معالجة المعادن

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة

التكسير ، وهو شكل من أشكال التفتيت ، إحدى العمليات الأساسية في معالجة المعادن

معالجة المعادن هي عملية فصل المعادن ذات القيمة التجارية عن خاماتها في مجال استخلاص المعادن . [ 1 ] وبحسب العمليات المستخدمة في كل حالة، يُشار إليها غالبًا باسم معالجة الخام أو طحن الخام .

تُعرف عملية التخصيب بأنها أي عملية تُحسّن القيمة الاقتصادية للخام عن طريق إزالة المعادن الشائبة ، مما ينتج عنه منتج ذو جودة أعلى ( مركز خام ) ومخلفات خام . توجد أنواع عديدة من التخصيب، حيث تُساهم كل خطوة في زيادة تركيز الخام الأصلي. ويكمن جوهر هذه العملية في مفهوم الاستخلاص ، وهو نسبة الكتلة (أو النسبة المولية) للمعدن الثمين المُستخلص من الخام والمُضاف إلى المركز.

تتم معالجة المعادن الأرضية النادرة ، التي غالباً ما توجد في الرمال المعدنية ، في كثير من الأحيان بواسطة مصنع فصل المعادن .

تاريخ

مجموعة طوابع كورنيش

قبل ظهور الآلات الثقيلة، كان يتم تكسير الخام باستخدام المطارق اليدوية، وهي عملية تُعرف باسم " التكسير ". وفي نهاية المطاف، تم التوصل إلى وسائل ميكانيكية لتحقيق ذلك. فعلى سبيل المثال، استُخدمت مطاحن الطوابع في آسيا الوسطى بالقرب من سمرقند منذ عام 973. وهناك أدلة على استخدام هذه العملية في بلاد فارس في أوائل العصور الوسطى . وبحلول القرن الحادي عشر، انتشرت مطاحن الطوابع على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم الإسلامي في العصور الوسطى ، من إسبانيا الإسلامية وشمال إفريقيا غربًا إلى آسيا الوسطى شرقًا. [ 2 ] ومن الأمثلة اللاحقة مطاحن كورنوال ، التي تتكون من سلسلة من المطارق الحديدية المثبتة في إطار رأسي، تُرفع بواسطة كاميرات على عمود عجلة مائية ، ثم تسقط على الخام بفعل الجاذبية.

كانت معالجة الحديد ظاهرةً منذ عام 800 قبل الميلاد في الصين باستخدام فرن الصهر الأولي (Bloomery) . [ 3 ] يُعدّ فرن الصهر الأولي الشكل الأصلي للصهر، حيث مكّن الناس من إشعال نيران شديدة الحرارة كافية لصهر الأكاسيد وتحويلها إلى سائل ينفصل عن الحديد. على الرغم من أن فرن الصهر الأولي قد تم الاستغناء عنه سريعًا باختراع الفرن العالي ، إلا أنه ظلّ يُعتمد عليه بشكل كبير في أفريقيا وأوروبا حتى أوائل الألفية الثانية قبل الميلاد. كان الفرن العالي الخطوة التالية في صهر الحديد، حيث أنتج الحديد الزهر . [ 4 ] ظهرت أفران الصهر الأولى في أوروبا في أوائل القرن الثالث عشر الميلادي حول السويد وبلجيكا، ولم تظهر في إنجلترا إلا في أواخر القرن الخامس عشر الميلادي. يتميز الحديد الزهر الناتج من الفرن العالي بمحتواه العالي من الكربون، مما يجعله صلبًا وهشًا، ويصعب تشكيله. في عام 1856، تم اختراع عملية بسمر التي تحوّل الحديد الزهر الهش إلى فولاذ، وهو معدن أكثر ليونة. [ 4 ] ومنذ ذلك الحين، تم ابتكار العديد من التقنيات المختلفة لاستبدال عملية بسمر، مثل فرن القوس الكهربائي ، وصناعة الصلب بالأكسجين الأساسي ، والحديد المختزل المباشر (DRI). [ 5 ]

