بررسی تاثیر سایش بر درجه آزادی آندالوزیت بزمان و تعیین شرایط بهینه

دسته کانه آرایی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده مجید طاطاری۱، احمد امینی۲، محمد نوع پرست۳، منوچهر اولیاءزاده۴
تاريخ برگزاری ۰۹ اسفند ۱۳۸۴

چکیده

کانسار آندالوزیت بزمان در جنوب شرقى ایران و در استان سیستان و بلوچستان قرار دارد. این ذخیره با توجه به ذخیره بالاى آندالوزیت آن مى تواند براى استخراج و فرآورى آندالوزیت جهت کاربرد در صنایع نسوز مورد توجه قرار گیرد. نمونه کانسار آندالوزیت بزمان جهت بررسى هاى فرآورى استفاده شد. تجزیه شیمیایى و XRD نمونه نشان داد که داراى حدود ۲۵% آلومین و ۲۰% آندالوزیت مى باشد. کانیهاى همراه آندالوزیت، شیست، میکا و کوارتز و به مقدار کمى فلدسپات مى باشد. مطالعات کانى شناسى نشان داد که درجه آزادى قطعات آندالوزیت در بخش ۵۰۰+ میکرون پایین مى باشد، این امر فرآورى آندالوزیت را که غالبا با استفاده از روش واسطه سنگین انجام مى شود، و نیازمند ابعاد مناسب و درشت(۵۰۰+ میکرون) است را با مشکل روبرو ساخته است. بنابراین سعى شد که  با استفاده از عملیات سایش و استفاده از اختلاف سختى آندالوزیت در مقابل کانیهاى همراه، درجه آزادى را افزایش داد. بدین منظور در سه فراکسیون ابعادى ۱۷۰۰+۳۰۰۰- ، ۵۰۰+۱۷۰۰-  و۵۰۰+۳۰۰۰- میکرون آزمایش هاى لازم انجام شد و نتایج حاصل نشان داد که بخش ۵۰۰+۳۰۰۰- میکرون داراى بهترین شرایط است.

کلمات کلیدى: آندالوزیت، بزمان، سایش، تاگوچى.

 

The effect of Scrubbing on Bazman Andalusite Processing

Majid tatari۱,Ahmad Amini۲,Mohammad Noaparast۳, Manochehr Oliazadeh۴

۱- Graduated Student of Mining Engineering, Mineral Processing, <?xml:namespace prefix = st۱ ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />University۱:PlaceType> of Tehran۱:PlaceName>۱:place>.

۲-MSc, Mineral Processing, Geological Survey of Iran۱:place>۱:country-region>

۳-Associate Professor, Mining Eng Department, Faculty of Eng, University of Tehran۱:place>۱:City>.

۴- Professor, Eng Department, Faculty of Eng, University of Tehran۱:place>۱:City>.

 

Abstract

Bazman Andalusite deposit is located in south-east of Iran۱:place>۱:country-region> in Sistan-Balochestan province, and due to it high ore reserves could be considered for further extraction and Processing operations.  In order to study on processing of Bazman ores, the required sample was prepared, and then it was analyzed in chemical analysis and XRD tests.  The results indicated that the sample consisted of ۲۵% of  Alomina, and ۲۰% of andalusite, and the other minerals were mica, quartz, feldspar and etc.  The mineralogical studies showed that the andalusite particles in sample are fine, and therefore heavy media separation would not be effective to process it, as it requires particles coarser than ۵۰۰ microns.  Therefore it was attempted to study on the effect of scrubbing on the andalusite processing in three different size fractions; -۳۰۰۰+۱۷۰۰, -۱۷۰۰+۵۰۰, and -۳۰۰۰+۵۰۰ microns.  Various scrubbing experiments were carried out and based on obtained results the optimum conditions were determined.

