صنعت معدنکاری مدام در حال تغییر است و عیار کانیها رو به کاهش میرود. در این میان مهندسان و معدن داران به دنبال روشهایی هستند که با کمترین هزینه، بیشترین میزان باطله را در همان مراحل ابتدایی حذف کنند. فرآوری به روش واسطه سنگین دقیقا همان حلقه گمشده ای است که دقت آزمایشگاهی را به مقیاس صنعتی آورده است. شرکت کانی صنعت پاسارگاد به عنوان طراح و سازنده خطوط فرآوری، در این مطلب ابعاد فنی و اقتصادی این تکنولوژی را کالبدشکافی میکند.
واسطه سنگین چیست و چطور قوانین فیزیک را به خدمت میگیرد؟
اگر بخواهیم به زبان ساده بگوییم واسطه سنگین چیست، باید به مفهوم چگالی بازگردیم. در جدایشهای ثقلی معمولی مثل جیگ یا میز لرزان، ما از آب (با چگالی 1) استفاده میکنیم. اما وقتی اختلاف چگالی کانی و باطله کم باشد، آب دقت لازم را ندارد.
واسطه سنگین (Heavy Medium) در واقع سیالی است که چگالی آن به صورت مصنوعی بالا رفته است. این کار با اضافه کردن پودرهای سنگین مثل مگنتیت یا فروسیلیس به آب انجام میشود. نتیجه کار یک "سیال واسط" است که چگالی آن دقیقا عددی بین چگالی ماده باارزش و باطله تنظیم شده است. در این حالت، ماده سبک روی سیال شناور شده و ماده سنگین ته نشین میشود. این یعنی یک جدایش 100 درصدی بر اساس قانون ارشمیدس.
- سیالی با چگالی بین چگالی کانیهای ارزشمند و باطله در ماده معدنی عمل میکند بر اساس قانون ارشمیدس:
- ذرات با چگالی کمتر از سیال شناور میشوند
- ذرات با چگالی بیشتر از سیال غرق میشوند
- ذرات با چگالی برابر سیال معلق میمانند
- مواد رایج و مشخصات آنها:
مگنتیت (Fe3O4)
- چگالی: 4.5-5.1 g/cm³
- مزایا: ارزان، قابل بازیابی مغناطیسی، غیر سمی
- معایب: چگالی متغیر، نیاز به آسیاب کردن
- کاربرد: زغال سنگ، سنگ آهن
فروسیلیس (FeSi)
- چگالی: 6.4-7.0 g/cm³
- مزایا: چگالی بالا، پایدار، مقاومت خوب در برابر سایش
- معایب: گران، سخت برای بازیابی
- کاربرد: سنگ آهن، مس
گالن (PbS)
- چگالی: 7.4-7.6 g/cm³
- مزایا: چگالی بسیار بالا
- معایب: سمی، گران
- کاربرد: طلا، نقره
جدایش به روش واسط سنگین
از بین روش های تغلیظ، جدایش و فرآوری مواد معدنی و در دسته روش های جدایش ثقلی، روش هوی مدیا یا واسطه سنگین با توجه به ظرفیت بالای این روش ، کاربردی و پر استفاده است. به کار بردن محلول های سنگین به علت گران بودن و خواص دیگری از قبیل سنگین بودن، سمی بودن، قابلیت اشتعال و… در کانه آرائی و فرآوری محدودیت هایی دارد، لذا در صنعت کانه آرایی از معلق نگه داشتن ذرات بسیار ریز جامد در آب به عنوان واسطه های سنگین استفاده میکنند. این محلول باید دارای وزن مخصوص یکنواخت و ویسکوزیته ی مناسبی باشد . برای این عملیات باید تعداد ذرات در هر نقطه از مایع یکسان باشد و جلوی رسوب ذرات نیز گرفته شود که معمولا برای جلوگیری از ته نشین شدن مقداری بنتونیت به این محلول اضافه می کنند. ویسکوزیته ی محلول که تابعی از وزن مخصوص ذرات معلق است ، به این صورت است که هر قدر وزن مخصوص ذرات معلق کم تر باشد به ازا یک وزن مخصوص معین برای محلول ، مقدار ویسکوزیته ی بیشتری خواهیم داشت. یعنی ویسکوزیته به ازای اضافه کردن مواد جامد ابتدا به صورت خطی بالا رفته پس از حد معینی بالا رفتن به شدت زیاد می شود و در این موقع مخلوط به صورت گل در می آید که این حد را ویسکوزیته ی بحرانی می گویند که برای ذرات مختلف فرق دارد . و در ادامه با استفاده از جدا کننده های مختلف این ذرات معلق در محلول جدا می شوند.
