بررسی مقایسه ای سلول های فلوتاسیون مورد استفاده در کارخانه های کانه آرایی فلزی و غیر فلزی

فهرست مطالب
عنوان    
فصل اول: مفاهیم اولیه فلوتاسیون
۱? ۱  .  مقدمه
۱? ۲ ? آشنایی با مفهوم فلوتاسیون
۱? ۳?  معرف های شیمیایی مورد استفاده در فلو تاسیون
۱? ۳?۱? کلکتورها
۱? ۳?۲?فعال کننده ها
۱ ?۳?۳?بازداشت کننده ها
 1?3?4?کف سازها
۱?۳? ۵?تنظیم کننده ها
۱?۴?پروسه فلوتاسیون
۱?۴?۱?فلوتاسیون
۱?۴?۲?هیدرو متالوژی
۱?۵? فلوتاسیون  کا نه های سرب وروی
۱?۵?۱? فلوتاسیون کانه های سولفیدی
۱?۵?۲?فلوتاسیون کانه های اکسیده
فصل دوم:طراحی ماشینهای فلوتاسیون مکانیکی
چکیده
۲?۱? مقدمه
۲?۲?مفاهیم هیدرو دینامیکی
۲?۲?۱?اعداد بدون بعد
۲?۲?۲?زمان اقامت
۲?۳?آنالیز وتجزیه وتحلیل هیدرو دینامیک ماشینهای فلوتاسیون
۲?۳?۱? اعداد مشخصه
۲?۳?۲?زمان اقامت
۲?۳?۳?سرعت ظاهری گاز
۲?۳?۴?سطح مقطع شار حباب
فصل سوم:اتوماسیون رافر در دستگاه فلوتاسیون اسکوندیدا
خلاصه
۳?۱?معرفی
۳? ۲? توصیف سیستمFrothcam))
۳?۳?سیستم متخصص
۳?۴?تعیین اثرات میزان جریان هوا وسطوح کف
۳?۵? فرآیند تجربی
۳?۵?۱?نتایج تجربی
۳?۵?۱?۱?تفاوتها در جریان بار ورودی
۳?۵?۱?۲?ارزیابی
۳?۶?کنترل کیفیت اطلاعات
۳?۷?نتایج وپیشنهادات
فصل چهارم:کاربرد تکنولوژی سلول jameson برای برداشت خزه و فسفر از دریاچه های رشد یافته
خلاصه
۴?۱?مقدمه
۴?۲?عملکرد تکنولوژی جیمسون برای آبهای زائد
۴?۳?روشها
۴?۴?نتایج وبحث ها
فصل پنجم: تکنولوژی بهینه کردن فلوتاسیون جیمسون بری ذرا ت درشت زغال
خلاصه
۵?۱?معلومات
۵?۲? نمونه
۵?۲?۱?مطالعه پارامترها

فصل اول:مفاهیم اولیه فلوتاسیون

۱?۱ مقدمه

پروسه فلوتاسیون یکی از روشهای متداول فراوری مواد معدنی است که برای اولین بار در سال ۱۹۰۶ به ثبت رسیده است?کاربرد این پروسه انتخابی بیشتر برای کانسار پیچیده فلزی ۱چون سرب وروی ،اکسیدهای آهن وروی،سولفاتهای روی وآهن و همچنین کانسارهای غیر فلزی  مانند فلوئوریت ، فسفاتها،زغال سنگ وغیره می باشد?
کاربرد سایر روشهای جداسازی مواد معدنی از قبیل روشهای ثقلی، مغناطیسی والکترواستاتیکی اختصاص به کانیهای معین ویا مواد معدنی متشکل از تعداد محدود ومشخصی از کانیها دارد  در حالیکه فلوتاسیون با بکار گیری اختلاف خواص شیمیایی سطوح کانیها  ومواد شیمیایی متعددی که امروزه فراهم آمده است تقریبا هیچگونه محدودیتی در جداسازی مواد معدنی ندارد . مشکل نرمه در صنعت فلوتاسیون نیز اخیرا با مواردی که با استفاده از تکنیک فولو کولاسیون۲ انتخابی در دسترس قرار گرفته است تا حدود زیادی رفع شده است.

فرایند فلوتاسیون به دلایل مشروحه ذیل از اهمیت بیشتری نسبت به سایر روشهای تغلیظ  برخوردار است:
الف)کاهش منابع معدنی با عیارهای بالا  و مینرالوژی ساده که بتوان به روشهای ساده فیزیکی ساده آنها را تغلیظ نمود .

ب)کاربرد وسیع صنعت فلوتاسیون در محدوده  دانه بندی مواد معدنی بین ۲۰ تا ۲۰۰ مش به طوریکه این ابعاد از ۱۰ مش در مورد زغال سنگ  ودر مورد سایر مواد مواد معدنی از ۴۸ مش وتا ۱۰ تا ۱۵ میکرون
که در شرایط خاص تحت فراوری قرار میگیرد، مورد استفاده قرار میگیرد.

ج)تکنیکهای مختلف فلوتاسیون منحصر به نوع کانی معین و یا تعداد محدودی از کانیهای متشکله سنگهای معدنی نمی باشد?
۱?۲?آشنایی با مفاهیم فلوتاسیون
فلوتاسیون یکی از مهمترین فرایندهای جداسازی کانیها می باشد ونقش بسیار مهم وتعیین کننده ای در فراوری مواد معدنی به عهده دارد?به قسمی که امروزه بیش از ۱۰۹*۲ تن  در سال ،مواد معدنی تحت این فرایند جداسازی قرار می گیرد.فلوتاسیون باکاربردخواص شیمیایی فیزیکی سطوح و براساس چسبندگی۳حبابهای هوا به قطعات کانی در یک محیط آبی و سپس شناور شدن۴ این مجموعه به طرف سطح مایع ونهایتا انتقال به لایه کف۵ که در بالای سطح مایع قرار گرفته است،مبتنی می باشد.
به منظور جداسازی کانیهای ارزشمند ۶ در یک سنگ، ابتدا آن را به ابعاد مناسب توسط دستگاههای سنگ شکنی وآسیاها خرد می نمایند.این ابعاد به جز در موارد خاص به اندازه دجه آزادی۷ ویا حتی با توجه به شرایط بهینه۸ فرایند کوچکتر از آن نیز می باشد.مواد خرد شده در آب توسط هم زن به صورت معلق در می آید که اصطلاحا به آن پالپ ۹ می گویند. رقت پالپ به طور معمول بین۲۵?تا ۴۵?وزنی جامد می باشد.سپس مواد شیمیایی خاصی به پالپ اضافه گشته وضمن هم زدن دائمی  وپس از طی زمان معینی که برای تاخیر مواد شیمیایی لازم است آنرا به سلولهای فلوتاسیون منتقل مینمایند این مرحله را فاز آماده سازی می نامند.

