تعريف وتصنيف العمليات المعدنية
تعريف عملية الاستفادة وتصنيفها بالكامل: علم وفن الانتقال من الخام إلى المركزات
الملخص: عملية الاستفادة هي الجسر الرئيسي بين الخامات الطبيعية والمواد الصناعية. والغرض من هذه المقالة هو إجراء تحليل عميق لتعريف عملية الاستفادة، والهدف الأساسي منها وتصنيفها المنهجي لتزويدك بفهم شامل لعلم وفن "إزالة الخشونة واستخراج جوهر" الموارد المعدنية.
أولاً، تعريف تكنولوجيا معالجة المعادن وأهدافها الأساسية
1- ما هي تكنولوجيا معالجة المعادن؟
عملية المنافع، والمعروفة أيضًا باسم معالجة المعادن، هي سلسلة من العمليات الهندسية القائمة على المبادئ الفيزيائية أو الكيميائية. ويتمثل الهدف الأساسي منها في فصل المعادن المفيدة عن العروق غير المرغوب فيها (نفايات الصخور) في الخام المستخرج وإثرائها في منتج مركز عالي الجودة، مع زيادة استخلاص العناصر القيمة إلى أقصى حد.
ويمكنك التفكير في الأمر على أنه "موعد غرامي معقد للمعادن": يتم استخدام طريقة محددة لجمع المعادن المفيدة "المتشابهة في الطبيعة" (المتشابهة في الطبيعة)، بينما يتم جمع شوائب الكالكوبريت "خارج المكان". تتم دعوة شوائب الكالكوبيرايت "الخارجة عن المكان" خارج الاجتماع.
2 - الأهداف الأساسية لعملية التخصيب
-
الإثراء والتنقية: زيادة محتوى (درجة) المعادن المفيدة بشكل كبير لتلبية متطلبات الصهر أو التطبيقات الصناعية اللاحقة. على سبيل المثال، قد تكون درجة خام النحاس المستخرج من المناجم منخفضة تصل إلى 0.5 في المائة، ولكن بعد التخصيب يمكن زيادة درجة تركيز النحاس إلى أكثر من 20 في المائة.
-
الفصل والاستخلاص: فصل المعادن المفيدة المتعددة عن بعضها البعض وإثراء واستخلاص كل منها لتحقيق الاستفادة الشاملة من الموارد. على سبيل المثال، يتم فصل مركزات الرصاص والزنك عن خامات الرصاص والزنك.
-
إزالة الشوائب الضارة: التخلص من العناصر الضارة بالصهر اللاحق أو أداء المنتج، مثل الفوسفور والكبريت والزرنيخ وغيرها.
-
التحضير للعمليات اللاحقة: تزويد الصناعات التحويلية مثل الصهر والصناعات الكيميائية بمواد خام ذات مواصفات موحدة وتكوين مستقر.
-
الاقتصاد وحماية البيئة: من خلال المعالجة المسبقة للنفايات، تقليل كمية النقل والصهر بشكل كبير، وتقليل التكلفة الإجمالية؛ وفي الوقت نفسه، المعالجة المركزية للمخلفات، وتقليل التأثير على البيئة.
ثانيًا، التصنيف المنهجي لعملية معالجة المعادن
تُصنف عملية الاستفادة بطرق متنوعة، وينقسم جوهرها وفقًا للمبدأ الذي يقوم عليه الفصل. يمكن تقسيمها بشكل رئيسي إلى طريقة الإثراء الفيزيائي وطريقة الإثراء الفيزيائي والكيميائي وطريقة الإثراء الكيميائي ثلاثة أنظمة.
(أ) طريقة الإثراء الفيزيائي
تعتمد بشكل رئيسي على الخصائص الفيزيائية للمعادن (مثل الكثافة والمغناطيسية والخصائص الكهربائية واللون وما إلى ذلك) الاختلافات في الفرز، ولا تغير العملية التركيب الكيميائي للمعادن.
1- طريقة الفصل بالجاذبية
-
مبدأ الفصل: استخدام جزيئات المعادن المختلفة بين اختلاف الكثافة في وسط السائل (الماء أو الهواء) في حالة الحركة المختلفة (مثل سرعات الترسيب المختلفة) للفرز.
-
العملية الرئيسية والمعدات:
-
القفز: في الرفع الرأسي لتدفق الماء المتغير السرعة، بحيث تتفكك الطبقة المعدنية، وفقًا لكثافة التقسيم الطبقي.