تشریح فرآیند جداسازی به روش واسطه سنگین (هوی مدیا):
در واسطه سنگین جدایش اجزاء تشکیل دهنده مواد اولیه، در یک سوسپانسیون به نام واسطه (محلول) سنگین صورت می گیرد که اختلاف وزن مخصوص اجزاء تشکیل دهنده کانی نسبت به محلول سنگین، عامل جدا شدن آنها از یکدیگر است . واسطههای سنگین با کمک مخلوط آب و دانههای ریز مواد، میتوانند پالپهایی با وزن مخصوص مورد نیاز بسازند.
-
- واسطه های متداول
مهمترین آنها فروسیلیسیوم، مانیتیت و کوارتز می باشند. فروسیلیسیوم آلیاژی از Si Fe است. در این الیاژ میزان آهن نباید از 82درصد کمتر، و میزان Si نیز نباید از 15تا 16درصد بیشتر باشد.
فرآوری به روش واسطه سنگین
اصول کار
- ماده معدنی خرد شده (معمولاً زیر 50 میلیمتر) به سیال واسطه تغذیه میشود
- نسبت ماده معدنی به واسطه: 1:3 تا 1:5
- جدایش در دو نوع تجهیز انجام میشود:
- سیکلون واسطه سنگین: برای ذرات 0.5-10 میلیمتر (جدایش بر اساس نیروی گریز از مرکز)
- مخازن جدایش: برای ذرات 10-50 میلیمتر (جدایش بر اساس جاذبه زمین)
مراحل فرآیند
-
آمادهسازی ماده معدنی
- خردایش اولیه و ثانویه
- طبقهبندی برای حذف ذرات ریز (زیر 0.5 میلیمتر)
- خشک کردن در صورت نیاز
-
آمادهسازی واسطه سنگین
- مخلوط کردن پودر واسطه با آب
- تنظیم چگالی به مقدار مورد نظر
- کنترل مداوم چگالی با چگالیسنج
-
مخلوط کردن و جدایش
- مخلوط کامل ماده معدنی با واسطه
- جدایش در سیکلون یا مخزن
-
شستشوی محصولات
- حذف واسطه چسبیده به ذرات
- استفاده از سیکلون شستشو در موارد خاص
-
بازیابی واسطه سنگین
- جدایش واسطه از آب
- بازگشت واسطه به چرخه
- دفع ایمن پسماندها
جدول مقایسه مواد واسطه سنگین
| ماده | چگالی (g/cm³) | مزایا | معایب | کاربرد اصلی |
|---|---|---|---|---|
| مگنتیت | 4.5-5.1 | ارزان، قابل بازیابی مغناطیسی | چگالی متغیر | زغال سنگ، سنگ آهن |
| فروسیلیس | 6.4-7.0 | چگالی بالا، پایدار | گران، سخت برای بازیابی | سنگ آهن، مس |
| گالن | 7.4-7.6 | چگالی بسیار بالا | سمی، گران | طلا، نقره |
| تتراکلرید کربن | 1.6 | برای کانیهای سبک | سمی، فرار | زغال سنگ |
مزایای استفاده ازروش واسطه سنگین سیکلونی (هوی مدیا)
دستگاه واسطه سنگین سیکلونی (Dense Media Cyclone) مزایای متعددی دارد که آن را به یک گزینه محبوب در صنایع مختلف مانند فرآوری مواد معدنی و شستشوی زغال سنگ تبدیل کرده است. برخی از مزایای اصلی این دستگاه عبارتند از:
1. جداسازی دقیق مواد با چگالی مشابه: این دستگاه توانایی جداسازی مواد با تفاوتهای جزئی در چگالی را دارد. این ویژگی به ویژه در فرآوری مواد معدنی که ذرات دارای چگالی مشابه هستند، بسیار مفید است.
2. عملکرد بالا و کارایی: دستگاه سیکلدنی میتواند با دقت بالایی مواد را از هم جدا کرده و بازده بالایی در فرآیند جداسازی فراهم کند. این امر موجب افزایش بهرهوری و کاهش اتلاف مواد میشود.