کف سلول فلوتاسیون با( همزن)

شکل ۱-۱ فرایند فلوتاسیون به صورت شماتیک

ذکر این نکته ضروری است که سطوح اکثریت کانیها پس از  عملیات خردایش  وقبل از  تاثیر عوامل محیطی، به راحتی توسط آب خیس گشته  وفی الواقع تمایلی به دور نمودن آب از خود در مقابل هوا ندارد بطوریکه سطح اینگونه مواد را آب ۱ پذیر می گویند. موادی که دارای سطوح هیدروفیل می باشند  در فرایند فلوتاسیون فلوته نمیگردند . لذا می بایست سطح بعضی از کانیهای مورد نظر را به صورت انتخابی ۱۲ بقسمی آماده نمود که تمایل بیشتری به هوا بیابند .به عبارت دیگر آب را از خود دور نموده  ومتصل به حباب هوا گردند . اینگونه سطوح را آبران  یا آب گریز ۱۳ می نامند .شکل ۱-۲ تفاوت سطوح آب پذیر را از لحاظ ترشوندگی وزاویه تماس آب با سطح کانی نشان می دهد.
۱?۳? معرف های شیمیایی۱۴ مورد مصرف در فلوتاسیون
هدف نهایی از اضافه نمودن مواد شیمیایی در فرایند فلوتسیون ایجاد وجلوگیری از هیدروفوب شدن سطح کانیها می باشد .در فرایند فلوتاسیون از مواد شیمیایی دیگری نیز به منظور فراهم نمودن شرایط مناسب  جهت تاثیر در

امر فوق الذکر  و یا ایجاد پایداری حبابهای هوا به منظور ایجاد وتوان  لازم جهت  حمل ذرات کانی به سطح سیال بر اساس قوانین شناوری استفاده می گردد.
اهم مواد شیمیایی که در فلوتاسیون مصرف می گردد با توجه به خواص وعملکرد معینهر کدام به شرح ذیل تقسیم بندی می گردد.
۱?۳ ?۱? کلکتورها۱۵
در فلوتاسیون کلکتورها مواد عالی فعال کننده سطوح۱۶ کانیها می باشند که به صورت انتخابی در سطح یک یا چند کانی مورد نظر جذب وسبب هیدرو فوب شدن آن می گردد . وبدین ترتیب یک حباب هوا به صورت ترجیهی به اینگونه کانیها متصل گشته  وان را با خود به لایه کف که د ر بالای سلول فلوتاسیون قرار دارد می برد .جزئیات دیگر در این رابطه در بخشهای بعدی به تفصیل آورده خواهد شد.

۱?۳?۲فعال کننده ها۱۷
فعال کننده ها موادی هستند که به منظور افزایش جذب انتخاب کلکتور بر سطح یک کانی مشخص بکار برده می شوند .بعبارت دیگر فعال کننده ها  قبل از کلکتور  به پالپ افزوده شده و با انجام واکنشهایی در سطح بعضی از کانیها زمینه لازم جهت جذب کلکتور را بر روی آنان به صورت انتخابی فراهم آورده و باعث تسریع در عمل جذب کلکتور می گردند.
۱?۳?۳?بازداشت کننده ها۱۸
باز داشت کننده ها با عملکردی درست برعکس عملکرد فعال کننده ها با تاثیر بر سطح بعضی از کانیها سبب جلوگیری از جذب کلکتور بر روی  آنان می گردند و به عبارت دیگر هیدروفیل بودن سطوح  اینگونه کانیها را حفظ یا تشدید می کند .
۱?۳?۴?کف سازها۱۹
کف سازها نیز از مواد شیمیایی فعال کننده سطوح بوده بطوریکه از این مواد به منظور تشکیل  وپایداری کف استفاده می شود به قسمی که کانی های  دارای سطوح هیدروفوب بتوانند به راحتی به حباب هوا اتصالی پایدار یابند .به طور کلی کف سازها جهت اهداف ذیل مورد استفاده قرار می گیرند:
الف)کنترل ابعاد حباب هوا
ب)کنترل شکل حباب هوا
ج)ایجاد پایداری کافی حباب هوا در طی فرایند
د)کاهش انرژی سطحی سیال

۱?۳?۵?تنظیم کننده ها۲۰
تنظیم کننده ها به تمامی مواد شیمیایی (آلی و معدنی )که سبب تنظیم  وتعدیل شرایط محیط فلوتاسیون وشیمی پالپ می گردد اطلاق می شود که از آن جمله مواد تنظیم کنندهph  محلول را می توان نام برد.?

