المواد المجمعة (Collectors) (2/2)

التعويم الرغوي (Froth Flotation)

المواد المجمعة (Collectors) (2/2)

و تؤثر المادة المجمعة على درجة كراهة الحبيبات للماء و بالتالي على قابليتها للتعويم كما يظهر في الشكل التالي. و يتضح من خلال الشكل ان زاوية التماس تزداد بزيادة تركيز المادة المجمعة .

 

الا انه يلزم ملاحظة انه توجد عدة مراحل لادمصاص جزيئات المادة المجمعة على سطح المعدن تبدأ بتغطية جزئية لسطح المعدن (Partial coverage) و مع زيادت تركيز المادة المجمعة تحدث التغطية الكاملة (Hemi-micelle) لسطح المعدن و هي الحالة المثالية . و بزيادة تركيز المادة المجمعة يحدث ادمصاص لجيئات المادة المجمعة على نظيرتها الموجودة على سطح المعدن بحيث تكون السلسلة الهيدروكربونية لكل جزيئين متقابلين (Ad-micelle) كما هو موضح بالشكل. و ذلك يؤدي الى انخفاض في درجة كراهة الماء (زاوية التماس) حيث ان الجزء القطبي المحب للماء من جزيئات المادة المجمعة تكون مواجهة للماء و بالتالي يتحول سطح المعدن الى محب للماء و لا يمكن تعويمه بفقاعات الهواء.

و تأتي المرحلة الاخيرة عند زيادة تركيز المادة المجمعة بتكون ما يعرف بمستعمرات (Micelles) داخل المحلول و تنفصل عن سطح المعدن.

 

و بناء على فهم ما سبق فانه يتوجب دائما الحرص على استخدام تركيز مناسب من المادة المجمعة بعيدة عن المرحلتين الاخيرتين لتجنب فشل عملية التعويم و ان يكون التركيز اقرب ما يكون لحالة التغطية الكاملة لسطح المعدن. 

 

كما يؤثر تركيز المادة المجمعة على التوتر السطحي للمحلول بحيث انه مع زيادة تركيز المادة المجمعة ينخفض التوتر السطحي للمحلول حتى تركيز معين تتكون عنده المستعمرات (Micelles) و يسمى بالتركيز الحرج للمستعمرات (Critical Micelle Concentration, CMC).

و لتعيين التركيز الحرج للمستعمرات لأي مادة مجمعة يتم قياس التوتر السطحي لتركيزات مختلفة منها حتى تثبت قيمة التوتر السطحي عند قيمة ثابتة و يكون التركيز الحرج للمستعمرات هو التركيز الذي يبدأ عنده ثبات التوتر السطحي كما هو موضح بالشكل.

  

لا تنسوا الاشتراك في القائمة البريدية ليصلكم كل جديد

في انتظار تعليقاتكم و مقترحاتكم و اسئلتكم

 

التعويم الرغوي - المواد المجمعة (Collectors) (1/2)

 

التعويم الرغوي (Froth Flotation)

المواد المجمعة (Collectors) (1/2)

هي مواد عضوية تتكون من جزئين ( heteropolar)  أحدهما محب للماء و الآخر كاره للماء. الجزء الكره للماء يتكون من سلسلة هيدروكربونية في حين أن الجزء المحب للماء أو ما يسمى  بالرأس القطبي (Polar head) يحمل شحنة موجبة أو سالبة. و كما ذكرنا في المقال السابق أن المواد المجمعة تعمل على تغيير الخصائص السطحية لأحد أو بعض المعادن بشكل انتقائي لتصبح كارهه للماء و يمكن تعويمها و فصلها من المعدن أو المعادن الاخرى المصاحبة لها. و يحدث ادمصاص جزيئات المواد المجمعة بحيث يكون الرأس القطبي في اتجاه الحبيبات الصلبة و السلسلة الهيدروكربونية الكارهة للماء في اتجاه الماء  و يعمل على الارتباط (Attachment) بفقاعات الهواء.