بالنسبة لخامات الكبريتيد، تُتبع عملية مختلفة للمعالجة. إذ يجب إزالة الكبريت من الخام قبل بدء عملية الصهر. ويُعدّ التحميص الطريقة الأساسية للفصل، حيث يُوضع الخشب على أكوام من الخام ويُشعل للمساعدة في الأكسدة. [ 6 ] [ 7 ]

2 نحاس 2 ق + 3 يا 2 ← 2 نحاس 2 يا + 2 سو 2

كانت ممارسات التحميص الأولى تُجرى في الهواء الطلق، مما سمح لسحب كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت بالانتشار فوق الأرض، مُسببةً أضرارًا جسيمة للنظم البيئية المحيطة، المائية والبرية على حد سواء. وقد فاقمت سحب ثاني أكسيد الكبريت، بالإضافة إلى إزالة الغابات المحلية للحصول على الأخشاب اللازمة للتحميص، الأضرار البيئية، [ 6 ] كما هو الحال في سودبري ، أونتاريو، وموقع إنكو سوبرستاك . [ 7 ]

أبسط طريقة لفصل الخام عن الشوائب هي انتقاء البلورات الفردية لكل منهما. هذه عملية شاقة للغاية، خاصةً عندما تكون الجزيئات صغيرة. وهناك طريقة أخرى أبسط نسبيًا تعتمد على اختلاف كثافة المعادن ، مما يؤدي إلى تجمعها في أماكن مختلفة: فالمعادن الفلزية (لأنها أثقل) تترسب من المحلول بسرعة أكبر من المعادن الأخف، التي يحملها تيار الماء لمسافات أبعد. وتستخدم عملية التنقيب عن الذهب بالغربلة والتنقية هاتين الطريقتين. وقد استُخدمت أجهزة مختلفة تُعرف باسم "الحزم" للاستفادة من هذه الخاصية. وفي وقت لاحق، استُخدمت آلات أكثر تطورًا مثل آلة "فرو فانر" التي اختُرعت عام 1874.

وتشمل المعدات الأخرى المستخدمة تاريخياً الحوض، وهو حوض يستخدم مع بعض آلات معالجة الخامات، والحوض الكبير المستخدم في الترسيب التفاضلي.

أنواع الانفصال

التفكيك

يمكن أن تبدأ عملية المعالجة داخل المنجم نفسه. تحتوي معظم المناجم على كسارة داخلية لفصل الخام عن المعادن المصاحبة، مما يُسهّل نقله. بعد الكسارة، يمر الخام عبر مطحنة أو طاحونة لتحويله إلى جزيئات دقيقة. تُستخدم تقنية الفصل بالوسائط الكثيفة (DMS) لفصل الخام المطلوب عن الصخور والمعادن المصاحبة. تُصنّف هذه التقنية الركام المكسّر حسب كثافته، مما يُسهّل عملية الفصل. يُعدّ توقيت تطبيق تقنية الفصل بالوسائط الكثيفة في هذه العملية بالغ الأهمية، إذ تُعالج المطاحن أو الطواحين كمية أقل بكثير من الصخور غير المرغوب فيها إذا تمّ تطبيقها مسبقًا. يُقلّل هذا من تآكل المعدات وتكاليف التشغيل نظرًا لانخفاض حجم المواد المُعالجة. [ 8 ]

الفصل المادي

بعد مرحلة الطحن، يمكن فصل الخام عن الصخر بشكل أكبر. إحدى طرق تحقيق ذلك هي استخدام الخصائص الفيزيائية للخام لفصله عن باقي الصخر. قبل أي عملية فصل فيزيائي، يُعدّ تحديد حجم جزيئات الخام أمرًا بالغ الأهمية لضمان فصل فعال. ويتم ذلك باستخدام المناخل الصناعية أو المصنفات. [ 9 ]