3. نیاز به فضای کم: نسبت به برخی روشهای دیگر جداسازی مانند شناورسازی یا جداکنندههای رسانه سنگین دیگر، دستگاه سیکلدنی فضای کمتری میگیرد و میتواند در محیطهای صنعتی با محدودیت فضا به خوبی عمل کند.
4. قابلیت استفاده در شرایط مختلف: این دستگاه میتواند در انواع مختلف مواد مانند زغال سنگ، سنگ معدن فلزی و حتی در بازیافت مواد به کار رود.
5. کاهش هزینهها: استفاده از دستگاه سیکلدنی میتواند در طولانیمدت هزینههای عملیاتی را کاهش دهد. زیرا هزینههای مربوط به مصرف مواد جداسازی (مانند رسانههای سنگین) معمولاً کمتر از برخی از روشهای دیگر است.
6. سهولت در نگهداری و تعمیرات: به دلیل طراحی ساده و کاربری آن، دستگاه سیکلدنی نیاز به نگهداری کمتری دارد و تعمیرات آن نیز معمولاً آسان است.
7. افزایش کیفیت محصول نهایی: با جداسازی دقیق مواد بر اساس چگالی، این دستگاه میتواند منجر به تولید محصول با کیفیت بالاتر و خلوص بیشتر در صنعتهای مختلف شود.
به طور خلاصه این دستکاه توانائی در تغییر سریع وزن مخصوص جدایش، جداسازی به صورت پیوسته
راحتی و آسانی در راهاندازي و قطع و توقف واحد،
پائین بودن هزینههاي جاري تعمیرات و نگهداري
ظرفیت بالا با استفاده از فضاي کم را دارا میباشد .
جدایش واسطه سنگین براي هر نوع ماده معدنی قابل کاربرد خواهد بود، که بعد از خردایش مناسب اختلاف کافی در وزن مخصوص ذرات وجود داشته باشد. این فرآیند به صورت گستردهاي براي ذرات درشت به کار میرود و ذرات باید از 3 میلیمتر درشت تر باشند و اختلاف وزن مخصوص هم حداقل 1/0 باشد.
تفاوت درام واسطه سنگین با سیکلون واسطه سنگین:
در فرآوری مواد معدنی، دستگاه واسطه سنگین سیکلونی (Heavy Media Cyclone) معمولاً برای جدایش مواد معدنی بر اساس اختلاف چگالی استفاده میشود. رقیب اصلی این دستگاه در کاربردهای مشابه، (Dense Media Drum Separators) یا درام واسطه سنگین است.
مقایسه واسطه سنگین سیکلونی و درام واسطه سنگین
1. کاربرد:
سیکلونها بیشتر برای جدایش مواد ریز (معمولاً زیر 50 میلیمتر) استفاده میشوند.
درامها معمولاً برای مواد درشتتر (50-200 میلیمتر) به کار میروند.
2. دقت جدایش:
سیکلونها به دلیل جریان توربولانس و کنترل دقیق واسطه سنگین، دقت بالاتری در جدایش دارند.
درامها دقت کمتری نسبت به سیکلون دارند اما برای مواد بزرگتر مناسبتر هستند.
3. هزینه عملیاتی:
سیکلونها به دلیل نیاز به پمپهای پرقدرت و تجهیزات اضافی، هزینه عملیاتی بیشتری دارند.
درامها به طور کلی سادهتر و کمهزینهتر هستند.
4. مصرف انرژی:
سیکلونها به دلیل نیاز به ایجاد جریان بالا انرژی بیشتری مصرف میکنند.
درامها مصرف انرژی کمتری دارند.
بنابراین، انتخاب بین این دو دستگاه به عوامل مختلفی مانند نوع ماده معدنی، ابعاد خوراک، و اهداف فرآوری بستگی دارد.
کاربرد های غیر معدنی دستگاه واسطه سنگین سیکلونی:
دستگاه واسطه سنگین سیکلونی (Heavy Media Cyclone) علاوه بر کاربردهای معدنی، در صنایع دیگری نیز بهکار میرود. این دستگاه به دلیل توانایی جدایش بر اساس چگالی، در موارد زیر کاربرد دارد:
1. بازیافت مواد:
بازیافت پلاستیک: جدایش انواع پلاستیکها بر اساس چگالی آنها (مانند پلیاتیلن، PVC و PET).