Key words: Andalusite, Bazman, Scrubbing, Taghochi

 

- مقدمه

آندالوزیت، سیلیمانیت و کیانیت پلی مرفهایی از آلومینو سیلیکاتهای بدون آب هستند، که بعنوان کانیهای گروه کیانیت شناخته می شوند. کانیهای این گروه به دلیل وجود آلومین بالا به عنوان مواد دیرگداز در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند[1].

کانسار آندالوزیت بزمان در استان سیستان و بلوچستان قرار دارد. این کانسار با توجه به حجم بالای ذخیره (150 میلیون تن) و عیار 20-30 درصد آندالوزیت از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. روش عمده فرآوری آندالوزیت، استفاده از روش واسطه سنگین می باشد[2]، که بدین منظور عمدتا بخش دانه درشت (500+ میکرون) مورد استفاده قرار می گیرد. مطالعات نشان می دهد که در این کانسار، درجه آزادی آندالوزیت پایین بوده و درابعاد 500+ میکرون به درجه آزادی مناسب نمی رسد، و  این امر تولید کنسانتره مطابق استاندارد مصرفی (Al2O3>52%، Fe2O3<1%) را با مشکل روبرو می سازد. جهت آزاد سازی آندالوزیت از کانیهای همراه شامل شیست ، میکا، کوارتز و فلدسپات، لازم است که نمونه تا اندازه حدود 800 میکرون خرد شود و بنابراین باید سعی شود که در اندازه درشت  (در محدوده کاربرد واسطه سنگین) اقدام به فرآوری آندالوزیت نمود و کاربرد یک یا چند مرحله سایش قبل از واسطه سنگین جهت حذف ناخالصیهای شیست، میکا و کوارتز که عمدتا سطح آندالوزیت را پوشانده اند، می تواند موثر واقع گردد. در این فرآیند با توجه به سختی بالاتر آندالوزیت نسبت به کانیهای همراه، در اثر برخورد مواد خردایش و نرم شدگی در این کانیها (کانیهای همراه) بسیار بالاتر از آندالوزیت می باشد، که موجب افزایش درجه آزادی و همچنین عیار آندالوزیت میشود.

2- روش انجام کار

تاثیر سایش بر آزادسازی و افزایش عیار آندالوزیت، در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا نمونه لازم از کانسار آندالوزیت بزمان تهیه شد و طبق تجزیه شیمیایی نمونه مذکور دارای  33/25 درصد Al2O3، 02/9 درصد Fe2O3، 91/56 درصد SiO2 و 3 درصد K2O می باشد. همچنین آنالیز XRD نمونه دلالت بر وجود 7/20 درصد آندالوزیت، 9/32 درصد بیوتیت، 31 درصد کوارتز و 4/15 درصد فلدسپات و دیگر کانیها دارد.

در مرحله آماده سازی، ابتدا نمونه تا ابعاد 3 میلیمتر خرد شده و مورد بررسی های شیمیایی و کانی شناسی لازم قرار گرفت. نتایج آنالیز شیمیایی در دانه بندی های  مختلف دلالت بر آن دارد که با افزایش ابعاد ذرات، میزان Al2O3  افزایش و میزان Fe2O3 کاهش می یابد(شکل 1). علت این امر در سختی بالاتر آندالوزیت نسبت به کانی های همراه می باشد، و در مرحله خردایش، نرمه کمتری از آندالوزیت نسبت به دیگر کانیها بوجود می آید که این امر می تواند در فرآوری آندالوزیت مورد استفاده قرار گیرد. به منظور تعیین درصد آندالوزیت چند نمونه مورد آنالیز XRD قرار گرفت، و رابطه Y=0/0765X1/7971 (Y درصد آندالوزیت، X درصدAl2O3)، با ضریب همبستگی 9834/0 بین عیار آندالوزیت و درصد Al2O3 نمونه بدست آمد. بنابراین بمنظور تخمین میزان آندالوزیت نمونه و همچنین محاسبه بازیابی، این رابطه می تواند مورد استفاده قرارگیرد(شکل 2).

