طرق الفصل المغناطيسي

طرق الفصل المغناطيسي

الفصل المغناطيسي للخامات يتوقف على وجود أحد المعادن له خاصية مغناطيسية او تواجد أكثر من معدن لهم خواص مغناطيسية مختلفة الشدة. لكن اولاً دعنا نعرج على بعض التعريفات عن المغناطيسية اولاً.

·    تنقسم انواع المواد حسب خصائصها المغناطيسية للأنواع التالية:   

1-   المعادن الحديدية (Ferromagnetic): وهي تمثل المواد ذات اعلى درجة من المغناطيسية ويمكن استخدامها كمغناطيس مثل معدن الماجنيتيت.

2-   المعادن ضعيفة المغناطيسية (Paramagnetic): هي مواد ذات مغناطيسية ضعيفة وتنجذب للمغناطيسات القوية مثل معدن الهيماتيت.

3-   المعادن منعدمة المغناطيسية (Diamagnetic): هي مواد ذات مغناطيسية ضعيفة للغاية او منعدمة المغناطيسية مثل معدن الكوارتز.

 

·    تعريفات لبعض الخواص المغناطيسية:

 

1-   كثافة الفيض المغناطيسي (Magnetic flux density): وهي عدد خطوط القوة المغناطيسية المارة في وحدة المساحة من المادة.

2-   شدة المجال المغناطيسي (Magnetic field intensity): هي قوة المغنطة التي تولد خطوط القوة المغناطيسية المارة من خلال المادة.

3-   التدرج المغناطيسي (Magnetic gradient): هو التغير في شدة المجال المغناطيسي مع التغير في المسافة بحيث ان التدرج المغناطيسي ينشأ إذا اختلفت شدة او اتجاه المجال المغناطيسي بين نقطتين في الفراغ.

4-   القابلية المغناطيسية (Magnetic susceptibility): هي مقياس مدى ما تكتسبه مادة من مغناطيسية عند وضعها في مجال مغناطيسي.

 

 

 

 

 

·    انواع اجهزة الفصل المغناطيسي:

1-   اجهزة الفصل منخفضة الشدة: وتستخدم  في فصل المعادن ذات المغناطيسية الحديدية (Ferromagnetic) و المعادن القريبة منها من المواد(Paramagnetic) و مثال على المعادن التي يمكن فصلها بهذه النوعية هو معدن الماجنيتيت. ومن هذه الاجهزة ما يعمل جافا او ما يعمل بالماء.  و مثال على هذا جهاز الفصل الاسطواني.

2-   اجهزة الفصل عالية الشدة: وتستخدم في فصل المعادن ذات المغناطيسية الضعيفة (Paramagnetic) مثل معدن الهيماتيت. ومن هذه الاجهزة ما يعمل جافا او ما يعمل بالماء. و مثال على هذا جهاز العناصر النادرة و الذي يستخدم فيه مغناطيس طبيعي من العناصر النادرة ذات المغناطيسية القوية جداً.

3-   اجهزة الفصل عالية التدرج: وتستخدم في فصل المعادن ذات المغناطيسية الضعيفة (Paramagnetic) مثل معدن الهيماتيت او فصل الحبيبات الناعمة. هذه الاجهزة تعمل بالماء. و مثال على هذا جهاز النبضات الرأسية عالي التدرج (Vertically pulsating high gradient magnetic separator VPHGMS). و الاهتزازات الرأسية في هذا الجهاز ينتج عنها القرة على التخلص من الحبيبات غير المغناطيسية و الحصول على منتج ذو جودة اعلى.

4-    اجهزة الفصل فائقة التوصيل (Superconducting Separators): وتستخدم في معالجة الحبيبات الفائقة النعومة حتى احجام اقل من 10 ميكرومتر وكذلك لفصل المعادن ذات المغناطيسية الضعيفة جداً.

 

·       و يستخدم الفصل المغناطيسي بالاساس لفصل الخامات المحتوية على الحديد  او ازالة شوائب الحديد من خامات الرمال، التلك، الكاولين و غيرها. و يتم اختيار الجهاز الملائم لكل خام على حسب درجة مغناطيسية معدن او معادن الحديد الموجودة بالخام.

