أساسيات الطحن

أساسيات الطحن

 

الطحن هو العملية اللاحقة لعملية التكسير و هو الخطوة الاخيرة في عمليات تصغير حجم الحبيبات. تكمن اهمية الطحن في تصغير حجم حبيبات الخام لتصبح مناسبة لعمليات الفصل اللاحقة من حيث ملائمتها للأجهزة المستخدمة و للوصول الى حجم التحرر (Liberation Size).

 

على الرغم من الاهمية البالغة لعملية الطحن و احتياجها لفهم و دراسة واسعين فإنه يتم التعامل معها باستخفاف كبير في بلادنا العربية (في الاغلب الاعم) باعتبارها عملية بسيطة يمكن لغير المتخصصين القيام بها خلافا لحقيقتها المعقدة التي تحتاج لمتخصص من اجل ان تتم بأفضل كفاءة و أقل تكلفة.

 

و تستهلك عمليات التكسير و الطحن وحدهما ما يقارب من 80 % من تكاليف استهلاك الطاقة في عمليات تركيز الخامات لذلك فإن الفهم الصحيح هام للغاية من اجل زيادة العائد الاقتصادي.

 

في هذا المقال سأتعرض لأساسيات عملية الطحن فقط للتبسيط حيث انه يحتاج الى مساحات واسعة لتغطيته تفصيلاً.

 

تؤثر الخصائص الفيزيائية للخام و بخاصة الصلادة على سهولة الطحن و بالتالي الطاقة المستهلكة اثناء عملية الطحن. فالخامات ذات الصلادة المنخفضة كالحجر الجيري اسهل في الطحن و اقل كلفة من الخامات ذات الصلادة المرتفعة مثل الكوارتز. و الصلادة هي مقاومة الخدش. و هناك مقياس موهز الذي يشتمل على 10 درجات للصلادة كما مبين في الشكل التالي (من موقع Gem Select) حيث ان 1 تعبر عن الاقل صلادة و 10 عن الاكثر صلادة. و يمكن استغلال الفارق في الصلادة بين المعدن المستهدف و الشوائب في عمل تركيز اولي مما يؤدي الي توفير في طاقة الطحن و كفاءة و تكاليف عمليات الفصل اللاحقة.

 

أول ما ينبغي معرفته بعد ذلك قبل اجراء عملية الطحن هو الحجم الحبيبي المراد الوصول اليه للناتج  من الطحن . هذا الحجم الحبيبي هو حجم التحرر(Liberation Size) و هو يعرف على انه الحجم الحبيبي الذي يكون عنده  حوالي  80% على الاقل من المعدن المستهدف منفصلة تماما عن الشوائب المصاحبة لها كما هو مبين في  الشكل التالي.

                                          هذه الصورة من:   www.minassist.com.au/blog/

الوصول لحجم التحرر يعني القدرة على فصل المعدن المستهدف من الشوائب بطرق الفصل المناسبة حسب طبيعة الخام. و عليه فإن الطحن لأحجام اقل من حجم التحرر سيؤدي الى استهلاك كبير و زائد عن الحاجة في طاقة الطحن بالإضافة الى تعقيد عمليات الفصل اللاحقة حيث انه كلما زادت نعومة الحبيبات كلما ازدادت صعوبة عمليات الفصل. اما الحالة العكسية لذلك و هي الطحن حتى حجم حبيبي اكبر من حجم التحرر فسيؤدي الى عدم الوصول لدرجة التحرر الكافية للمعدن المستهدف و بالتالي سيؤدي الى خفض او اتلاف كفاءة عمليات الفصل اللاحقة.

 

هناك العديد من طرق حساب الطاقة المستهلكة اثناء عملية الطحن لكن اكثرها شهرة هي طريقة معامل شغل بوند (Bond’s Work Index). و المجال لن يتسع هنا لتفصيل طرق حساب طاقة الطحن التي تحتاج عدة محاضرات لتوضيحها و ربما نعرج عليها لاحقا في مقالات اخرى.

 

بالنسبة لأنواع الطواحين فهناك العديد من الانواع لكن سأركز هنا على النوعين الاكثر شهرة و استخداما في عمليات تركيز الخامات و هما طاحونة الكرات (Ball mill) و طاحونة القضبان (Rod mill).