تشمل هذه العمليات الفصل بالجاذبية ، والتعويم، والفصل المغناطيسي . يعتمد الفصل بالجاذبية على قوى الطرد المركزي والكثافة النوعية للخامات والشوائب لفصلها. [ 10 ] يُستخدم الفصل المغناطيسي لفصل الشوائب المغناطيسية عن الخام المطلوب، أو العكس، لإزالة الخام المغناطيسي المستهدف من الشوائب غير المغناطيسية. [ 11 ] يُعتبر الفصل المغناطيسي الديناميكي (DMS) أيضًا نوعًا من الفصل الفيزيائي.

الفصل الكيميائي

لا يمكن الاعتماد على بعض الخصائص الفيزيائية للخامات في عملية الفصل، لذا تُستخدم العمليات الكيميائية لفصل الخامات عن الصخور. يُعدّ التعويم الرغوي ، والترشيح ، والاستخلاص الكهربائي من أكثر أنواع الفصل الكيميائي شيوعًا. يعتمد التعويم الرغوي على الخصائص الكارهة للماء والمحبة للماء لفصل الخام عن الشوائب. تصعد الجزيئات الكارهة للماء إلى سطح المحلول ليتم كشطها. [ 12 ] [ 13 ] يمكن أن تؤثر التغيرات في درجة حموضة المحلول على الجزيئات المحبة للماء. يعمل الترشيح عن طريق إذابة الخام المطلوب في المحلول من الصخور. [ 14 ] لا يُعدّ الاستخلاص الكهربائي طريقة أساسية للفصل، ولكنه ضروري لاستخراج الخام من المحلول بعد الترشيح.

عمليات الوحدة

يمكن أن تشمل معالجة المعادن أربعة أنواع عامة من العمليات الوحدوية: 1) التكسير - تقليل حجم الجسيمات؛ 2) الفرز - فصل أحجام الجسيمات عن طريق الغربلة أو التصنيف؛ 3) التركيز بالاستفادة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية السطحية؛ 4) التجفيف - فصل المواد الصلبة عن السائلة.

التفتيت

التكسير هو عملية تقليل حجم جزيئات المواد. يمكن إجراء التكسير على المواد الجافة أو المعلقة. يُعدّ التكسير والطحن العمليتين الرئيسيتين للتكسير . يُجرى التكسير عادةً على خام المنجم [ 15 ] ، بينما يُجرى الطحن (عادةً بعد التكسير) على المواد الجافة أو المعلقة. في التكسير، يتم تقليل حجم الجزيئات بثلاث قوى: الضغط، والصدم، والاحتكاك. تُستخدم قوى الضغط والصدم على نطاق واسع في عمليات التكسير، بينما يُعدّ الاحتكاك القوة المهيمنة في الطحن. تشمل المعدات المستخدمة بشكل أساسي في التكسير الكسارات الفكية، والكسارات الدورانية، والكسارات المخروطية، بينما تُستخدم مطاحن القضبان ومطاحن الكرات ، والتي عادةً ما تكون مزودة بدائرة مغلقة ووحدة تصنيف، لأغراض الطحن في مصانع معالجة المعادن. التكسير عملية جافة، بينما يُجرى الطحن عادةً في بيئة رطبة، وبالتالي فهو أكثر استهلاكًا للطاقة.