بازیافت فلزات: جدایش فلزات غیرآهنی از مواد دیگر در فرآیند بازیافت.
2. صنعت زغالسنگ:
اگرچه به نوعی در فرآوری معدنی قرار میگیرد، اما کاربرد سیکلونها در شستشوی زغالسنگ و حذف ناخالصیها (مانند خاکستر یا گوگرد) بسیار مهم است.
3. صنعت انرژی:
جدایش ذرات جامد از مایعات در نیروگاهها، به ویژه در فرآیندهای سوختگیری با زغال یا پالایش گاز.
4. صنایع کشاورزی و غذایی:
فرآوری غلات: جدایش دانههای غلات از ناخالصیها یا جداسازی بر اساس چگالی (مانند جدا کردن دانههای با کیفیت پایین).
فرآوری روغن: حذف ذرات جامد از روغن خام در فرآیند تولید.
5. صنایع شیمیایی:
جدایش مواد شیمیایی با چگالی متفاوت در فرآیندهای تولید یا پالایش.
حذف آلایندههای سنگین از محلولهای شیمیایی.
6. مدیریت پسماند:
جداسازی اجزای سنگین و سبک در پسماندهای جامد و مایع، برای کاهش هزینههای دفع و بازیافت.
7. صنایع کاغذ و چوب:
جدایش ناخالصیهای سنگین مانند ماسه یا فلزات از پالپ چوب در فرآیند تولید کاغذ.
به طور کلی، کاربردهای دستگاه واسطه سنگین سیکلونی فراتر از معادن است و در هر صنعتی که نیاز به جداسازی مواد با چگالیهای مختلف باشد، مورد استفاده قرار میگیرد.
مقایسه روش واسطه سنگین با سایر روشهای جدایش
| روش | دقت (g/cm³) | ظرفیت | هزینه سرمایهگذاری | هزینه عملیاتی | کاربرد اصلی |
|---|---|---|---|---|---|
| واسطه سنگین | 0.1-0.5 | بسیار بالا | بالا | متوسط | زغال سنگ، سنگ آهن |
| جیگ | 0.2-0.5 | متوسط | متوسط | پایین | زغال سنگ |
| میز لرزان | 0.3-0.8 | پایین | پایین | پایین | ذرات ریز |
| سیکلون آب | 0.5-1.0 | متوسط | پایین | پایین | طبقهبندی |
تجربه کانی صنعت پاسارگاد در فرآوری به روش واسطه سنگین
پروژههای انجام شده
-
معدن زغال سنگ طبس:
- طراحی و ساخت سیکلون واسطه سنگین با ظرفیت 500 تن/ساعت
- چگالی واسطه: 1.6 g/cm³ (مگنتیت)
- بازیابی واسطه: 99.5%
- کاهش مصرف آب: 20%
-
معدن سنگ آهن گلگهر:
- بهینهسازی فرآیند HMS موجود
- افزایش عیار سنگ آهن از 55% به 65%
- کاهش مصرف واسطه سنگین: 15%
- بهبود بازیابی آهن: 5%
تجهیزات ارائه شده
- سیکلونهای واسطه سنگین:
- سایز: 150-1000 میلیمتر
- مواد ساخت: فولاد ضد سایش، پلیاورتان
- فشار کار: تا 10 بار
- مخازن جدایش:
- ظرفیت: 1-50 متر مکعب
- طراحی با جریان بهینه
- سیستمهای بازیابی واسطه:
- آهنرباهای دائمی/الکتریکی برای مگنتیت
- سیکلون و فیلتر برای فروسیلیس
خدمات تخصصی
- تستهای آزمایشگاهی:
- تعیین چگالی بهینه واسطه
- ارزیابی جدایشپذیری ماده معدنی
- شبیهسازی فرآیند با MODSIM
- آموزش و پشتیبانی فنی 24/7
شرکت کانی صنعت پاسارگاد از بهترین شرکت های فعال در حوزه ساخت، نصب و راه اندازی واحد های دستگاه واسطه سنگین (هوی مدیا) در ایران می باشد . شما می توانید برای دیدن نمونه کار های تولید شده به صفحه ی محصول (جدا کننده سیلیکونی واسط سنگین) ما مراجعه نمایید .