 

المصدر:Gfycat.com

 

المصدر:          aballmill.com  

شكل يوضح طاحونة الكرات (Ball mill)

 

شكل يوضح طاحونة القضبان

 

و تسمى الكرات او القضبان بوسائط الطحن (Grinding media) و هي التي تقوم بطحن الخام    و في بعض الاحيان يتم استخدام الخام ليطحن نفسه بنفسه فيما يسمى بالطحن الذاتي (Autogenous milling) او استخدام الزلط (Pebble mills) او الطحن شبه الذاتي (Semi Autogenous milling).

 

 و تعتمد هذه الطواحين على الدوران و من ثم سقوط وسائط الطحن على الخام لتكسره. لكن هناك سرعة حرجة عندها تدور الوسائط و الخام بشكل ملاصق لجدار الطاحونة و هندها لا يحدث اي طحن و عليه فإن السرعة ينبغي ان تكون اقل من هذه السرعة الحرجة (Critical speed) و عادة ما يكون نطاق السرعة بين 60 الى 70 % من السرعة الحرجة.

 

الطحن قد يكون جافا او باستخدام الماء حسب طبيعة الخام و حسب توفر وجود الماء. اما نسبة ملأ الطاحونة بالخام فعادة تكون بين 40 الى 50 % من حجم الطاحونة و نسبة ملأ الخام  فعادة تكون بين 15 الى 30 % من حجم الطاحونة و ذلك حسب طبيعة الخام.

 

في انتظار آرائكم و تعليقاتكم

تكسيرالخامات

تكسيرالخامات

 

يتم استخراج معظم الخامات على هيئة كتل كبيرة الحجم قد يصل قطرها الى 1.5 متر على حسب نوع الخام المستخرج و طريقة التعدين المستخدمة سواء سطحية او تحت سطحية. و أول عملية يتم إجراؤها هي تكسير كتل الخام الكبيرة الى احجام اصغر حجماً يمكن التعامل معها بسهولة في عمليات التجهيز و التركيز اللاحقة.  و قد تبدأ عملية التكسير اثناء عملية التعدين في حالة استخدام المتفجرات او الحفارات و التي تتسبب في تكسير الخام (او جزء منه) اثناء استخراجه.

يوضح شكل (1) القوى التي تؤدي الى عملية التكسير و هي:

 1-الضغط (Compression)

2- الشد (Tensile)

3- القص (Shearing)

4- التصادم (Impaction)

5- الاحتكاك (Attrition)

  تصنيف الكسارات:

1- كسارات أولية: مثل الكسارة الفكية (Jaw Crusher) و الكسارة الدوارة (Gyratory Crusher).  و يكون أقصى حجم للتغذية هو 1.5 متر و يكون حجم الحبيبات الناتجة بين 150 الى 300 ملليمتر.

2- كسارات ثانوية: مثل الكسارة المخروطية (Cone Crusher) و الكسارة الاسطوانية (Roller Crusher). و يكون أقصى حجم للتغذية بين 150 الى 450 ملليمتر و يكون حجم الحبيبات الناتجة بين 40 الى 130 ملليمتر.

3- كسارات المرحلة الثالثة/ الرابعة: مثل الكسارة المخروطية (Cone Crusher) ، الكسارة الاسطوانية (Roller Crusher). يكون حجم للتغذية بين 20 الى 150 ملليمتر و يكون حجم الحبيبات الناتجة بين 5 الى 25 ملليمتر.

 

                                      شكل.(1)   رسم مبسَّط يوضح القوى المسببة لعمليات التكسير و الطحن.                                      المصدر كتاب (Basics in minerals processing)، شركة (METSO)

 

شكل.(2)   رسم مبسَّط يوضح الكسارة الفكية

شكل.(3)   رسم مبسَّط يوضح الكسارة الدوارة

شكل.(4)   رسم مبسَّط يوضح الكسارة المخروطية

 

شكل.(5)   رسم مبسَّط يوضح الكسارة الاسطوانية

 

العوامل المؤثرة على عملية التكسير:

تؤثر خصائص الخام على عمليات التكسير و الطحن. بالنسبة لعمليات التكسير فإن قابلية الخام للتكسير و التي يتم التعبير عنها بمُعامل الشغل (Work Index) و مُعامل البَرْي (Abrasion Index) هما العاملان الاساسيان.  كلما زاد معامل الشغل للخام كلما كان التكسير اكثر صعوبة و كان استهلاك الطاقة اكبر. و كلما زاد معامل البَرْي كلما زاد معدل التآكل في الكسارة.