نتایج حاصل از تجزیه سرندی نمونه نشان داد که حدود 68 % از مواد در بخش 500+ میکرون قرار دارند، و با محاسبه چگونگی توزیع Al2O3 و آندالوزیت مشخص شد که حدود 76% از Al2O3و 80 % آندالوزیت کل نمونه در این بخش قرار دارد و همچنین d80 محصول آماده سازی شده معادل120 میکرون بدست آمد.

نتایج حاصل از بررسی کانی شناسی بخش 500+ میکرون  نشان داد که درجه آزادی در بخش 2380+3000- میکرون برابر25%، برای بخش1700+2380- میکرون برابر 38%، برای بخش850+1700- میکرون برابر 85% و برای بخش500+850- میکرون برابر 90% می باشد. همچنین ادخالهای کوچک شامل منیتیت، ایلمنیت و گرافیت در داخل آندالوزیت وجود دارند. همچنین ملاحظه گردید که با توجه به درجه آزادی موجود، بدست آوردن کنسانتره نهایی در این بخش (500+ میکرون) مطابق استاندارد مصرفی غیر ممکن می باشد. البته باید ذکر نمود که با خردایش تا 850 میکرون درجه آزادی بالای 90 درصد حاصل می شود ولی این عمل باعث می شود مقدار زیادی از آندالوزیت به قسمت نرمه (500- میکرون) منتقل شود، و همچنین واسطه سنگین کارایی مناسب را در این ابعاد نخواهد داشت.

با توجه به نتایج بررسی اولیه و مطالعات کانی شناسی، آزمایش های سایش برای بررسی آنکه بر آزاد سازی و امکان بهبود عیار آندالوزیت در سه فراکسیون 1700+3000-، 500+1700- و500+3000- میکرون تاثیر دارد، انجام گرفت. جهت طراحی آزمایش ها در هر فراکسیون سه پارامتر دور موتور، غلظت وزنی جامد، و زمان بعنوان پارامترهای اصلی و موثر در نظر گرفته شد. میزان این پارامترها با توجه به تجربیات گذشته و آزمایشهای اولیه و مطالعات انتخاب گردید.                                                                            

 با استفاده از نرم افزار Qualitek-4 و روش طراحی آزمایش تاگوچی[3]، 9 آزمایش برای هر فراکسیون جهت بررسی پارامترها و انتخاب شرایط بهینه پیش بینی شد. در جدول1 شرایط آزمایش های سایش برای هر یک از فراکسیون های فوق ارائه شده است.

3- شرح آزمایش ها و تحلیل نتایج

الف- بخش 1700+3000- میکرون

آزمایشهای انجام شده در این دانه بندی طبق شرایط آزمایشهای سایش، طراحی شده توسط روش تاگوچی انجام شد. نتایج حاصل از این آزمایش ها در جدول2 ارائه شده است. نتایج حاصل از آزمایشها  با در نظر گرفتن فاکتورهای میزان Al2O3 و Fe2O3 در محصول و کنسانتره، میزان نرمه(500- میکرون) و میزان بازیابی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. شرایط بهینه آزمایشها برای دور موتور 1500 دور بر دقیقه، غلظت 70 درصد جامد و زمان 20 دقیقه انتخاب گردید.

ب- بخش 500+1700- میکرون

نتایج این آزمایش ها در جدول2 ارائه شده است و در این بخش نیز نتایج حاصل با توجه به پارامترهایی مانند Al2O3 وFe2O3  در محصول و باطله و میزان بازیابی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و شرایط بهینه دور موتور 1500 دور بر دقیقه، غلظت 70 درصد جامد و زمان 25 دقیقه بدست آمد.

