با تقریبا یک کیلوگرم آب، آسیا را شست و شو و مواد را به داخل سلول تخلیه کنید.همچنین اگر ۸۰۰ گرم نمونه آسیا شده خشک در اختیار داشته باشید، پس از تخلیه ۸۰۰ گرم نمونه، تقریبا ۸/۱ کیلوگرم آب به سلول اضافه کنید.
اگر ترتیب و میزان مصرف مواد شیمایی به صورت زیر باشد:
با توجه به محاسبات:
برای سولفور سدیم، وزن خالص مورد نیاز ۲/۳ گرم بدست می آید. که این مقدار را می توانید پس از توزین (وزن سنجی با ترازو) با مقداری آب (حجم آن اهمیتی ندارد)، حل کرده و به داخل سلول اضافه کنید. اگر تست های بیشتری قرار است انجام دهید میتوانید محلول سازی کنید. برای این کار می توانید ۲۵ گرم (یا هر مقدار دیگری) در ۵۰ میلی لیتر (یا حجم دلخواه شما) حل کنید. طبق محاسبات ۴۰۰۰ گرم بر تن برای این غلظت معادل ۴/۶ میلی لیتر می باشد. این میزان را با استوانه مدرج جدا کرده و در زمان مورد نیاز به سلول اضافه میکنید.
برای آمیل، وزن خالص مورد نیاز، ۶۴/۰ گرم می باشد. که این مقدار را می توانید پس از توزین (وزن سنجی با ترازو) با مقداری آب (حجم آن اهمیتی ندارد)، حل کرده و در زمان مورد نیاز به داخل سلول اضافه کنید. اگر ۸ گرم آمیل را در ۵۰ میلی لیتر آب حل کرده باشید، ۸۰۰ گرم بر تن، معادل ۴ میلی لیتر محلول خواهد بود.
برای سیلیکات سدیم، وزن خالص مورد نیاز، ۰۱۶/۰ گرم می باشد، که توزین این مقدار با ترازو مشکل می باشد. اگر ۱ گرم سیلیکات سدیم در ۵۰ میلی لیتر حل کنید. ۲۰ گرم بر تن معادل ۸/۰ میلی تر می باشد.
ابتدا همزن سلول فلوتاسیون را روشن کرده و شیر هوا را نیز باز می کنید (معمولا سولفور سدیم برای سولفیداسیون بهتر به هوا نیاز دارد)، مقدار مشخص شده محلول را به سلول اضافه می کنید. پس از ۱۲ دقیقه شیر هوا را بسته و آمیل و سیلیکات سدیم را اضافه می کنید. ۵ ثانیه پایانی ۳ دقیقه، دو قطره کفساز اضافه می کنید و در نهایت شیر هوا را باز کرده و کف هارا با یک پاروی پلاستیکی در یک ظرف جمع آوری می کنید. در نهایت محصول توزین و عیار سنجی و بازیابی محاسبه می گردد.
عکس زیر گزارش تست فلوتاسیون بالا را نشان می دهد.
انجام محاسبات در اکسل:
برای تسهیل انجام تست فلوتاسیون، یک فایل اکسل شامل تمامی محاسبات مورد نیاز برای انجام تست فلوتاسیون، همچنین به همراه گزارش کار تست فلوتاسیون در پایان این مقاله بارگذاری شده است که می توانید آن را دانلود کرده و به راحتی استفاده بفرمایید. محاسبات مثال قبل، با استفاده از این فایل اکسل محاسبه و در نهایت فایل گزارش کار نیز تکمیل شده است. فیلم زیر نحوه کار این فایل اکسل را نشان می دهد:
خرید و دانلود فایل اکسل محاسبات در تست فلوتاسیون
- نوع فایل: اکسل
- حجم فایل: ۵۰ کیلوبایت
- قیمت اصلی: ۵۰ هزارتومان
- قیمت با تخفیف: ۲۰هزارتومان
- پسورد فایل: www.guloop.ir
مقالات مرتبط: بهترین دانشگاه های ایران در گرایش فراوری مواد معدنی
چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.
برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.
دیدگاه ها
محسن شیروانی
خیلی دنبال یادگیری تست فلوتاسیون بودم.
قبل از مصاحبه کاریم برای کارخونه فراوری که فلوتاسیون کار میکردن این مطلب رو خوندم و خیلی بهم کمک کرد خداروشکر تونستم تو بخش آزمایشگاه کار بگیرم.
و بعد از اون برای تهیه گزارشات فایل اکسل رو خریداری کردم همه جوره عالیع. منتون ازتون