۱?۴پروسه فلوتاسیون۲۲
پس از مرحله آماده سازی پالپ وارد سلولهای فلوتاسیون۲۳ می گردد .سلول فلوتاسیون به عنوان یک رآکتور متشکل از یک تانک،هم زن وتجهیزات لازم برای توزیع ویا ایجاد حبا ب هوا در  پالپ می باشد وهوای دمیده شده در درون سلول به صورت حبابهایی با ابعاد قابل کنترل از درون پالپ به طرف سطح سلول حرکت می نمایند.همچنان که آب برروی سطوح هیدروفیل جذب می گردد ،حبابهای هوا نیز بر روی سطوح هیدروفوب قرار گرفته وبه آن متصل می گردند.این مجموعه حباب وقطعات کانیهای متصل به آن با در نظر گرفتن تاثیر نیروی ارشمیدسی بر آن از آب سبکتر بوده وبه طرف سطح پالپ حرکت کرده وبالا می آیند.مجموعه این حبابهای متصل به کانیها با پایداری مناسبی که توسط کف ساز به آن داده شده است در بالای سطح پالپ به صورت لایه ای از کف جمع شده وسپس این مجموعه توسط پاروهایی که در بخش فوقانی سلول تعبیه شده از سلول خارج می گردد.
لازم به ذکر است که ذرات هیدروفوب که توسط حبا ب هوا به سطح سلول منتقل  وسپس از آن خارج می شوندددچنانچه متشکل از کانی یا کانیهای ارزشمند باشنددراینصورت کف،محصول پر عیار شدهای را تشکیل می دهد واین روش را فلوتاسیون مستقیم۲۴ میگویند.گاهی از اوقات می توان از فلوتاسیون معکوس۲۵ استفاده کرد به طوریکه سطح کانیهای گانگ یا باطله را هیدروفوب نموده و آنها را فلوته وبه عنوان باطله از سلول خارج نمود.در اینصورت باقیمانده کانیها در پالپ محصول پر عیار ۲۶ راتشکیل خواهند داد.
در تمامی مراحل آماده سازی وفلوتاسیون  به منظور جلوگیری از ته نشین شده فاز جامد وافزایش سینیتیک فرآیندها،  پالپ توسط دستگاه هم زن۲۷ هم زده می شود .بنابراین می توان مراحل مختلف فرآیندفلوتسیون را پس از اضافه نمودن موادشیمیایی لازم وطی زمان آماده سازی به طور خلاصه شامل سه مرحله مختلف می توان دانست .?
•    مرحله اول که در آن نزدیک شدن وتلقی حباب وقطعه کانی اتفاق می افتد به طوری که در این حالت یک فیلم نازک مایع بین این دو(حباب وقطعه کانی)قرار دارد.
•    مرحله دوم که در آن فیلم مزبور تا حد گسیختگی نازک میگردد .
•    مرحله سوم که در آن فیلم نازک مایع گسیخته شدهوتماس والصاق پایداری میان حباب هوا وقطعه کانی بوجود می آید.پس از تحقق الصاق پایدار کانی هیدروفوب به حباب هوا ایندو مجموعا به طرف سطح پالپ شناور گشته و به لایه کف منتقل می گردند.

درک صحیح از فرایند فلوتاسیون نیازمندبررسی دوجنبه فیزیکی وشیمیایی سیستم می باشد. از جمله باید دانست که چرا بعضی از مواد جامد قابلیت فلوتاسیون سریعی دارند وبعضی دیگر فاقد آن می باشند.عوامل تغییر وکنترل شیمی سطح کانیها کدامند؟ونقض پارامترهای ترمودینامیکی در شیمی و فیزیک سطح چه می باشند؟مکانیزم عمل مواد شیمیایی مصرفی در فلوتاسیون وتنظیم قابلیت تر شوندگی سطح کانیهای مختلف چگونه است؟
تاثیر ساختمان کریستالی وشیمی کریستالی کانیها چیست؟وهمچنین عوامل کنترل سینیتیک محاصره قطعات کانی توسط حبابهای هوا وسینیتیک کلی فرآیند وسلولهای فلوتاسیون کدامند؟
از نقطه نظر صنعتی جنبه های هیدرودینامیکی ومهندسی فلوتاسیون دارای مفاهیم علمی وعمیقی می باشند که می بایست مورد ارزیابی قرار گیرد.آنچه در این میان اهمیت ویژهای دارد درک دقیق وتصویر علمی از این فرآیند مهم جداسازی  28 است.?

مبانی علمی فلوتاسیون در نیمه دوم قرن بیستم وبه ویژه در دو دهه اخیر رشد شایانی نموده است وهر چه هنوز  جنبه های نا شناخته ای وجود دارد  که مورد مطالعه محققین است لیکن فلوتاسیون امروزه یک روش مبتنی بر سعی وخطا نبوده ومی بایست با یافتن پایه های علمی ودرک پدیده های نسبتا پیچیده ترمو دینامیک سطح ومکانیز مهای جذب از یک سو وجنبه های مهندسی آن از سوی دیگر به عنوان علم و تکنیک ارزشمند به مطالعه آن پرداخت.جدول۱-۱ تعدادی از کانیهای متداول را که عمدتا تحت فرآیند فلوتاسیون بازیابی می شوند را نشان می دهد بطوریکه در قسمت فرمول شیمیایی عنصر یا عناصر ارزشمند هر یک از کانیها قید گردیده است.?

فرمول شیمیایی    نام کانی    فرمول شیمیایی    نام کانی
China clay       کائولینیت    P                   أپاتیت
Al sil            کیانیت    As,au               آرسنوپیریت
Mg             منیزیت    Cu                آزوریت
Fe              منیتیت    Baso4              باریت
Cu              مالاکیت    Al                بوکسیت
Mo            مولیبدنیت    B                 اسید بوریک
          C     گرافیت    Cu                بورنیت
P               فسفریت    Sn                کاسیتیریت
U,ra            پیچ بلاند    Sr                 سیلیسیت
          S               پیریت    Pb                 سروزیت
Nb,etc           پیروکلر    Ca                 کلسیت
Fes            پیروتیت    Cu                 کالکوپیریت
Sio2           کوارتز    Cr                 کرومیت
Ti              روتیل    Cu                 کریزکولا
W              شیلیت    Hg                سینابر
Alsil            سیلیمانیت    C                 زغال سنگ
   Zn            اسمیتزونیت    B                 کلمانیت
Zn               اسفالریت    Cu                 کولیت
Li                اسپیدومن    ?                 فلدسپار
Sb               استیبنیت    Caf2               فلوئوریت
S                سولفور    Pbs                گالن
K               سیلویت    Au               طلا
?                 تالک    Nacl              هالیت
Ba             ویتریت    Fe                هماتیت
W              ولفرامیت    Ti                 ایلمنیت
Zr              زیرکن    Be                بریل

جدول ۱-۱ تعدادی از کانیهای متداول که به روش فلوتاسیون قابل فراوری هستند.