و يمكن تصنيف المواد المجمعة على حسب الشحنة التي يحملها الرأس القطبي إلى مواد مجمعة موجبة أو سالبة. لكن يجب الإشارة إلى المواد المجمعة المتعادلة (Neutral collectors) و التي تكون عبارة عن مواد عضوية و لا يوجد بها رأس قطبي و مثال على ذلك الكيروسين و زيت الوقود (Fuel oil) و يستخدم هذا النوع في تعويم المعادن الكارهة للماء بشكل طبيعي (Naturally hydrophobic)  مثل الفحم و التلك. و هي زهيدة الثمن مقارنة بالانواع الاخرى.

 

 أما المواد المجمعة الموجبة فهي تكون جميعأ من الامينات (Amines) و ايثر الامينات (Amine Ethers) .و تحتوي على النيتروجين في رأسها القطبي. و تستخدم اساسا في تعويم السيليكا و السيليكات، بعض العناصر الارضية النادرة (Rare earth elements) و كلوريد البوتاسيوم من كلوريد الصوديوم.  و تعمل بصورة افضل في الوسط ذي درجة الحموضة المنخفضة (Low pH).

و هناك اربع انواع من المواد المجمعة الامينية حسب عدد المجموعات الهيدروكربونية (Hydrocarbon radicals) المتصلة بها وهي:

1 - اولية (Primary) حيث تتصل بمجموعة كربونية واحدة  

2- ثانوية (Secondary) حيث تتصل بمجموعتين كربونيتين

3- ثلاثية (Tertiary) حيث تتصل بثلاث مجموعات كربونية

4- رباعية (Quaternary) حيث تتصل بأربع مجموعات كربونية

 

                                                             

     (1)                      (2)                            (3)                                        

 

         (4)       

و يعيب المواد المجمعة الامينية ارتفاع سعرها و حساسيتها تجاه التغيرات الطفيفة في درجة الحموضة (pH).

 

تمثل المواد المجمعة السالبة اكثر انواع المواد المجمعة تنوعا و استخداما في عمليات التعويم. و تنقسم الى مجموعتين رئيستيين هما المواد المجمعة للمعادن الكبريتيدية (Sulfhydryl collectors) و المواد المجمعة الاكسجينية (Oxyhydryl collectors). و تعمل بشكل اكثر كفاءة في الوسط ذي درجة القاعدية العالية (High pH).

المواد المجمعة للمعادن الكبريتيدية تنقسم الى ثلاث انواع رئيسة هي الزانسات (Xanthates ) و ثنائي كبريتيد كربامات (dithiocarbamate) و ثنائي الفوسفات الكبريتي  (Dithiophosphate)  وهي مواد مجمعة خاصة بتعويم المعادن الكبريتيدية نظرا لأن الرأس القطبي بها يحتوي على الكبريت و يوضح الشكل التالي التركيب العام لهذه الانواع.

 

       

       

        الزانسات                   ثنائي الفوسفات الكبريتي      ثنائي كبريتيد كربامات  

 

أما المواد المجمعة الاكسجينية (Oxyhydryl collectors) فهي اكثر المواد المجمعة السالبة تنوعا و استخداما حيث يندرج تحتها احدى عشر مجموعة و تستخدم في تعويم معادن السيليكات، الكربونات، الاكاسيد و المعادن المحتوية على الاكاسيد الكبريتية. لكننا هنا سنذكر اهم ثلاث مجموعات وهي:

1-   الاحماض الدهنية (Fatty acids or Carboxylic acids) :  و هي اكثر الانواع شيوعا و استخداما نظرا لسهولة توفرها و رخص سعرها. شكل رقم (1) ادناه.        

2-   الكبريتات (Sulfates): شكل رقم (2) ادناه.  

3-   السلفونات (Sulfonates): شكل رقم (3) ادناه.   

(1)                                 (2)                        (3)

 

و نكمل رحلتنا مع المواد المجمعة في المقال القادم ان شاء الله.

لا تنسوا الاشتراك في القائمة البريدية ليصلكم كل جديد

في انتظار تعليقاتكم و مقترحاتكم و اسئلتكم

التعويم الرغوي (Froth Flotation) - مقدمة

 

التعويم الرغوي (Froth Flotation)

مقدمة

التعويم الرغوي هي اكثر طرق تركيز الخامات استخداما حيث انها تستخدم في فصل حوالي 80 % من الخامات في العالم.  و نظرا لاهمية هذه الطريقة فسوف نتناولها بالحديث لعدة مقالات.

