بررسی امکان جایگزینی سلول فلوتاسیون ستونی با سلول مکانیکی در مرحله کلینر سرب سولفیدی کارخانه منصور آباد

دسته کانه آرایی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده سید محمدجواد کلینی
تاريخ برگزاری ۳۰ بهمن ۱۳۸۵

 

مقدمه :

 

      صنعت فرآورى مواد معدنى در ده سال گذشته شاهد پیشرفت‌هاى چشمگیرى بوده است که بدون تردید، سلول فلوتاسیون ستونى یکى از بارزترین آنها مى‌باشد.  امروزه انواع مختلف سلول ستونى به بازار عرضه شده است که هر کدام از آنها مى تواند جایگزین سلول مکانیکى معمولى شود  و درحالى که  کارایى کارخانه فلوتاسیون را بالا میبرد، از میزان سرمایه گذارى  اولیه نیز  تا حد زیادى مى کاهد. کاربرد انواع مختلف ستون در جهان، در فرآورى کانه هاى فلزى متنوع بوده است .در کارخانه فلوتاسیون سرب و روى معدن راجپورا[۱] آزمایش‌ها پیوسته‌اى با استفاده از نصب سه ستون انجام شد. نتایج آزمایشها نشان میدادکه استفاده از ستونها باعث مى‌شود که میزان مواد غیر محلول از ۷-۸ درصد به ۲ تا ۴ درصد کاهش و عیار روى از ۵۰-۴۸ درصد به ۵۵-۵۲ درصد افزایش یابد، در ضمن هیچگونه کاهش نیز در بازیابى وجود نداشت]۲[. در معدن سرب و روى پلاریس[۲] کانى‌هاى اسفالریت و گالن است با دولومیت و کلسیت همراه مى باشند. یک ستون به قطر cm۶۰ در مدار سرب معدن پلاریس مورد استفاده قرار گرفته است. این ستون عیار سرب نهایى را از ۷۹ درصد به ۸۱ درصد بدون کاهش بازیابى، افزایش مى‌دهد. استفاده از فلوتاسیون ستونى سه فایده عمده دارد: علاوه بر تولید کنسانتره باعیار بالاتر،‌سلول ستونى شدت انرژى کمتر و فضاى کمترى نسبت به سلول مکانیکى نیاز دارد]۳[.

           معدن ردداگ[۳] در شمال غربى آلاسکا واقع شده و بزرگترین تولید کننده کنسانتره روى در دنیا است. مدار فلوتاسیون معدن ردداگ در طول ۱۴ سال عمر عملیات بار ها بهبود یافته است.فلوتاسیون شامل ۳ مرحله متوالى،مرحله پیش فلوتاسیون براى زدودن فاز آلى کربن و عنصر سولفور ،فلوتاسـیون سرب و فلوتاسیون روى است.تجـهیزات فلوتاسیون شـامل  سلولهاى تانک اتوکومپو (ok)   m۳۵۰  براى هر دو مرحله رافر و کلینر و سلول هاى ستونى شرکت خلیج و اقیانوس اطلس براى شستشو نهایى است.بخش بازیابى روى شامل ۳ مرحله فلوتاسیون است که باید توسط باطله کلینر اول تغذیه شود.مرحله اول فلوتاسیون معمولى است که در آن باطله روى به طور مدار باز به باطله نهایى مى رود.کنسانتره به مدار بسته با آسیا فرستاده مى شود تا محصولى با d۸۰   mμ ۱۷–۲۹  تولید شود.خردایش دوباره وابسته به خصوصیات و پارامتر هاى عملیات است.سرریز سیکلون به مرحله دوم فلوتاسیون معمولى (مرحله دوم بازیابى روى) و سپس  مرحله سوم مى رود.مرحله سوم شامل ۲ ستون با قطر ۶۶/۳ متر (ستون هاى ۱۱و۱۲) که براى تولید ۲۵% کنسانتره روى نهایى طراحى شده اند]۴[.