۱?۴?۱? فلوتاسیون
یکی از مهمترین روشهای تغلیظ مواد،روش فلوتاسیون است.این روش سابقه طولانی داشته  از قرن۱۹ توسعه بیشتری یافته است.امروزه سنگهایی را که حتی عیارشان بین (۱ تا ۰.۵ ) است به شرط اقتصادی بودن  به روش فلوتاسیون تغلیظ می کنند .این روش نسبتا گران است  و در صورتیکه بخواهند روزانه ۲۰۰ تا ۳۰۰ تن به بالا مواد معدنی راپر عیار کنند از آن استفاده می شود .البته بایستی عیار محصول خروجی حد معینی را دارا باشد روش مزبور اغلب جهت سولفورها بکار می رود اساس کار فلوتاسیون بر مبنای خواص فیزیکی-شیمیایی سطحی استوار است و از مزایای روش فلوتاسیون،کاربرد آن جهت سنگهای معدنی با چندین نوع مواد کانی همراه می باشد که عملا آرایش آنها از طریق فیزیکی مکن نبوده ویا به آسانی صورت نمیگیرد  همچنین اگر در یک سنگ معدن اختلاف وزن مخصوص مواد موجود کم باشد.بهترین روش جهت جداسازی مواد، روش فلوتاسیون بوده،راندمان کار نیز به مراتب بیشتر از روشهای دیگر است.بطوریکه در بعضی موارد به ۹۸?نیز برسد.در صورتیکه در روشهای دیگر راندمان بین ۵۰ تا ۶۰?است.
در روش فلوتاسیون دانه های مواد معدنی در حد ۲۰۰ الی ۳۰۰ میکرون خرد می شوند.مواد خرد شده را با آب به نسبت ۱۵ تا ۳۵?مخلوط کرده و معرفهای (reagent)شیمیایی لازم از قبیل بازداشت کننده ها ،فعال کننده ها ،کف ساز وغیره به آن افزوده می گردد.مخلوط حاصل، جهت پوشش سطح دانه ها از مواد شیمیایی به اندازه کانی به هم زده می شوند .حبابهای هوا توسط مواد شیمیایی  در سطح دانه جذب شده و دانه های کانی مورد نظر به حالت کف در سطح مایع شناور می گردند.
۱?۴?۲? هیدرومتالوژی
این روش در ایران جهت روی ومس وبرخی کانیهای دیگر احتمال دارد و جهت سرب چندان اقتصادی نمی باشد(به علت پایین بودن قیمت سرب)و جهت سرب از همان روش ذوب کنسانتره استفاده می گردد.
روی فلز با ارزشی است .بخش اعظم تولید روی در دنیا از منابع معدنی سولفوری تامین می گردد  که معمولا با استفاده از روش فلوتاسیون کنسانتره روی تهیه وبا اعمال روشهای حرارتی، روی تولید می گردد .فرآیند ذوب شامل ذوب و جداسازی سرب نیز می تواند باشد .این روش از مزایای عدم آلودگی محیط زیست،مصرف کم انرژی و امکان استفاده از ذخایر کم عیار برخوردار است و به همین خاطر کاربرد وسیع دارد.
قدرت روش هیدرومتالوژی به دوره کیمیا گری می رسد که با فرو بردن یک قطعه آهن در محلول کات کبود(cuso4)به علت جایگزینی مس با آهن،گمان برده می شود که آهن به مس تبدیل شده است و بر این اساس تلاش می شودمس را به طلا تبدیل کنند.هیدرومتالوژی شامل دو بخش است:بخش لیچینگ یا فروشویی وبخش رسوبدهی. در بخش اول فلز یا کانی مورد نظر به کمک یک حلال مناسب بصورت ترکیبات محلول در می آید.در این مرحله با فیلتراسیون می توان فاز محلول را از جامد جدا کرد .در بخش دوم فلز محلول به کمک مواد شیمیایی با جریان الکتریسیته رسوب داده می شوند.