 

    

    فكرة الفصل المغناطيسي ببساطة

و تكون الاحتمالات الموجودة لدينا في التعامل مع اجهزة الفصل المغناطيسي هي:

1-    خام يحتوي على معدن واحد له خواص مغناطيسية سواء عالية ام منخفضة و بقية المعادن الاخرى ليس لها خواص مغناطيسية و هنا يمكن استخدام يتم استخدام اجهزة الفصل المغناطيسي منخفضة الشدة في حالة المعادن عالية المغناطيسية واجهزة الفصل المغناطيسي عالية الشدة في حال كان المعدن الحديدي له مغناطيسية متوسطة الى ضعيفة او اجهزة الفصل المغناطيسي عالية التدرج في حالة المعادن الضعيفة او كانت الحبيبات ناعمة الحجم.

2-   خام يحتوي على معدنين او اكثر لهما خواص مغناطيسية متفاوتة (خام يحتوي على ماجنيتيت و هيماتيت على سبيل المثال).في هذه الحالة يتم فصل المعدن ذو المغناطيسية الاعلى اولا باستخدام باستخدام مغناطيس قوي يليه فصل المعدن الاقل مغناطيسية بمغناطيس عالي الشدة كما في جهاز السيور المتقاطعة.

3-   ان يتواجد اكثر من معدن لهم خصائص مغناطيسية متشابهة و في هذه الحالة لا يصلح الفصل المغناطيسي و يتم اللجوء لطريقة اخرى تعتمد على الفرق بينهما في الخواص الاخرى كالكثافة مثلاً.

 

جهاز الفصل الاسطواني

جهاز العناصر النادرة

 

 

جهاز النبضات الرأسية عالي التدرج (منظور رأسي)

 

فكرة عمل جهاز النبضات الرأسية عالي التدرج

 

 

اجهزة الفصل فائقة التوصيل

 

 

جهاز السيور المتقاطعة

 

 

في انتظار تعليقاتكم و مقترحاتكم و اسئلتكم

 

طرق الفصل بالجاذبية (2/2)

طرق الفصل بالجاذبية (2/2)

 

في هذه المقالة سنواصل الحديث عن طرق الفصل بالجاذبية.

3- المنضدة الهزازة (Shaking Table):

و تعد من اكثر طرق الفصل شيوعاً نظراً لسهولة التشغيل و رخص ثمن الجهاز و ان يمكن مشاهدة كفاءة الفصل (او عدمها) بالعين المجردة. كما انها من اولى الطرق التي استخدمت و ما زالت تستخدم في فصل الذهب و تبدو كما في شكل (1).

 

شكل (1): المنضدة الهزازة

 

تعتمد فكرة عمل المنضدة الهزازة على وجود قوتين متعامدتين احداهما ناتجة من اندفاع الماء و الاخرى من حركة اهتزازية عمودية عليها كما هو مبين في شكل (2). و يؤثر الماء على حبيبات الخام حسب الحجم بمعنى ان الحبيبات الخشنة (الكبيرة) اكثر من الحبيبات الناعمة (الصغيرة) تكون الاكثر تأثراً بغض النظر عن كثافتها. على الجانب الآخر تؤثر حركة الاهتزاز على الحبيبات حسب كثافتها اي ان تأثيرها يكون اكبر على الحبيبات الثقيلة اكثر من الحبيبات الخفيفة. كما ان هناك ميل في جسم المنضدة ليساعد في عملية الفصل و تختلف زاوية الميل حسب عدة عوامل مثل الفرق في الكثافة بين المعادن المراد فصلها و حجم الحبيبات و معدل التغذية و معدل حركة الاهتزاز. كما ان الفواصل (Riffles) الموجودة على سطح المنضدة هي التي يحدث عندها ترتيب (Stratification) للحبيبات حسب تأثرها بالقوتين الموجودتين فيها بحيث ان الحبيبات الثقيلة الناعمة تكون في القاع لانها الاقل تأثراً بكلا القوتين. و تكون الفواصل اكثر سمكا قرب صندق التغذية بينم يقل السُمك في الاتجاه الآخر حتى تختفي تماماً.

شكل (2): فكرة عمل المنضدة الهزازة و توزيع نواتج الفصل عليها

 

تتوزع الحبيبات الناتجة بحسب كثافتها و حجمها كما يظهر في شكل (3) بحيث تأتي الحبيبات الكبيرة الخفيفة في اقرب منطقة تليها الحبيبات الكبيرة الثقيلة و الحبيبات الصغيرة الخفيفة و يسمى المنتج المتوسط (Middling) و في ابعد منطقة تتجمع الحبيبات الصغيرة الثقيلة.