ج- بخش 500+3000- میکرون

شرایط و نتایج حاصل از آزمایش های سایش در این فراکسیون در جدول 2 ارائه شده است و در این بخش نیز نتایج با توجه به پارامترهایی مانند Al2O3 وFe2O3  در محصول و باطله و میزان بازیابی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و در نهایت شرایط بهینه دور موتور 1500 دور بر دقیقه، غلظت 70 درصد جامد و زمان 25 دقیقه انتخاب گردید. نتایج کلی حاصل از آزمایش های سه دانه بندی بیانگرآن است که میزان Al2O3 در فراکسیون 500+3000-  میکرون بیشتر از دو فراکسیون دیگر می باشد علت میتواند در بودن ذرات درشت و ریز در این فراکسیون به همراه هم باشد، لذا محیط سایش بهتری نسبت به دو فراکسیون دیگر که صرفاَ مواد درشت یا ریز قرار دارند، می شود. این فرآیند در نتیجه موجب افزایش میزان Al2O3  و کاهش بیشتر ناخالصی ها و عناصر نامطلوب بویژه Fe2O3 وK2O  شده است. تاثیر هر یک از پارامترهای اصلی بر عملیات سایش ذیلاَ توضیح  داده شده است.

3-1-  تاثیر دور موتور

تاثیر دور موتور بر میزان Al2O3 و Fe2O3  در شکل های 3 و 4 در دانه بندی های فوق ارائه شده است. همانگونه که ملاحظه می شود میزان Al2O3 محصول برای دو دانه بندی 500+3000- و1700+3000- میکرون تقریبا به صورت خطی و با افزایش دور موتور افزایش می یابد، ولی در دانه بندی 500+1700- میکرون ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد. همچنین ملاحظه می شود که میزان Al2O3 در دو دانه بندی 500+3000- و1700+3000- میکرون بالاتر از دانه بندی 500+1700- میکرون است. در نتیجه مقدار Al2O3  در دانه بندی 500+3000- میکرون، بیشتر از دو دانه بندی دیگر است. همچنین باید ذکر نمود که بالا بودن مقدار Al2O3 در محصول دانه بندی 1700+3000- میکرون به علت بالاتر بودن مقدار اولیه Al2O3 در خوراک نسبت به دو دانه بندی دیگر است. البته مشاهده می شود که در بهترین حالت مقدار Al2O3 در محصول دانه بندی 500+3000- میکرون با دانه بندی فوق الذکر برابر می باشد. این موضوع را با این دلیل که در دانه بندی 500+3000- میکرون مواد ریز و درشت در کنار هم قرار دارند، و در این شرایط سایش بهتر از حالت هائی است که مواد درشت و یا ریز به تنهایی قرار دارند. این توضیح در مورد  مقدار Fe2O3 محصول نیز صادق است. همچنین افزایش Al2O3 و کاهش Fe2O3 با افزایش دور موتور را می توان با توجه به افزایش سرعت گردش که موجب سایش بهتر سطح کانی می شود، توجیه نمود. همچنین مشاهده می شود که در دور موتور پایین تر میزان Al2O3 در دانه بندی 1700+3000- میکرون بیشتر از دانه بندی 500+3000- میکرون است که این امر بعلت بالا بودن Al2O3  در خوراک اولیه است. البته با افزایش دور موتور بعلت ایجاد شرایط بهتر سایش، اختلاف کاهش یافته و در دور موتور 1500 این دو مقدار با هم برابر می شوند.

3-2- تاثیرغلظت جامد

در شکل های5 و6 تاثیر پارامتر غلظت وزنی جامد بر میزان  Al2O3 و Fe2O3 در سه دانه بندی مورد آزمایش ارائه شده است. بهترین حالت در هر سه دانه بندی و در مورد Al2O3 و Fe2O3 مربوط به غلظت 70 % وزنی جامد می باشد، که این امر را با توجه به آنکه در غلظتهای کمتر(65% وزنی) بدلیل کمتر بودن برخورد ذرات، سایش کمتر است و در غلظت بالاتر(75 درصد وزنی جامد) نیز بعلت زیاد از حد بودن غلظت، حرکت ذرات به کندی صورت می گیرد، استدلال نمود. در این شکلها نیز مشاهده می گردد که میزان Al2O3 در محصول دانه بندی 500+3000- میکرون از برآیند دو دانه بندی دیگر بالاتر است، و همانطوریکه در بالا ذکر شد علت آن در شرایط بهتر این دانه بندی است. همچنین این استدلال در مورد Fe2O3 نیز صادق است.