۱?۵  فلوتاسیون کانه های سرب وروی
امروزه این روش گسترش زیادی یافته و بهترین روش جهت تولید کنسانتره وخوراک کارخانه های هیدرومتالوژی  و ذوب می باشد،لازم است آن را توضیح داد:
۱?۵?۱?  فلوتاسیون کانه های سولفیدی
معمولا سولفورهای سرب وروی با هم بوده ویا اینکه هر یک از آنها به مقدار کمی از دیگری در بر دارد .
در فلوتاسیون سنگهای سولفید،سرب وروی کوشش می گردد که تمامی سرب ومس  نیزفلزات قیمتی شناور شده وسپس به فلوتاسیون سولفید روی پرداخت.برای فلوتاسیون سولفید سرب ،کلکتور گرنتات بکار می رود وبعنوان کف ساز نیز میتوان از روغن کاج یا اسید کریزیلیک استفاده نمود .معمولا محیط کم قلیایی جهت شناور شدن گالن کاملا مساعد میباشد.مقدار مصرف کلکتور کم بوده کمتر از حدود ۱۵۰ گرم در تن سنگ معدن کانی می باشد. در چنین شرایطی سولفید روی دارای خاصیت شناور شدن خوب نمیباشد.معهذا جهت اینکه آنر ا بازداشت کنیم می توان از مخلوط سیانور سدیم وسولفات روی استفاده نمود.مقدار مصرف سولفات روی معمولا ۳ برابر سیانور سدیم مصرفی می باشد.
جهت بازداشت بلند می توان از سولفیتها یاso2  استفاده نمود اگر از  so2 جهت بازداشت بلند استفاده شود محیط باید کاملا خنثی یا کمی اسیدی باشد تا عمل بازداشت بلند به خوبی صورت گیرد.مقدار مصرف so2  بعنوان بازداشت کننده بلند ،نسبتا زیاد بوده و به حدود kg 2به ازای هر تن سنگ معدن می رسد.
نکته ای که باید لحاظ نمود این است که در فلوتاسیون سرب وروی از محلولها دوباره نمی توان استفاده کرد.یعنی آب مصرفی فلوتاسیون را نمیتوان در مسیر بقیه نگهداشت .زیرا وجود یونهای مس در آب مانع از رسوب دادن بلند ، هنگام فلوتاسیون سرب خواهد شد  و از طرف دیگر با وجود یونهای سیانور سدیم  در محلول فلوتاسیون روی با اشکال مواجه خواهیم شد.
۱?۵?۲? فلوتاسیون کانه های اکسیده
کانه های اکسیده شامل تمام کانیهای اکسیژن دار از قبیل اکسیدها ،کربناتها،سولفاتها وسیلیکاتهای فلزی  وغیره می گردد. بسیاری از این کانیها ،خاصیت شناور شدن را نداشته و جهت فلوتاسیون آنها باید تدابیر خاصی اندیشیده شود.کانیهائیکه بیشتر در صنعت مورد توجه قرار گرفته  واز طریق فلوتاسیون برای پرعیار سازی آنها استفاده می کنند کانیهای مس،سرب وروی هستند.بررسی فلوتاسیون کانه های اکسیده از جنبه اقتصادی ونیز وجود این دو دسته از کانیها به عنوان  گانگ مواد معدنی اهمیت ویژهای دارد .در این مورد باید مسائلی همچون بار الکتریکی سطحی ،خواص الکتریکی فصل مشترک،ماهیت کلکتور ،وضعیت حلالیت سطحی کانی  و پایداری نمک  حاصل از کلکتور ویون فلزی مورد مطالعه قرار گیرد.
مطالعه مکانیزم فلوتاسیون اکسیدها  وسیلیکاتها نشان می دهد که این کانیها به کمک کلکتورهای کاتیون وآنیون قابل فلوتاسیون هستند.جذب اسیدهای چرب (آنیون ) نمونه بارزی از جذب شیمیایی و جذب آکلیل  سولفاتها(آنیون) و آمین ها نمونهای از جذب فیزیکی  در این دسته از کانیهاست.
عمل جذب کلکتور به دلیل تشابه خواص الکتریکی سطحی در کانیهای موجود در محیط پالپ است  و وقتی کلکتورآنیونی مانند اسیدهای چرب  مورد استفاده قرار می گیردعمل جذب دیگر انتخابی نیست.
مهمترین کانه های اکسید سرب،کانی سروزیت،انگلزیت می باشد ود  مورد روی از اسمیت زونیت می توان نام برد. جهت فلوتاسیون این کانیها چند طریقه معمول است که عبارتند از :
۱)    سولفوره کردن کانه ها
۲)    فلوتاسیون با اسیدهای چرب
۳)    فلوتاسیون با تیوفنل یا مرکاپتها
۴)    فلوتاسیون با کلکتورهای کاتینیک
              طراحی ماشینهای فلوتاسیون مکانیکی
چکیده:
مقوله علم اقتصاد باعث شده است تا بحث توسعه سلولهای عظیم وبزرگ فلوتاسیون مکانیکی،به سمت تانکهای استوانه ای ، سوق داده شود.طاحی وبزرگ مقیاس نمودن صحیح ومناسب این ماشینهای بزرگ به تدریج   بر اساس سالها تجربه بزرگ مقیاس نمودن موفقیت أمیز سلولهای مستطیلی شکل بنا نهاده شده است که در این راستا از معیارهای هندسی استفاده گردیده است. شایان ذکر است که در روند بزرگ مقیاس نمودنهای متداول  و رایج نیز ،از آنالیزهای هیدرولیکی ،بهره برده شده است.آنالیزهای هیدرو-دینامیکی پیشرفته،بر پایه تعدادی از دست یافتها و پیشرفتهای فنی اخیر بوده است  ویا به عبارت دیگر ترقی حاصله در آنالیزهای هیدرولیکی مرهون پیشرفت حاصل شده در دست یافتهای فنی بوده است . این موارد عبارتند از )۱) درک عقر از تاثیر توان ورودی  ونحوه مخلوط کردن بر روی کارایی متالوژیکی ،(۲) استفاده از محاسبات دینامیکی سیال (cfd)1به منظور کسب اعتبار واعتبار بخشیدن  به طراحی ها ،قبل از ورود به عرصه اجراء (۳)بهره جستن از مدلهای نوین فلوتاسیون ،که بر پایه اصول اولیه  وداده های تجربی استوارند،نظیر  پارامترهای مربوط به نرخ سطح حباب (sb) که به منظور مدل کردن واکنش  فلوتاسیون بکار می رود. این فصل به بحث در مورد طراحی تجهیزات فلوتاسیون مکانیکی خواهد پرداخت که شامل تکنیکها وروشهای  استفاده شده برای کنار زدن ورفع کف وفراهم نمودن بستر مناسب برای کنترل پروسه می باشد.

۱-computational fluid dynamics                                                                                                 

 2-1  مقدمه:
ماشینهای فلوتاسیون مکانیکی در اشکال ومدلهای متنوع،وسیع وگسترده ای ،طراحی شده اند.   .ماشینهایی که اغلب برای کاربرد در فلوتاسیون مورد استفاده قرار می گیرد ، احتمالا در یکی از سه گروه ذیل قرار خواهند گرفت:
۱.    همزن مکانیکی،تانکهای خود هواده:محل قرار گیری روتور در نزدیکی بالای تانک یا مخزن
۲.    همزن مکانیکی ،تانکها ومخازن با هواده خارجی،محل قرار گیری روتور در نزدیکی کف تانک
۳.    ستونهای بدون همزن با سیستم هواده خارجی