يعتمد الفصل بالتعويم الرغوي على الاختلاف في الخواص السطحية بين المعادن المراد فصلها. و تقوم فكرة الفصل على استغلال الفرق في درجة كراهة المعادن الماء (Hydrophobicity). و القليل فقط من المعادن هي التي تكون لديها كراهة للماء(Hydrophobic) بشكل طبيعي مثل الفحم، الكبريت، التلك، جرافيت، الماس، موليبدنيت. وبالتالي فإن غالبية المعادن تكون محبة للماء (Hydrophilic) و حتى يمكن استخدام التعويم الرغوي فلابد من طريقة لتحويل احد المعادن انتقائيا ليكون كارها للماء و يتم ذلك من خلال استخدام مواد كيميائية عضوية تسمى المواد المجمعة (Collectors) سنتحدث عنها في سطور تالية.

و لتقريب معنى كراهية الماء يمكن مشاهدة قطرات المطر و هي تشكل كرات من الماء على اسطح اوراق الاشجار حيث ان الاخيرة لديها كراهة للماء مما يؤدي عدم انتشار الماء على سطح الاوراق كما في الصورة ادناه. ذلك ان الشكل الكروي يعطي اقل مساحة سطحية لحجم معين مقارنة بجميع الاشكال الاخرى و لذلك نجد ان فقاعات الهواء في الماء و قطرات الماء في الهواء عادة ما تأخذ الشكل الكروي لتقليل الطاقة الحرة (Free energy) بتقليل المساحة السطحية.   

 

و يمكن قياس درجة كراهية الماء باستخدام زاوية التماس (Contact angle). و تعرف زاوية التماس على انها الزاوية بين السطح الصلب (سطح المعدن) و الغاز(الهواء) مرورا في السائل (الماء) كما يظهر في الشكل التالي بحيث ان زاوية التماس عندما تكون اكبر من 90 يكون المعدن كاره للماء و يمكن تعويمه و عندما تكون اقل من 60 يكون محب للماء و يصعب تعويمه.  

و تتم عملية التعويم في وعاء يحتوي على الخام بحيث يتم ضخ الهواء الذي يتم تكسيره الى فقاعات من الاسفل و تتحرك للاعلى نظرا لان كثافة الهواء اقل من كثافة الماء و يحدث اصطدام بينها و بين حبيبات الخام و تحمل معها الحبيبات الكارهة للماء (لانها تكون محبة للهواء) الى اعلى الوعاء حيث تكون طبقة رغوية (Froth layer) يساعد على تكوينها مواد عضوية نشطة سطحيا تسمى المواد الرغوية (Frothers) و سوف نتناولها تفصيليا لاحقا.  يتم كشطها من على سطح الماء و تفصل بينما الحبيبات المحبة للماء تبقى في الاسفل و يتم فصلها كما يظهر في الشكل التوضيحي التالي.

 

في حالة ما اذا تم تعويم المعدن ذو القيمة (Valuable mineral) فإن ذلك يسمى التعويم المباشر (Direct flotation) اما اذا ما تم تعويم المعادن غير مرغوبة فإن ذلك يسمى التعويم العكسي (Reverse flotation).

و يتم ضبط درجة الحموضة (pH) بحيث تكون في نطاق يسمح بحدوث ادمصاص انتقائي (Selective adsorption) على سطح المعدن (او المعادن) المراد تعويمه (تعويمها) دون بقية المعادن المصاحبة له (لها). و يتم ذلك باستخدام الاحماض مثل حمض الكبريتيك و الهيدروكلوريك او القواعد مثل هيدروكسيد الصوديوم و كربونات الصوديوم.

و قد تستخدم ايضا انواع اخرى من المواد الكيميائية غير العضوية مثل المنشطات (Activators) او المهبطات (Depressants).

في المقالات القادمة سنتناول المواد الكيميائية المختلفة المستخدمة في عملية التعويم و تأثيرها على كفاءة الفصل و العوامل المؤثرة على كفاءة التعويم اضافة الى الانواع المختلفة لماكينات التعويم و تعويم الحبيبات الدقيقة. 

لا تنسوا الاشتراك في القائمة البريدية ليصلكم كل جديد

في انتظار تعليقاتكم و مقترحاتكم و اسئلتكم