-
الاستفادة من طاولة الاهتزاز: في الحركة الترددية غير المتماثلة للسرير، واستخدام الماء والاهتزاز الميكانيكي للتأثير المشترك للمعادن وفقًا للكثافة ونطاق حجم الجسيمات.
-
الإثراء بالمزلق الحلزوني: تدفق الملاط في المزلق الحلزوني، في قوة الطرد المركزي، والجاذبية، والاحتكاك تحت العمل المشترك للكثافة المختلفة للجسيمات المعدنية لتحقيق الفصل.
-
مُركِّز الطرد المركزي: استخدام مجال قوة الطرد المركزي القوي لتعزيز استرداد المعادن الثقيلة في حجم الجسيمات الدقيقة.
-
-
المعادن القابلة للتطبيق: الذهب والقصدير والتنجستن والرصاص والزنك والحديد والمنجنيز والفحم والمعادن الأخرى ذات الاختلافات الكبيرة في الكثافة.
2- الفصل المغناطيسي
-
مبدأ الفصل: استخدام الاختلاف في الخواص المغناطيسية بين الجسيمات المعدنية، في المجال المغناطيسي غير المتساوي بواسطة قوة مغناطيسية مختلفة، وذلك لتحقيق الفصل.
-
التصنيف:
-
فصل مغناطيسي ضعيف المجال المغناطيسي: للمعادن المغناطيسية القوية (مثل المغنتيت).
-
الفصل المغناطيسي للمجال المغناطيسي القوي: يستخدم للمعادن المغناطيسية الضعيفة (مثل الهيماتيت والإلمينيت وخام المنجنيز).
-
الفصل المغناطيسي عالي التدرج: يمكن أن يفصل المعادن المغناطيسية الضعيفة ذات الحبيبات الدقيقة جدًا.
-
-
المعادن القابلة للتطبيق: المغنتيت والإلمنيت وخام التنتالوم والنيوبيوم وغيرها، وتستخدم أيضًا على نطاق واسع في الكوارتز والفلدسبار والمعادن غير المعدنية الأخرى بالإضافة إلى تنقية الحديد.
3-طريقة الفصل الكهروستاتيكي
-
مبدأ الفصل: استخدام المعادن في الخصائص الكهربائية (الموصلية، ثابت العزل الكهربائي) على الاختلافات في المجال الكهربائي عالي الجهد بواسطة قوى كهربائية مختلفة للفصل.
-
المعادن القابلة للتطبيق: يشيع استخدامها في فصل السكليت والكاسيتيريت، وفرز خام الزركون التيتانيوم، وفرز الماس، إلخ. 4.
4-طريقة الإثراء الكهروضوئي/طريقة الفرز
-
مبدأ الفرز: باستخدام الاختلافات في الخصائص الضوئية (اللون، الانعكاسية، التألق، نفاذية الأشعة السينية، إلخ) للمعادن الموجودة على السطح، يكتشف المستشعر ويوجه المشغل (مثل مسدس الهواء عالي الضغط) لتفجير الجسيمات المعدنية المستهدفة.
-
المعادن القابلة للتطبيق: الماس، والأحجار الكريمة، ونفايات ما قبل صقل الخام، من الخام لإزالة القطع الكبيرة من نفايات الصخور.
(ب) الإثراء الفيزيائي الكيميائي (التعويم)
هذه هي الأكثر استخداماً على نطاق واسع، وهي واحدة من أهم طرق الاستفادة، وتتضمن عملية الفرز كلاً من العمل الفيزيائي والعمل الكيميائي السطحي.
-
مبدأ الفصل: استخدام جزيئات المعادن على سطح الجسيمات المعدنية الكارهة للماء للاختلاف في الخواص الفيزيائية والكيميائية. يتم تعزيز الكارهة المائية للمعادن المفيدة بشكل انتقائي عن طريق إضافة المواد الكيميائية للتعويم. في الملاط الهوائي، يمكن لجزيئات المعادن الكارهة للماء أن تلتصق بفقاعات الهواء ثم تطفو إلى سطح الملاط لتشكل طبقة رغوية، والتي يتم كشطها وجمعها؛ بينما تبقى جزيئات الوريد المحبة للماء في الملاط.