المقاسات

غربلة الخام من خلال منخل، مختبر أبحاث النيتروجين الثابت، 1930
جهاز Sizer 2000 لغربلة الجسيمات من الخشنة إلى الصغيرة

التصنيف هو المصطلح العام لفصل الجسيمات وفقًا لأحجامها. أبسط عملية تصنيف هي الغربلة، أي تمرير الجسيمات المراد تصنيفها عبر غربال أو عدة غربالات. تشمل معدات الغربلة الغرابيل، والغربال القضيبية ، والغربال السلكي الإسفيني ، والغربال الشعاعي، والغربال الموزي، والغربال متعدد الطبقات، والغربال الاهتزازي، والغربال الدقيق، والغربال المقلوب، والغربال الشبكي السلكي. قد تكون الغربالات ثابتة (وهذا هو الحال عادةً مع المواد الخشنة جدًا)، أو قد تتضمن آليات للاهتزاز. تشمل بعض الاعتبارات في هذه العملية مادة الغربال، وحجم الفتحة وشكلها واتجاهها، وكمية الجسيمات ذات الحجم المتقارب، وإضافة الماء، وسعة الاهتزازات وترددها، وزاوية الميل، ووجود مواد ضارة، مثل الفولاذ والخشب، وتوزيع أحجام الجسيمات.

يشير التصنيف إلى عمليات تحديد الحجم التي تستغل الاختلافات في سرعات الترسيب التي تظهرها الجسيمات ذات الأحجام المختلفة. قد تشمل معدات التصنيف أجهزة فرز الخامات ، والفواصل الإعصارية الغازية ، والفواصل الإعصارية المائية ، والغربال الدوار ، والمصنفات الكاشطة، أو المصنفات المميعة.

يُعدّ تحديد توزيع حجم الجسيمات للمواد المُعالجة، والذي يُشار إليه عادةً بتحليل حجم الجسيمات ، عاملاً هاماً في كلٍ من عمليات التكسير والفرز . وتُستخدم تقنيات عديدة لتحليل حجم الجسيمات، تشمل التحليلات غير المتصلة بالعملية والتي تتطلب أخذ عينة من المادة للتحليل، والتقنيات المتصلة بالعملية والتي تسمح بتحليل المادة أثناء مرورها خلال العملية.

تركيز

توجد عدة طرق لزيادة تركيز المعادن المطلوبة؛ وفي كل حالة، تعتمد الطريقة المختارة على الخصائص الفيزيائية والكيميائية السطحية النسبية للمعدن والشوائب. يُعرَّف التركيز بأنه عدد مولات المذاب في حجم معين من المحلول. وفي مجال معالجة المعادن، يعني التركيز زيادة نسبة المعدن ذي القيمة في المُركَّز.

تركيز الجاذبية

الفصل بالجاذبية هو فصل معدنين أو أكثر من المعادن ذات الكثافة النوعية المختلفة عن طريق حركتها النسبية استجابة لقوة الجاذبية وقوة واحدة أو أكثر من القوى الأخرى (مثل قوى الطرد المركزي، والقوى المغناطيسية، وقوى الطفو)، إحداها مقاومة الحركة (قوة السحب) بواسطة وسط لزج مثل الوسائط الثقيلة أو الماء أو، بشكل أقل شيوعًا، الهواء.

يُعدّ الفصل بالجاذبية من أقدم تقنيات معالجة المعادن، إلا أن استخدامه تراجع منذ ظهور طرق أخرى كالتعويم والتصنيف والفصل المغناطيسي والترشيح. ويعود تاريخ الفصل بالجاذبية إلى ما لا يقل عن 3000 قبل الميلاد، حين استخدمه المصريون لفصل الذهب.

من الضروري تحديد مدى ملاءمة عملية التركيز بالجاذبية قبل استخدامها لتركيز الخام. ويُستخدم معيار التركيز عادةً لهذا الغرض، ويُشار إليه بـجج{\displaystyle CC}في المعادلة التالية (حيثSجي{\displaystyle SG}يمثل الكثافة النوعية):