3-3- زمان سایش

در شکل های 6و 7 نیز تاثیر زمان سایش بر میزان Al2O3 و Fe2O3 ارائه شده است و مشاهده می شود که در بخش 500+ میکرون پس از سایش مقدار Al2O3 با افزایش زمان افزایش و Fe2O3 کاهش می یابد. بهترین زمان سایش برای این دانه بندی 25 دقیقه است. مقدار Al2O3 در دانه بندی 500+3000- میکرون از برآیند دو دانه بندی دیگر بالاتر است و مقدار Fe2O3 در دانه بندی فوق کمتر از برآیند دو دانه بندی دیگر می باشد. همچنین در زمانهای پایین(15 و 20دقیقه) مقدار Al2O3 در دانه بندی 500+3000- کمتر از دانه بندی 1700+3000- میکرون است و مقدار Fe2O3 بالاتر می باشد، در صورتی که مشاهده می شود در زمان 25 دقیقه و در شرایط بهینه هر دو دانه بندی تقریبا مقداری مشابه Fe2O3 دارند.

 بررسی پارامترها فوق الذکر نشان می دهد که زمان سایش، بیشترین تاثیر را در میزان Al2O3  محصول دارد. سرعت گردش در مرتبه بعد و غلظت نیز در رتبه سوم تاثیر بر مقدارAl2O3 (در سایز 500+3000- میکرون) قرار دارد. با توجه به اینکه حالت بهینه آزمایش سایش، معادل سرعت گردش 1500، غلظت 70 درصد و زمان 25 دقیقه بود و با توجه به اینکه آزمایشی با این شرایط در آزمایشهای اولیه وجود نداشت، لذا آزمایشی دیگر با شرایط فوق صورت گرفت که نتایج حاصل را تصدیق می نماید. مشاهده میشود که محصولی با عیار حدود 48/55 درصد آندالوریت و بازیابی 80 درصد قابل دستیابی است. همچنین بمنظور حصول اطمینان از آنکه زمان انتخاب شده نیز بهینه باشد، زمانهای بالاتر با سرعت گردش و غلظت ثابت آزمایش گردید و ملاحظه شد که در میزان Al2O3 و Fe2O3 تغییر چندانی حاصل نشده است. البته مقدار نرمه حاصل افزایش داشت که در نتیجه باعث کاهش بازیابی گردید.

3-4- بررسی تاثیرسایش بر درجه آزادی

پس از انجام آزمایش ها، بررسی تاثیر فرآیند سایش بر فرآوری نمونه و همچنین افزایش درجه آزادی، از محصول شرایط بهینه سایش، تیغه های نازکی تهیه و درجه آزادی و کانی شناسی قبل و پس از آزمایش های سایش مقایسه شدند. ملاحظه شد که درجه آزادی کانی با عملیات سایش افزایش زیادی یافته است. تاثیر عملیات سایش به این صورت بوده است که مقدار درجه آزادی در بخش 1700+3000- میکرون از 38%  به حدود 52% در بخش850+1700- میکرون، درجه آزادی با حدود 10-15% افزایش به حدود 90% رسیده است. همچنین در بخش 500+600- میکرون نیز از حدود 85-90% به حدود 90-95% رسیده است. بنابراین باید متذکر شد که در حالات قبل از سایش قطعات آزاد عمدتا دارای پوشش هایی از شیست، میکا و کوارتز بودند، که پس از سایش مقدار این پوشش بسیار کم شده است. البته علی رغم اینکه مقدار پوشش و آزادی آندالوزیت افزایش چشمگیری داشته است، لیکن هنوز پوشش و درگیریهایی وجود دارد که می تواند در محصول نهایی ایجاد مشکل نماید، افزایش زمان سایش میتواند یک راه حلی برای این مشکل باشد، ولی با افزایش زمان نیز تغییر چشمگیری در میزان Al2O3 در بخش 500+ میکرون ، پس از سایش ایجاد نشد. علت این امر می تواند آن باشد که با افزایش زمان سایش، میزان نرمه در محیط به شدت افزایش می یابد و لیکن شرایط محیط مانند شروع آزمایش مناسب سایش نمی باشد و مواد نرمه باعث کاهش کارایی عملیات می شود. علت دیگر آن است که تولید نرمه در اثر برخورد کانیهایی که اکثر آنها را کانیهای مزاحم و همراه آندالوزیت تشکیل می دهد، بسیار بیشتر از تولید نرمه حاصل  از سایش سطح قطعات آندالوزیت می باشد. بدین دلیل پیشنهاد می گردد که پس از یک مرحله سایش و جداکردن بخش 500- میکرون و سپس با استفاده از واسطه سنگین و جداکردن بخش شناور(کانی های مزاحم)  از بخش 500+ میکرون، این بخش تحت یک مرحله عملیات سایش دیگر قرار گیرد تا سطح کانیهای آندالوزیت از پوشش های شیست، میکا وسیلیسی پاک شده و تولید کنسانتره مطلوب مقدور گردد.