-
العناصر الرئيسية:
-
عامل احتجاز: يمتص بشكل انتقائي على سطح المعدن المستهدف، مما يجعله كارهًا للماء.
-
عامل الرغوة: يعزز تكوين فقاعات مستقرة متوسطة الحجم في الملاط.
-
عامل الضبط: يضبط الخصائص السطحية للمعادن والبيئة الكيميائية للملاط لتعزيز انتقائية الفرز.
-
-
المعادن القابلة للتطبيق: معظم المعادن غير الحديدية (النحاس، والرصاص، والزنك، والموليبدينوم، والنيكل)، والمعادن الثمينة النادرة، ومعادن الكبريتيد والخامات غير المعدنية مثل الجرافيت، والأباتيت، والفلوريت. مجموعة واسعة من المعادن التي يتم التعامل معها، بحيث أصبحت "البطاقة الرابحة" لعملية التنقية.
(ج) طريقة الإثراء الكيميائي
عندما تكون المعادن المضمنة في حجم الجسيمات الدقيقة جدًا أو الخصائص الفيزيائية متشابهة جدًا، تحتاج إلى استخدام التفاعلات الكيميائية للفصل والاستخلاص.
-
مبدأ الفصل: استخدام المعادن في الطبيعة الكيميائية للاختلاف، من خلال المذيب الكيميائي (عامل الترشيح) وتفاعل الخام، تذوب المكونات القيمة في شكل أيوني في محلول، ثم يتم استخلاصها من المحلول.
-
العملية الرئيسية:
-
النضّ: استخدام المذيبات مثل الأحماض والقلويات والأملاح لإذابة المعدن المستهدف (على سبيل المثال، ترشيح الذهب بالسيانيد، وأكسيد النحاس بحمض الكبريتيك).
-
الترسيب/الاستبدال: يتم ترسيب المعدن من محلول النض عن طريق الاستبدال الكيميائي أو تعديل الأس الهيدروجيني.
-
الاستخلاص بالمذيب-الاستخلاص الكهربي بالمذيبات: التخصيب الانتقائي لأيونات المعادن في المحلول باستخدام مذيبات عضوية، يليها التحليل الكهربي عند القطب السالب لترسيب المعادن عالية النقاء (مثل عملية SX-EW للنحاس).
-
التحميص: تغيير التركيب الكيميائي للخام عند درجات حرارة عالية لجعله أكثر قابلية للمعالجة اللاحقة (على سبيل المثال، تحميص الهيماتيت الصعب الانتقاء إلى ماغنتيت سهل الانتقاء).
-
-
المعادن القابلة للتطبيق: أكسيد النحاس والذهب واليورانيوم والبوكسيت وما إلى ذلك.
ثالثًا، عملية الإثراء النموذجية
عادةً ما يكون مصنع معالجة المعادن الحديث الكامل عبارة عن مزيج مثالي من الطرق المذكورة أعلاه لتشكيل نظام تآزري وفعال. وتشمل العملية النموذجية ما يلي:
-
التحضير: السحقوالغربلة - سحق الخام الخام إلى حجم مناسب للفصل.
-
الفرز: الطحنوالتصنيف - يتم طحن المنتج المسحوق إلى حجم يتم عنده فصل المعادن عن المونومرات وتشكيل دائرة مغلقة مع المصنف. ويلي ذلك عملية الفرز الرئيسية (إعادة الانتخاب أو الفصل المغناطيسي أو التعويم أو مزيج من هذه العمليات).
-
معالجة المنتج: التثخين،والترشيح،والتجفيف - نزع الماء من المركزات للحصول على منتج صلب للنقل والتخزين. كما يتم التخلص الآمن من المخلفات.
معالجة المعادن هي عملية معقدة وعميقة ومتعددة التخصصات، والتي تدمج الجيولوجيا والفيزياء والكيمياء وميكانيكا الموائع وعلوم المواد. لا توجد عملية "مقاس واحد يناسب الجميع" يمكنها التعامل مع جميع الخامات، والحل الناجح للإفادة يعتمد حتماً على الفهم العميق لطبيعة الخام، والتطبيق المرن لمبادئ المعالجة المختلفة، وبالتالي تصميم أفضل الحلول التقنية والاقتصادية. إنها التقنية الأساسية الرئيسية التي تضمن الاستخدام الفعال والنظيف للموارد المعدنية وتحويلها في نهاية المطاف إلى ثروة اجتماعية.