انواع دیگر ماشینها در کاربردهای خاص دیگری ،مورد استفاده قرار می گیرند،ولیکن آنها که در سه گروه فوق دسته بندی می شوند شامل اکثریت قریب به اتفاق ماشینهایی هستند  که در کارها وکاربردهای فعلی مورد استعمال قرار می گیرند.دو دسته اول این ماشینها را به سلولهای مکانیکی بند که بیشتر بار فراوری مواد معدنی بر دوش آنها می باشد.آنها اغلب با یکدیگر ودر یک گروه دسته بندی می شوند  و بنام
” سلولهای تانک“ ویا ”سلولهای دایره ای“معرفی می شوند  ویا به منظور آنکه تشخیص آنها از ستونهای فلوتاسیون ،مقدور باشد،آنها را بانامهای عمومی دیگر معرفی می نمایند. این فصل طراحی چنین ماشینهایی را به تفصیل مورد بررسی قرار می دهد.
ماشینهای خود هواده تنها توسط شرکت ایمکو(eimco) ،تحت نام ”ومکو“(wemco) ساخته می شوند .ماشینهای خود هواده  خارجی توسط outokompo  miotec  oy  وgl & v/dorr-oliver  وmetso minnears  (همان سوئدلا”suedala“سابق) ودیگر شرکتها،تولید می گردند.
اصول تئوریکی ونظری به منظور ساخت ماشینهای فلوتاسیون ،برای اولین بار به تفصیل توسط آقای ”هاریس“(harris)در کتاب a.m gaudin memorial volume  fletation  انتشاراتsme  در سال ۱۹۷۶ بیان شد. آقای هاریس،بحث جامع وکاملی را بر روی تئوری طراحی ارائه دادند وجزئیات طراحی ماشینهای ساخته شده توسط سیزده سازنده را فراهم آوردند ،بعبارت دیگر اصولی را که این سیزده شرکت  به منظور طراحی ماشینهای خود بکار می برند،تهیه نمود .در سال۱۹۹۹،sme  بانی برگزاری یک سمپوزیم  ونشست با نام پیشرفهای حاصله در تکنولوژی فلوتاسیون شد ،که در آن مقاله ای توسطarbiter
ارائه شد که طراحی ماشینها را به طور خلاصه بررسی نمود ه بود وهمچنین مقاله هایی که در آن مقاله ای توسط arviter ارائه شد که طراحی ماشینها را به طور خلاصه بررسی نموده وهمچنین مقاله هایی از طرف نمایندگان شرکتهای einco وoutokumpu را مورد بحث وبررسی قرار می دهد .بحث مفصلی راجع به خصوصیات  ماشینهای فلوتاسیون ،مستقیما بر مبنای اطلاعات تهیه شده توسط سازندگان مربوطه خواهد بود.متاسفانه هر سازنده چنین فکر می کند و بر این نظر است که ماشینهای ساخته شده توسط کارخانه انها بهترین است .اظهارات بیان شده توسط هر سازنده راجع به تجهیزات تولیدشان ، بدون هیچ گونه قید وشرط ودر نظر گرفتن صلاحیتشان در اینجاآورده شده است.
این فصل قصد برگزیدن یک طرح  به عنوان بهترین طرح از میان دیگر طرحها را ندارد.در عوض روشهای مرسوم ورایج استفاده شده توسط سازندگان عمده و بزرگ را معرفی می کند و این امر به این هدف صورت می پذیرد که به خوانندگانی که ماشینهای فلوتاسیون را بعنوان بخشی از کارخانجات در نظر می گیرند،درک     مهمی از اصول طراحی این ماشین بدهد
هر ماشین فلوتاسیون باید انتظارات ذیل را بر آورده سازد:
•    تماس وبرخورد مناسب بین هوا وپالپ
•    تعلیق ذرات جامد به مقدار متناسب وبه عبارت دیگر تعلیق مناسب ذرات جامد
•    اختلاط خوب ومناسب بدون ایجادزونهای راکد ویا مدار کوتاه (جلوگیری از کوتاه شدن مدار )
•    رفع کف به مقدار کافی
•    زمان مانده مناسب به منظور دستیابی  به بازیابی مطلوب