4- نتیجه گیری

نمونه کانسار آندالوزیت بزمان در استان سیستان و بلوچستان مورد بررسی های فرآوری قرار گرفت. در ابتدا آزمایش های سایش صورت پذیرفت تا حالت بهینه پارامترهای موثر بر سایش بدست آید و همچنین میزان تاثیر سایش بر درجه آزادی آندالوزیت مورد بررسی واقع شد که نتایج حاصل ذیلاَ ارائه می شود.

با توجه به درجه آزادی پایین کانی در بخش 500+ میکرون تولید محصول مناسب در این بخش بدون آزمایش سایش با مشکل روبرو است. آزمایش های سایش در سه بخش ابعادی انجام شد که دانه بندی 500+3000- میکرون بهترین نتایج را به دلیل همراه بودن ذرات ریز و درشت و شرایط محیط سایش بدست داد. تحلیل نتایج دلالت بر آن دارد که از پارامترهای اصلی، افزایش دور و زمان موتور، باعث افزایش میزان Al2O3 میشود. بهترین مقدار غلظت جامد 70% بدست آمد و در شرایط بهینه محصول آندالوزیتی با عیار حدود 55% و بازیابی 80% قابل دستیابی از این مرحله سایش است. همچنین نتایج حاصل نشان می دهد که با استفاده از یک مرحله سایش افزایش چشمگیری در درجه آزادی کانیهای آندالوزیت و پاک شدن سطح آن از کانیهای همراه بوجود آمد. البته همچنان مقداری پوشش کانیهای همراه بر روی کانیها قرار دارد که یک مرحله دیگر سایش بعد از جدایش واسطه سنگین را جهت تولید کنسانتره مناسب، الزامی می نماید. همچنین عیار آندالوزیت به بالای 50 درصد افزایش می یابد، که مقداری قابل توجه می باشد.

1- Grobbelaar.A.P, (1996) “ Market Overview Sillimanite Minerals”, Industrial Mineral, pp.63-67.

2- Overbeek.P.W,(1989), “ Andalusite in South Africa” , Journal of  the South African Institute of Mining and Metallurgy,  pp.157-171.

3- محمد کاراموزیان، سمینار کارشناسی ارشد – استخراج ، " معرفی روش تاگوچی جهت طراحی آزمایشهای صنعتی ". استاد راهنما : دکتر سید ضیاء الدین شفاهی. 1380.

4- پرویز پورقهرمانی گل تپه، پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی معدن – اکتشاف، " فرآوری آندالوزیت خراسان (سرتل)"، اساتید راهنما: دکتر منوچهر اولیازاده، مهندس جمشید روح شهباز، دانشگاه تهران، 1375.

 

کلید واژه ها: آندالوزیت سیلیمانیت کیانیت آندالوزیتبزمان کانه آرایی سایر موارد