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

 

طرق الفصل الكهربي

 

طرق الفصل الكهربي

الفصل الكهربي  يعتمد على الفرق في خصائص التوصيلية الكهربية للمعادن و المواد المراد فصلها من بعضها البعض. و حيث انه توجد فروق في التوصيلية الكهربية بين معظم المعادن فإن هذه الطريقة تصلح نظريا لفصل معظم الخامات لكن استخدامها محدود نظراً لانها تتطلب مناخا جافا و يعتبر استخدامها في تركيز و فصل معادن الرمال السوداء هو التطبيق الابرز الذي يتم استخدامها فيه.

و تعتبر هذه الطريقة هي احدى الطرق التي تعتمد على الخواص السطحية للمعادن مثل التعويم الغوي و خلافاً لكل من الفصل بالجاذبية و الفصل المغناطيسي اللذان يعتمدان على خواص كتلة حبيبات المعدن. ذلك ان معظم التوصيلية الكهربية تقع في ذرات الطبقات السطحية  من الحبيبات.

و يمكن عمل الفصل الكهربي عن طريق ثلاث طرق لشحن حبيبات المعادن و سوف نستعرضها في السطور التالية.

1-   قذف الايونات (Ion bombardment): و فيها يتم شحن الحبيبات من خلال استخدام جهد كهربي عالي بين قطبين كهربيين بحيث يؤدي الى تأين الهواء (الغاز) بالقرب من الاقطاب و ينشأ تدفق مستمر من الايونات الغازية تسمى تدفق كورونا (Corona discharge). و الحبيبات المارة من خلال تدفق كورونا تتعرض للقذف من ايونات الغاز و تنشأ شحنة كهربية على سطحها. و يعتبر جهاز الجهد العالي (High Tension) هو احد اشهر الاجهزة التي تعمل بهذه الآلية كما يظهر في الشكل حيث ان المعدن الموصل سيتم قذفه بحيث يبقى المعدن غير الموصل ممسكاً بالاسطوانة.

 

 

 

جهاز الجهد العالي (High Tension)

 

و نوع آخر يستخدم نفس آلة العمل هو جهاز CoronaStat Separator كما يظهر في الشكل التالي. و له نفس فكرة العمل لكنه يوظف قطب كهربي ستاتيكي يعمل على تحسين كفاءة الفصل.

 

جهاز CoronaStat Separator

 

2-   الحث التوصيلي (Conductive Induction):  و تقوم هذه الآلية على تعريض الحبيبات الى مجال كهربي مما يؤدي الى استقطابها (Polarization) و تتوقف درجة هذا الاستقطاب المستحث (Induced polarization) على درجة التوصيلية  الكهربية للحبيبات.  و تعيد الحبيبات ذات التوصيلية الجيدة توزيع الشحنات على سطحها في حين ان الحبيبات غير الموصلة تبقى مستقطبة. و ينتج عن ذلك ان الحبيبات الموصلة سوف تنجذب لقطب الحث عالي الجهد في حين ان الحبيبات غير الموصلة ستبقى متمسكة بالاسطوانة كما هو مبين في الشكل التالي.

 

آلية عمل الحث التوصيلي (Conductive Induction)

 

و تعمل هذه الآلية بشكل فعال في فصل المعادن ذات التوصيلية العالية من المعادن غير الموصلة و ذات التوصيلية المنخفضة اي انه يلزم وجود فارق كبير في التوصيلية. و اكثر الاجهزة المستخدمة من هذا النوع هما  جهاز اللوح الكهربي (Electrostatic plate separators)       و جهاز الغربال الكهربي  (Electrostatic screen separators)   كما يظهر بالشكلين التاليين.

 

 

Electrostatic plate separator

 

Electrostatic screen separators

 

 

3-   الشحن بكهرباء الاحتكاك (Triboelectric Charging): يحدث شحن الحبيبات عندما يحدث احتكاك بين حبيبات معادن مختلفة في خواصها الكهربية و يحدث بينها تبادل الكترونات. و هذه الآلية تجعل من الممكن فصل اي انواع مختلفة من المعادن من بعضها البعض و لا يتطلب فارق كبير في التوصيلية الكهربية بينها.  و يعد جهاز (ST) هو احدث جهاز من هذه العائلة و طريقة عمله موضحة بالشكل ادناه. و يمكن لهذا الجهاز فصل الحبيبات من حجم 300 ميكرون و حتى 1 ميكرون فقط.

 

 

جهاز ST

 

 

لا تنسوا الاشتراك في القائمة البريدية ليصلكم كل جديد

في انتظار تعليقاتكم و مقترحاتكم و اسئلتكم