شكل (3): توزيع الحبيبات الناتجة على المنضدة الهزازة

سننتقل بعد ذلك الى اجهزة الفصل الفائقة بالجاذبية و التي تعتمد على القوة الطاردة المركزية.

4- جهازي فالكون و نيلسون (Falcon Concentrator) ، (Knelson Concentrator):

و هما من الاجهزة الحديثة التي تعتمد على القوة الطاردة المركزية الناتجة من سرعة دوران عالية و تصل هذه القوة 200 ضعف الجاذبية الارضية في حالة جهاز نيلسون و حتى 600 ضعف في حالة جهاز الفالكون. و نظرية عملهما انه بداخل كل جهاز وعاء به فواصل (Grooves) يحدث بها ترتيب التراص (Stratification) بحيث ان الحبيبات الثقيلة تبقى بها و يتم تجميعها معاً في حين ان الحبيبات الخفيفة تخرج من الوعاء كما يظهر في شكل (4). و يوفر الجهازان القدرة على فصل معادن بينها فروق كثافة اقل من اجهزة الفصل بالجاذبية الاخرى و كذلك احجام حبيبات اقل وصولاً الى حوالي 10 ميكرون.

 

شكل (4): طريقة عمل جهازي فالكون و نيلسون

 

5- خضاضة كيلسي:

هو جهاز فصل يدمج بين الخضاضة (Jig) و القوة الطاردة المركزية كما هو مبين بشكل (5). يمكن ببساطة وصف عملها بأنه عبارة عن خضاضة يتم تدويرها بسرعة عالية تؤدي الى رفع كفاءة الفصل بحيث يمكن فصل حبيبات بحجم ناعم وصولاً الى 10 ميكرون.

 

 

شكل (5): طريقة عمل خضاضة كيلسي

 

6- جهاز الفصل المتعدد (Multi Gravity Separator MGS):

هو جهاز فصل يدمج بين المنضدة الهزازة (Shaking Table) و القوة الطاردة المركزية كما هو مبين بشكل (6). و يتكون الجهاز من جزء اسطواني الشكل مائل للخلف يتحرك بصورة هزازة افقية مع الدوران بسرعة لعمل قوة طاردة مركزية تعمل على تحسين كفاءة الفصل و القدرة على فصل حبيبات ناعمة وصولاً لحجم 5 ميكرون. و يتم فصل حبيبات المعدن الثقيل (عالي الكثافة) من الامام بينما يتم فصل المعدن الخفيف (قليل الكثافة) حيث ان الحبيبات الثقيلة تكون الاقل تأثرا بالقوة الطاردة المركزية والعكس صحيح للحبيبات الخفيفة.

 

 

شكل (6): طريقة عمل جهاز الفصل المتعدد

 

في انتظار تعليقاتكم و مقترحاتكم

 

طرق الفصل بالجاذبية (1/2)

طرق الفصل بالجاذبية (1/2)

 

في هذه المقالة سنبدأ الحديث عن طرق الفصل و البداية من الفصل بالجاذبية.

تمتاز طرق الفصل بالجاذبية بأنها صديقة للبيئة حيث لا تستخدم فيها اية مواد كيميائية و تعتمد على الفرق في الكثافة بين المعادن أو المواد المراد فصلها من بعضها البعض و لذلك لا يقتصر استخدامها على الصناعات التعدينية بل تمتد الى اعادة تدوير المخلفات. و يعتبر الفصل بالجاذبية احد اقدم طرق الفصل ان لم تكن اقدمها على الاطلاق. و الفصل بالجاذبية هي الطريقة الاكثر استخداما في تركيز الذهب و المعدن النفيسة نظرا لما تتمتع به من كثافي عالية عن الشوائب المصاحبة لها.

و لكي يكون الفصل ممكنا لابد من تحقق معيار التركيز (Concentration criterion) بحيث يكون مساوي او اعلى من 2.5 و كلما قلت قيمة هذا المعيار كلما ازدادت صعوبة الفصل كما يظهر في جدول 1. كما يظهر ايضا انه كلما قلت قيمة معيار التركيز كلما كان الفصل عند حجم حبيبي اكبر و هو ما قد يمثل عائق لاحتمال ان يكون هذا الحجم اكبر من حجم التحرر و من ثَمَّ لا يمكن الفصل. ويتم حساب معيار التركيز تبعاً للمعادلة التالية:

 

   >= 2.5

حيث: (ρ_h) هي كثافة المعدن او المادة الثقيلة

(ρ_l) هي كثافة المعدن او المادة الخفيفة  

(ρ_f) هي كثافة المائع و غالبا ما يكون الماء (في احيان اخرى يكون المائع الهواء او سائل عضوي او مُعَلَّق).