زمان مانده تحت تاثیر خصوصیات  هیدرودینامیکی ماشین می باشد ولیکن همچنین تابعی از حجم ونرخ خوراک دهی نیز می باشد.
۲?۲ ?  مفاهیم هیدرودینامیکی
 2?2 ?1  ?  اعداد بدون بعد:
تجزیه وتحلیلها وآنالیزهای هیدرودینامیکی نقش بسیار مهمی را در طراحی ماشینهای فلوتاسیون ایفا می کند،لذا بدین دلیل ،در این قسمت بطور مختصر مورد بحث وبررسی قرار خواهد گرفت.آنالیز هیدرودینامیکی یک کاربردخاص از یک تکنیک و فن که به آ نالیز ابعادی معروف است،می باشد.آنالیز ابعادی بوسیله تعدادی افراد شاغل ،توسعه پیدا کردتا امکان طراحی  ماشینهای تمام مقیاس  ویا دستگاه هایی بکه بر مبنای تستها وآزمایشات انجام شد برروی نمونه های بسیار کوچک کار می کنند،فراهم گردد.آقایzlokarnik (1991)تاریخچه ای مختصر وتوصیف  بسیار خوب وعالی ار این روش  را ارائه می دهد .از میان کاربردهای بسیار فراوان  آنالیز ابعادی آنهایی که بیشتر از همه برای مهندسین فرآوری ،نام آشنا هستند ،احتمالا اعداد بدون بعد می باشند  که در حل مشکلات خاص مهندسی بکار میروند.این قبیل اعدادمی توانند شامل :عدد رینولرز،عدد ماخ وعدد پراندتل وغیره باشند.آقای zlokarnic به ۲۴ مورد از این نوع اعداد اشاره  می کند.
در مکانیک سیالات ،اعدادبدون بعد کاربرد وسیع وگستردهای دارند بعنوان مثال عدد رینولرز که با r  یاNRe نشان داده می شوند ،به صورت ذیل تعریف می گردد:
NRe=pvl|M     (1)                                                                                              
در رابطه فوق به p  وزن مخصوص سیال ، v سرعت خطی سیال ، l طول مفروض(اغلب قطر لوله می باشد  وM  دزحت یا ویسکوزیته سیال می باشد. چنانچه واحدهایی که برای اجزای متغیر این رابطه بیان می گردند  با یکدیگر سازگار باشند ،آنگاه عدد رینولرز بدون بعد خواهد بود.
عدد رینولرز به منظور تعیین وتشخیص میزان اغتشاش  یک سیستم سیال بیان می گردد  وبزرگتر شدن این عدد ، حاکی از آن است که مقدار اغتشاش  در سیستم ، افزایش یافته است.عدد رینولرز همچنین به منظور بررسی مشکلات ناشی از آنالیز های بزرگ نمایی ، نیز بکار می رود.برای مثال ممکن است چنین سوالی در ذهن پیش آید:
” یک مدل زیر دریایی با مقیاس ۱:۱۵ قرار است در یک مخزن یا تانک حاوی آب نمک ، تست شود. چنانچه زیر دریایی با سرعت ۱۲ مایل در ساعت (در شرایط واقعی )بخواهد حرکت کند ، آنگاه برای آنکه تشابه دینامیکی برقرار شود، نمونه مفروض باید با چه سرعتی در مخزن حرکت نماید؟ “ این مسئله به راحتی با مساوی قرار دادن عدد  رینولرز  مدل با عدد زینولرز ماشین بزرگ مقیاس شده ، حل می گردد . بنابراین خواهیم داشت:
(۱۲lp|M=pv(l/15)lM        ( 2)                                                                                 
باتوجه به این نکته که وزن مخصوص و ویسکوزیته در هر دو حالت با هم برابرند v به راحتی محاسبه شده  وبرابر با ۱۸۰ مایل در ساعت می شود.
به منظور حصول درک وفهمی صحیح  از اعداد بدون بعد ی که در مکانیک سیالات بکار میروند می توان آنها را بدین صورت تعریف نمود ارتباط بین مقدار نیروی اعمال شده  به سیال با اینرسی سیال وبه بیان دیگر نسبت بین نیروی وارد شده به سیال واینرسی سیال  در جدول ۱ این اعداد  ونیروهای متناظر با هر کدام خلاصه شده اند.
                            جدول ۱- اعداد بدون بعد مورد استفاده در مکانیک سیالات
کمیت های مرتبط    رابطه برای سلولهای فلوتاسیون    رابطه استاندارد    رابطه به صورت کمیتهای اصلی   
اینرسی-نیروی فشار         Ρv2/p     Ma/pA          عدد اویلر
اینرسی-نیروی لزجت    ND2ρ) /µP)    ρvl/µ       Ma/TA          عددرینولرز
اینرسی-نیروی ثقل    N2D) /G)    V2/lg       MA/Mg          عدد فروید
اینرسی-نیروی الا ستیسیته        v2/E   ρ    Ma/EA           عدد کاوچی
اینرسی-کشش سطحی    N2 D3ρ) /γ)    LV2/σρ    Ma/σl            عدد وبر

در جدول فوق ،علائم و حروف بکار رفته به صورت ذیل تعریف می شوند:
A:مساحت                                            a  :شتاب         
D:قطر همزن بابره                                 E:مدول حجمی الاسیسیته

g:شتاب ثقل                                           N:سرعت هم زن بایره

P:نیرو                                                  p:فشار

V:سرعت خطی                                       µ:لزج مطلق
µp:ویسکوزیته مطلق پالپ فلوتاسیون            γ:کشش سطحی در فصل مشترک هوا و پایپ
ρ:وزن مخصوص                                      σ:کشش سطحی
۲?۲?۲?  زمان اقامت:
زمان اقامت یا زمان ماند برای اولین بار در طراحی رآکتورهای شیمیایی ،مورد استفاده  قرار گرفت وامروزه نیز در رده بندی ماشینهای فلوتاسیون کاربرد گسترده ای دارد .در اینجا این موضوع را بصورت تئوریکی  ودر حد بسیار مختصر ،مورد بحث قرار می دهیم.الگوی جریاندردرون یک مجرا یالوله،به شکل  و پیکره مجرا وهمچنین شرایط داخلی آن بستگی دارد .ساده ترین  حالت الگویی جریان زمانی اتفاق می افتد که تمام ذرات  سیال در داخل مجرا ،با هم برابر باشد.  به این نوع جریان ،جریان پیستونی ۱ میگویند. اگرچه ممکن است پدیده اختلاط عرضی را در یان نوع جریان مشاهده کنیم،ولیکن،هیچگونه اختلاطی در جهت جریان،در داخل مجرا،ایجاد نمی شود.هر ذره( مولکول) پس از مد ت زمان r از لحظه ورود ،از مجرا خارج می گردد. زمان اقامتr بصورت ذیل تعریف می شود:
=v|Iv    (3)                                                                                                            τ
که در این رابطه:
V:حجم مجرا
Iv:دبی حجم جریان
از نقطه نظر مفهومی و تصویری،مخالف جریان پیستونی ،جریان اختلاط کامل می باشد و بدین مفهوم است که ذرات پس از ورود به درون مجرا ،به صورت یکنواخت در کل مجرا پخش ومتفرق شوند .این مفهوم را می توان با وارد کردن آنی یک ماده رد یاب به درون مجرا ،که غلظت ان در زمانهای مختلف اندازه گیری می شود،بهتر درک نمود.عبارت دیگر برای اینکه درک صحیحی از این نوع جریان داشته باشیم ،میتوانیم یک نوع ماده  ردیاب را به داخل مجرا بریزیم  وغلظت آنرا در زمانهای مختلف اندازهگیری کنیم.در یک مجرا با جریان اختلاط کامل ،بازمان ماند اسمیτکه در معادله (۳) تعریف گردید ،غلظت (c) ردیاب در زمان t میتواند به صورت ذیل حاصل گردد:
C=Cie (-T/τ)       (4)                                                                                            
که:

C1: غلظت ردیاب در زمان T=0 است.
شکل (۱) توزیع زمان اقامت برای حالت جریان پیستونی (خط قائم)واختلاط کامل (منحنی ) را نشان می دهد. این مورد توصیف شده برای حالتهای مطلوب وآرمانی می باشند. در عمل  به دلایل مختلفی ، تانکهایی که به هم زده می شوند ، دارای جریانی متفاوت از جریان  اختلاط کامل هستند، به عبارت دیگر آنچه در واقعیت به آن  برخورد می کنیم ، با اختلاط کامل فاصله دارد .
آقای ” لون پسیل “ Leven spil,1996) ) سه مدل مثال شاخص  و بارز را بیان می کند . شکل(۲) نشان دهنده توزیع زمان اقامت یک ردیاب  در داخل مجرایی که مدار کوتاه شده است میباشد همانطور که مشاهده میشود  کوتاه شدن مدار توسط  پیک های تیز اولیه ایجادشده در نمودار  تشخیص داده میشود. شکل (۳ ) توزیع زمان ماند  رابرای  یک مجرا که حاوی یک سیال راکه وایستا است  نشان می دهد. منحنی اولیه در شکل(۳)  که به آن فضای مرده نیز گفته می شود بیانگر راکد بودن سیال است . شکل (۴) بیانگر اختلا ط خوب است.منحنی به صورت یک تابع نمایی است که بعداز مدتی نزول پیدا می کند.در این شکل زمان اقامت  متوسط تقریبا برابر زمان اقامت تئوریکی می باشد. اشکال ۱ تا۴ همه بر اساس نظریات آقای
( leven spiel, 1996) می باشد  که اجازه ارائه آنها در اینجا از ایشان اخذ شده است .تستها وآزمایشات مربوط به اندازه گیری توزیع زمان ماند ، معمولا بدین صورت انجام می شود  که یک ماده رد یاب را به محتوای مجرای  در حال کار ، اضافه می کنند . مواد رد یاب می توانند نوعی مواد شیمیایی باشند که(در این پروسه) ما هیچ یک از مواد دیگر ترکیب شوند  و یا ترکیبات رادیو اکتیو باشند و مواد دیگری که بشود آنها را در نمونه گرفته شده از سیال داخل مجرا ردیابی نموده باشند. در هر تست ردیاب ،  توجه لازم را باید مبذول داشت  تاجمع آوری وآنالیز داده ها  به درستی صورت بپذیرد، ضمنا باتوجه به مشکلاتی که اغلب این نوع اندازه گیریها ، با آن مواجه هستیم ، وسوسه می شویم که نتایج را بر مبنای هر تست (فقط یک تست)رسم کنیم.اندازهگیریهای چند تایی موجب افزایش اعتبار نتایج رسم شده می گردد. در یک تست نمونه وشاخص ، ماده ردیاب به همراه خوراک،وارد ماشین می شود.بهترین نقطه به منظور انجام عملیات نمونه برداری  از داخل محتویات ماشین ،نقطه خروجی ماشین می باشد . نمونه برداری به صورت دوره ای ودر زمانهایی که حداقل دو برابر زمان ماند تئوریکی مجرا(  τ) هستند صورت می پذیرد .نمونه ها به منظور تعیین غلظت رد یاب  آنالیز می شوند و سپس نمودار توزیع زمان ماند رسم می شود  و بعد نرمال می گردند(شکل ۱) .زمان اقامت واقعی یا مشاهده شده ، مقدار زمانی است  که در آن زمان نصف نصف مواد ردیاب از داخل ماشین خارج شده باشند . این زمان را می توان با انتگرا ل گرفتن  در زیر سطح منحنی  توزیع زمان اقامت بدست آورد .آنالیز داده های زمان اقامت به منظور کاربرد در فلوتاسیون  توسط آقای نسست( nesset 1988) مورد بحث وبررسی قرار گرفته است .
با مقایسه زمان اقامت مشاهده شده  با زمان اقامت تئو ریکی  حجم موثر و اجرایی ماشین تایین می گردد . زمان اقامت مشاهده شده به طور قابل ملاحظه ای  از زمان اقامت تئوریکی کمتر است که این امر بیانگر وجود نواحی را که با شن اندوه ۱ است .در ماشینهای فلوتاسیون مکانیکی،معمولا ۸ تا۱۵ درصد حجم ماشین را که به ماندگی هوا ،لایه های کف وزون ساکن اختصاص می دهند. در حین محاسبات اولیه طراحی  و بزرگ مقیاس نمایی ، این حجم را از حجم ماشین ، کم می کنند .چنانچه این حجم ، از حجم را که ظاهری که توسط تستهای رد یاب تعیین می گردد ، کوچکتر باشد (تستهای رد یاب حجم را که ظاهری بزرگتر از این حجم را نشان می دهند)، آنگاه یا مجرا بیش از اندازه شن وماسه دارد  ویا آنکه محتویات داخل آن به طور مناسبی مخلوط نشده اند.
تعیین زمان ماند به وسیله تستهای ردیاب ، توجهات زیادی را به خود جلب کرده است ولیکن رابطه آن از نقطه نظر جهانی ، پذیرفته شده نیست.انجام تستهای RTD 1 بدون تعیین سرعت ونرخ فلوتاسیون، مقادیر سوال برانگیزی را حاصل می نماید ، چرا که سینیتیک فلوتاسیون  با سینیتیک واکنشهای شیمیایی ، قابل مقیاس نیست.
معادلات در جداولی که معمولا مورد استفاده قرار می گیرند ، ساده شده پدیده های پیچیده ای هستند که در عملیات فلوتاسیون رخ می دهند. آنها همچنین فرض را بر این می گذارند  که سرعت واکنش در تمام حجم تانک برابر است ، که این موضوع در مورد فلوتاسیون صدق نمی کند .مسئله اصلی تعیین وتضمین حجم مناسب برای هر یک از موارد  کاربرد ماشین فلوتاسیون می باشد .بعنوان مثال با اینکه شرکت
”اتوکومپو “2از تست ردیاب۳ به منظور تضمین باقی ماندن خصوصیات اختلاط در هنگام بزرگ مقیاس نمایی بهره می برد، ولیکن برای تعیین زمان ماند ، فقط از این تست استفاده نمی کند.?