          در معدن سرب و روى پاین پوینت[۴] کانه‌هاى سرب و روى با MgO همراه است. کنسانتره روى که توسط معدن تولید مى‌شود باید مقدار ناخالصى MgO آن ۴/ درصد یا کمتر باشد. (بدلیل محدودیت در پروسه لیچینگ والکترووینینگ).براى برداشت دولومیت از کنسانتره روى یک پروسه لیچینگ با اسید سولفوریک انجام مى‌شود. لیچینگ بدلیل هزینه‌بالاى اسید گران است. براى بهبود جداسازى اسفالریت دولومیت فلوتاسیون ستونى پیشنهاد مى‌شود، چون هزینه‌هاى لیچینگ کاهش مى‌یابد. براین اساس یک ستون به قطر in)۱۵) ۳۸ سانتى‌متر در مدار روى در کارخانه نصب شد. نتایج نشان مید هد که ۷۰ تا ۸۰ درصد روى در کنسانتره رافر، مى‌تواند در یک مرحله شستشو در ستون با میزان MgO ۴/. درصد بازیابى شود]۲[. در شستشوى روى در مدار روى روتان[۵]  در آزمایشات، ستون را به عنوان کلینر مرحله سوم و کلینر مرحله چهارم به کار برده‌اند. در هر دو حالت مشاهده مى شود که عیار روى در ستون نسبت به سلولهاى مکانیکى بیشتر است ، هر چندبازیابى تغییر چندانى نمى کند . نتایج نشان مى دهد که ستون مى‌تواند کنسانتره‌اى با ۴ واحد عیار روى بالاتر از سلولهاى مکانیکى با همان بازیابى ایجاد کند]۵[.

 

 

بحث :

 

۱-     طراحی آزمایشها

      معمولاً به علت وجود عوامل مختلف و متعدد درگیر در طرح، تعداد آزمایش‌ها زیاد شده و هزینه گزاف و زمانى طولانى مصرف مى‌شود. طراحى آزمایش‌ها شامل یکسرى از آزمایش‌هایى است که بطور آگاهانه در متغیرهاى ورودى فرآیند تغییراتى ایجاد مى‌گردد تا از این طریق میزان تغییرات حاصل در پاسخ خروجى فرآیند مشاهده و شناسایى شود. [۶و۷].

     ستون آزمایشگاهى که در این تحقیق مورد بررسى قرار گرفته است، داراى ارتفاع ۱۵۳۵میلیمتر است که ۴۶۵ میلیمتراز آن، ناحیه شستشو و۱۰۷۰میلیمتراز آن، ناحیه بازیابى است. قطر ستون ۷۴میلیمتر است. بنابراین ستون مذکور ،داراى سطح مقطع ۴۳/۰ متر مربع و حجم ۶۶/۰مترمکعب است.شکل( ۱( شمایى از این ستون را نشان مى دهد]۱[.

براى انجام آزمایشها، خوراک بعد از آماده سازى در خط فلوتاسیون وارد تانک ذخیره مى شود. با توجه به اینکه اصول کار بر اساس جایگزینى سلول ستونى به جاى سلول فلوتاسیون معمولى در کارخانه مى باشد لذا پارامترهاى کنترلى سلول ستونى براى بهینه سازى در نظر گرفته شد و فرض بر این است که مراحل قبلى اعم از  خردایش، میزان درصد جامد، داروهاى مورد استفاده و میزان مصرف آنها و همچنین مرحله آماده سازى در شرایط بهینه خود مى باشد.لذا انجام آزمایش ها بر روى همان خوراک آماده شده اى انجام شد که وارد سلول فلوتاسیون معمولى واقع در رافر مدار فلوتاسیون روى سولفوره مى شود.همجنین در جدول ۱ نتایج کار دو سلول جفتى  فلوتاسیون مکانیکى در قسمت رافر روى سولفوره براى مقایسه با نتایج آزمایشها ارائه مى شود.در شکل ۲ شمایى کلى از مراحل فلوتاسیون خوراک کارخانه منصور آباد مشاهده مى شود. خوراک ورودى به ستون فلوتاسیون قبل از مرحله فلوتاسیون سرب سولفیدى دریافت مى شود.

 

 

جدول۱- میزان کارایى جدایش بر اساس مشخصات جریانها

                    جریانها

      مشخصات

خوراک

ته ریز

سرریز

عیارسرب(%)

۲/۵۳

۳۲/۳۵

۹۳/۶۱

عیارروى(%)

۶/۳

۲/۹

۲۶/۲

بازیابى سرب(%)

۱۰۰

۷۸/۲۱

۲۲/۷۸

بازیابى روى(%)

۱۰۰

۳۴/۴۹

۶۶/۵۰

کارایى جدایش سرب(%)

۱۳/۳۵

 

معادلاتى که براى محاسبه بازیابى و کارایى جدایش در جدول ۱ به کار رفته است به شرح  زیر مى باشد.

بازیابى سرب و روى در ته ریز :                               

    (۱)                                                                                         

بازیابى سرب و روى در سرریز :                            

    (۲)                                                                                             

محاسبه کارایى جدایش روى :                                                            

    (۳)                                                                     

در معادلات بالا  f وc و t عیار سرب و روى به ترتیب در خوراک، سرریز و ته ریز مى باشد.