ملحوظة هامة للغاية لابد من الانتباه لها و هي ان في حالة وجود حبيبات  ثقيلة ناعمة و حبيبات خفيفة خشنة (كبيرة) سيكون لها نفس الكتلة و بالتالي لن يمكن فصلهما من بعضهما البعض. حل ذلك ان يتم الطحن بحيث ينتج توزيع حجمي ضيق للحبيبات (Close particle size distribution).

جدول 1: سهولة الفصل حسب قيمة معيار التركيز و الحجم الحبيبي المناسب لكل حالة، (شركة متسو، 2011)

 

و هناك العديد من طرق الفصل بالجاذبية سنذكر اهمها في السطور التالية.  

1-   الخضخضة (Jigging): و الخضاضة (Jig)، كما تظهر في شكل (1)، تعتمد فكرتها على وجود حوض به ماء يقع فوقه غربال حجم فتحاته اكبر من حجم حبيبات الخام المراد فصله و اصغر من كرات ذات كثافة متوسطة (باللون الازرق في شكل 1 في الأعلى) بين المعدن الثقيل و المعدن الخفيف بحيث ان هذه الكرات تبقى محتجزة فوق الغربال بينما يمكن للمعدن الثقيل المرور من الغربال. و يوجد غرفة لمكبس (Piston) له حركة رأسية لأعلى و اسفل فعند تحركه لأسفل يقوم بدفع الماء لأعلى و عندها يرتفع مستوى سطح الماء اعلى الغربال و يؤدي الى تحرك حبيبات الخام لأعلى و عند تحرك المكبس لأعلى ينحسر الماء و يبدأ ترسب حبيبات الخام لأسفل حسب كثافتها بحيث ان الحبيبات  الاثقل سيترسب اسرع من الحبيبات الخفيفة و بالتالي يمكن للحبيبات الثقيلة المرور من فتحات الغربال مروراً الى الحوض حيث تترسب و يتم جمعها بينما تطفو الحبيبات الخفيفة من اعلى الخضاضة و يتم فصلها بشكل مستقل. و يعتبر الفحم من اكثر الخامات التي يتم تركيزها بالخضاضات و عادة ما تسمى بعملية الغسيل (Washing).

 

شكل (1) طريقة عمل الخضاضة

 

2-   حلزون همفري (Humphreys Spiral):

 

و يوضح اسم الجهاز تصميمه حيث ،كما يظهر من شكل (2)، انه حلزوني الشكل. و اكثر استخداماته في فصل المعادن الثقيلة مثل الرمال السوداء و الذهب و حديثا في الفحم. و يتكون جهاز الفصل الحلزوني من قناة مكونة من عدة لفات كل واحدة منها عبارة عن شبه نصف دائرة. و يمكنه معالجة الحبيبات في النطاق الحجمي من 3 مم الى 75 ميكرومتر. و تكون التغذية عبارة عن روبة (pulp) تحتوي على نسبة حبيبات حجمية من 15% الى 50%.  و تكون التغذية من أعلى الحلزون و تتخذ طريقها نزولاً لأسفل في مسار حلزوني و تنشأ قوة طاردة مركزية يكون تأثيرها أكبر ما يمكن على الحبيبات الخفيفة و أقل ما يمكن على الحبيبات الثقيلة. هذا التأثير يؤدي الى ان تتجه الحبيبات الخفيفة الى اطراف شبه نصف الدائرة و كلما كانت الحبيبات أثقل كلما اتجهت نحو المركز حيث توجد فتحة  توصل لأنبوب يجمع الركاز بينما تمر الحبيبات الخفيفة الى اللفة التالية من الحلزون و تتكرر العملية كما يمكن ملاحظة ذلك من شكلي 3، 4.

 

 

 

شكل - 2. يوضح تصميم جهاز الحلزون

 

 

شكل - 3. يوضح توزيع المعادن المفصولة في جهاز الحلزون

 

                                                                                                                                                                    

 

شكل - 4. يوضح توزيع الحبيبات في جهاز الحلزون

 

في انتظار تعليقاتكم و مقترحاتكم