اختيار الكسارة المناسبة:

يخضع اختيار الكسارة المناسبة للعديد من الاعتبارات و الحسابات مثل معدل التغذية و كفاءة النخل و الحِمل الدوار (Circulating Load) و خصائص الخام المذكورة آنفاً و الحجم الحبيبي لخام التغذية و نسبة التكسير المطلوبة.

 

في انتظار تعليقاتكم و آرائِكم

 

 

العينة الممثلة

 

العينة الممثلة

هي عينة تعبر عن خصائص الخام المعدني من حيث نسبة المعدن القيم والمعادن المصاحبة له وكذلك الطبيعة الجيولوجية لهذه المعادن من حيث تداخلاتها و حجم التحرر للمعدن القيم

و يعرف حجم التحرر بأنه الحجم الذي يصبح فيه 80% من حبيبات الخام القيم منفردة و متحررة من المعادن المصاحبة له أو الشوائب.

و تكمن أهمية العينة الممثلة في أمرين مهمين لمرحلة تقييم الراسب المعدني قبل اعتباره خام يمكن استغلاله اقتصاديا و مرحلة معالجة الخام بعد استخراجه و هو ما سوف اتناوله كما يلي:

أولا مرحلة تقييم الراسب المعدني:

حيث يتم عمل آبار لجمع العينات اثناء مراحل الاستكشاف والتقييم ويتم اجراء تحليل كيميائي و تقييم جيولوجي و معدني لهذه العينات و عادة ما يكون هناك تنوع في طبيعة المعادن في الراسب المعدني. يستلزم لتقييم الجدوى الاقتصادية للراسب المعدني عمل اختبارات التركيز و الاستخلاص و هو ما يستلزم إن تكون العينة معبرة أو ممثلة عن الراسب المعدني كله و ذلك من خلال اختبار عينة يتم جمعها بشكل مدروس بحيث تكون مجموعة من جميع مناطق الراسب المعدني و بنسبة تعادل حجم كل منطقه بحيث إن النتائج التي سوف يتم التوصل إليها من حيث لوحة تشغيل مقترحة تكون ثابتة اثناء  تشغيل مصنع التركيز. ويسمى هذا النوع من العينات بالعينة التكنولوجية.

شكل مبسط لاحد طرق اخذ العينات التكنولوجية من الراسب المعدني

 

بعد تجهيز العينة الممثلة من الراسب المعدني يتم تكسرها و طحنها للجميع المرتد الوصول له بناء على الدراسات الجيولوجية و المعدنية ثم يتم بعد ذلك تقسيمها إلى عينات ممثلة أصغر في الحجم لتكون ملائمة لحجم الأجهزة التي سيتم اجراء التجارب العملية و النصف صناعية عليها.

يتم تقسيم العينة إلى عينات ممثلة إما يدويا أو بإستخدام معدات من بسيطة إلى أكثر تقدما.

طريقة التقسيم اليدوية تسمى المخروط و التربيع(Coning and Quartering)  و هي عبارة عن تقليب العينة بشكل ممتاز ثم جعلها على شكل مخروط ثم جعله على شكل فطيرة مستوية ثم تقسيمه إلى أربع أجزاء متساوية حيث يتم أخذ كل ربعين متقابلين و يخلطا معا من جديد و تعاد العملية بحيث يتم أخذ ربعين متقابلين و لكن الربعين من الاتجاه العكسي للأول و هكذا حتى يتم الوصول لحجم العينة المطلوب.