براى انجام آزمایشها چهار پارامتر عملیاتى ستون یعنى نرخ آب شستشو، نرخ ته ریز، نرخ خوراک، نرخ هوا بررسى شده اند. طراحى آزمایشها با استفاده از نرم افزار Qualitek-۴ و تعداد آزمایشهاى مورد نیاز توسط این نرم افزار تعیین شد.لازم به ذکر است به منظور بهینه سازى پارامترها از آرایه متعامد L۹ براى چهار عامل گفته شده در بالا و سه سطح استفاده شد. آرایه L۹ انتخابى تاگوچى در جدول ۱ آورده شده است. آزمایشها بر اساس جدول ۲ انجام شد و براى اینکه نمونه ها معرف باشند، بعد از ثبات در ستون نمونه گیرى سه بار هر ۳ دقیقه یکبار انجام شده و مدت نمونه گیرى براى هر بار نمونه گیرى ۵ ثانیه در نظر گرفته شد هر آزمایش نمونه گیرى از سرریز و ته ریز انجام مى شود. نمونه ها پس از خشکایش براى تعیین عیار و بازیابى به آزمایشگاه فرستاده شد. نتایج آنالیز نمونه هاى هر آزمایش در جدول ۳ مشاهده مى شود.

جدول۲ – آرایه  L۹ انتخابى تاگوچى

         پارامترها

آزمایش­ها                

دبی خوراک

دبی هوا

دبی آب شستشو

عمق کف

۱

۵/۰

۱

۱/۰

۱۵

۲

۵/۰

۷۵/۱

۲۵/۰

۲۰

۳

۵/۰

۵/۲

۴/۰

۲۵

۴

۷/۰

۱

۲۵/۰

۲۵

سید محمدجواد کلینی، استادیارگروه فرآوری مواد معدنی، دانشگاه تربیت مدرس Koleini@Modares.ac.ir

سجاد قلیزاده ،دانشجوی کارشناسی ارشد فرآوری مواد معدنی ، دانشگاه تربیت مدرس

 

چکیده:

 

واحد صنعتی فراوری سرب روی منصورآباد به منظور تهیه کنسانتره سرب و روی فعالیت می کند. در این کارخانه ترکیبات سرب و روی در چند مرحله توسط فلوتاسیون از همدیگر جدا می شوند.دستگاههایی که در خطوط فلوتاسیون به کار گرفته شده اند سلولهای فلوتاسیون مکانیکی می باشند. با توجه به کارایی پایین این سلولها تحقیقات و آزمایشهایی در زمینه به کار گیری سلول فلوتاسیون ستونی با ارتفاع 1535 وقطر 74 میلی متر برای جدایش سرب و روی و بهینه سازی پارامترهای آن در مقیاس آزمایشگاهی انجام شد. در این آزمایشها پارامترهای عملیاتی ستون به عنوان متغیر در نظر گرفته شده است. دبی خوراک از بین سه سطح آزمایش(5/0، 7/0 و 9/0 لیتر بر دقیقه) کمترین مقدار آن یعنی5/0 لیتر بر دقیقه، دبی هوا از بین سه سطح (1 و 75/1و5/2 لیتر بر دقیقه) مقدار کمترین آن یعنی 1 لیتر بر دقیقه،دبی آب شستشو از بین سه سطح (1/0 و 25 /0 و4/0) مقدار 25/0 لیتر بر دقیقه و میزان عمق کف از بین سه سطح(15 و 20 و 25سانتیمتر ) مقدار 25 سانتیمتر به عنوان میزان بهینه در نظر گرفته شدند. در این شرایط بهترین کارایی جدایش سرب 52/45درصد بدست آمد. با مقایسه عملکرد سلول فلوتاسیون ستونی با عملکرد سلولهای کارخانه نتیجه گرفته شد که عیار سرب در سریز بیش از 5 درصد و   بازیابی سرب 2 درصد و کارایی جدایش سرب نیز 10 درصد افزایش یافته است.

 

 

Abstract :

 

Mansourabad Lead and Zinc Processing Manufactory is established to produce lead and zinc concentration. In this unit lead and zinc complexes, will be separated in several flotation stages. The equipments that used in this process are mechanical cell flotation type. Because of low efficiency of these machines, new researches and experiments have been carried out with column flotation cell (Height: 1535mm, Diameter: 74mm) for separation of lead and zinc and optimization of parameters in laboratorial scale. In these experiments, column operational parameter is considered as a variable. Feed rate between three experiment levels (0.5, 0.7 and 0.9 LPM) the lowest value (0.5 LPM), air rate between three experiment levels (1, 1.75 and 2.5 LPM) the lowest value (1 LPM), wash water between three experiment levels (0.1, 0.25 and 0.4 LPM) the mean value (0.25 LPM) and froth height between three experiment levels (15, 20 and 25 Cm) the maximum value (25 Cm) have been considered as optimized values. In this condition the best efficiency lead separation value is 45.52%.

 

کلید واژه ها: فلوتاسیونستونی کلینر سرب سولفیدی منصورآباد کانه آرایی سایر موارد