 

شكل مبسط لطريقة المخروط و التربيع

 

طرق التقسيم الاخرى:

１-   استخدام مُقسِّمات يدوية مثل مُقسِّم رايفل: (Riffle Splitter)  و هو يتكون من العديد من عدد زوجي من القنوات (Channels) بحيث ان القنوات   الفردية كلها توجه نصف العينة في اتجاه بينما القنوات الزوجية كلها توجه نصف العينة في الاتجاه الآخر ويتم ذلك آنياً.

 

شكل توضيحي مُقسِّم رايفل

 

１-  استخدام مُقسِّمات أوتوماتيكية: و يوجد منها الكثير من الانواع و الأحجام لكنها جميعاً تشترك في نظرية عملها التي تعتمد على استخدام القوة الطاردة المركزية في التوزيع المتماثل     للعينة و تقسيمها إلى عدة اقسام متماثلة و ممثلة للعينة الأصلية.

 

 

  

 شكل توضيحي لمقسِّمات أوتوماتيكية

                                                                                                       في انتظار مقترحاتكم و تعليقاتكم

تعريفات اساسية

 

                  

الهدف من المدونة:

المساعدة في التعريف بأساسيات و تكنولوجيات هندسة المناجم و تجهيز و تركيز الخامات باللغة العربية نظرا لشبه انعدام هذا المحتوى على الشبكة العنكبوتية بلغة الضاد رغما عن بروز صناعة التعدين كأحد الدعائم للاقتصاد في المستقبل القريب في مصر و الدول العربية.

من اجل التوضيح للقراء غير المتخصصين فإنني سأبدأ ببعض التعريفات و المفاهيم الاساسية حتى يمكنهم متابعة المواضيع التي سيتم طرحها تباعاً بشكل مبسط قدر الامكان.

تعريفات اساسية:

العنصر: هو عبارة عن جزئ مكون من ذرة واحدة أو أكثر من نفس النوع مثل الحديد، الصوديوم، الاكسجين.

الجدول الدوري للعناصر

المركب: هو اتحاد كيميائي بين أكثر من عنصر.

المعدن: هو مركب نتج بفعل الطبيعة و دون تدخل الانسان. 

الراسب المعدني: هو تواجد لأحد المعادن بنسبة اعلى من متوسط تركيزه في القشرة الأرضية.

الخام المعدني: هو راسب معدني يمكن استغلاله اقتصاديا.

و عليه يمكننا القول بأن كل خام معدني هو بالضرورة راسب معدني و العكس غير صحيح حيث إن هناك رواسب معدنية لا يمكن استغلالها اقتصاديا لصعوبة فصل الشوائب من المعدن المستهدف أو لارتفاع تكاليف عمليات التعدين المختلفة و هو ما قد يتغير باستحداث تكنولوجيات جديدة أو بارتفاع سعر المعدن المستهدف على سبيل المثال و عند تحقق ذلك فإن الراسب المعدني يتحول إلى خام معدني.

:أنواع المناجم

1-    مناجم سطحية او محاجر (مثل مناجم الحديد بالواحات البحرية ومحاجر الرخام و الحجر الجيري بمصر).

2-     مناجم تحت سطحية (مثل منجم المغارة للفحم بسيناء و منجم الفوسفات بالحمراوين بالبحر الاحمر بمصر).

                                           منجم تحت سطحي                                               منجم سطحي

يتم استخراج الخام بطرق الاستخراج المناسبة ثم تتم معالجته بعد ذلك لرفع درجة تركيز المعدن ذو القيمة الاقتصادية -و الذي سنطلق عليه من الآن و صاعدا "المعدن القيم"- للوصول لدرجة تركيز مناسبة للتطبيقات الصناعية.

و تبدأ خطوات معالجة الخامات التي تم تعدينها (استخراجها) بعمليات التكسير و الطحن. في بعض الاحيان تكون الخامات عالية النقاوة ولا تحتاج سوى لعمليات التكسير والطحن لتكون جاهزة للاستخدام في بعض التطبيقات الصناعية مثل خامات الحجر الجيري والتلك عالية النقاوة.  بعد ذلك تبدأ عمليات التركيز و/أو الاستخلاص.

في انتظار مقترحاتكم و تعليقاتكم

Enable GingerCannot connect to Ginger Check your internet connection
or reload the browserDisable in this text fieldEditEdit in GingerEdit in Ginger×