جج=Sجي(حهـأvy مأنانهـرأل)-Sجي(ولuأناد)Sجي(لأنازحت مأنانهـرأل)-Sجي(ولuأناد){\displaystyle CC={\frac {SG(معدن ثقيل)-SG(سائل)}{SG(معدن خفيف)-SG(سائل)}}}
  • مناسب لفصل الجسيمات التي يزيد حجمها عن 75 ميكرونًا ، وذلك بالنسبة لـ CC > 2.5
  • بالنسبة لـ 1.75 < CC < 2.5، فهي مناسبة لفصل الجسيمات التي يزيد حجمها عن 150 ميكرون
  • مناسب لفصل الجسيمات التي يزيد  حجمها عن 1.7 مم، وذلك ضمن نطاق 1.50 < CC < 1.75
  • مناسب لفصل الجسيمات التي يزيد  حجمها عن 6.35 مم ، وذلك بالنسبة لنطاق 1.25 < CC < 1.50
  • غير مناسب لأي حجم، خاصةً للأحجام الأقل من 1.25 سم مكعب.

على الرغم من أن معايير التركيز هي قاعدة عامة مفيدة عند التنبؤ بإمكانية التركيز بالجاذبية، إلا أن عوامل مثل شكل الجسيمات والتركيز النسبي للجسيمات الثقيلة والخفيفة يمكن أن تؤثر بشكل كبير على كفاءة الفصل في الممارسة العملية.

تصنيف

هناك عدة طرق تستخدم اختلافات الوزن أو الكثافة للجسيمات: [ 17 ]

  • الفصل بالوسائط الثقيلة أو الوسائط الكثيفة (وتشمل هذه الأحواض، والبراميل، واللاركوديم، وفواصل الدوامات من نوع ديانا، والأعاصير ذات الوسائط الكثيفة)
  • طاولات الاهتزاز، مثل طاولة ويلفلي [ 18 ]
  • الفواصل الحلزونية
  • مصنف الارتجاع
  • أجهزة تركيز الجيج هي أجهزة تركيز بالجاذبية تعمل بشكل مستمر باستخدام طبقة مميعة نابضة (محطات الجيج الدائرية لشركة RMS-Ross Corp.)
  • أجهزة تركيز السوائل بالطرد المركزي، مثل جهاز تركيز نيلسون
  • فواصل الجاذبية المتعددة بما في ذلك فاصل الجاذبية من نوع نيلسون، وفاصل الجاذبية من نوع موزلي (متعدد أو محسن)، وأعاصير سالتر (فاصل الجاذبية المتعددة) وجهاز كيلسي (الجهاز الجاذبي).
  • قوالب الضغط المضمنة
  • مخاريط رايشرت
  • البوابات
  • أجهزة الفصل
  • جهاز تصنيف أوبتيما - فاصل كثافة يعمل بالماء فقط. وهو نظام هندسي يتكون من وحدات تحضير العلف، والمعالجة/الفصل، والتجفيف لضمان منتج عالي الجودة بمحتوى رطوبة مناسب. تتكون المنتجات النموذجية من رماد أقل من 16% وقيمة حرارية لا تقل عن 27 مليون جول لكل كيلوغرام.

يمكن تصنيف هذه العمليات إما إلى فصل الكثافة أو فصل الجاذبية (الوزن). في فصل الوسائط الكثيفة، تُصنع مادة ذات كثافة متوسطة بين كثافة خام الفحم وجزيئات الشوائب. عند تعريض الجزيئات لهذه المادة، إما أن تطفو أو تغوص تبعًا لكثافتها بالنسبة للمادة. وبهذه الطريقة، يتم الفصل بناءً على فروق الكثافة فقط، ولا يعتمد من حيث المبدأ على أي عوامل أخرى مثل وزن الجزيئات أو شكلها. عمليًا، يمكن أن يؤثر حجم الجزيئات وشكلها على كفاءة الفصل. يمكن إجراء فصل الوسائط الكثيفة باستخدام مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك السوائل العضوية، والمحاليل المائية، أو معلقات الجزيئات الدقيقة جدًا في الماء أو الهواء. لا تُستخدم السوائل العضوية عادةً بسبب سميتها، وصعوبة التعامل معها، وتكلفتها العالية نسبيًا. صناعيًا، تُعد معلقات جزيئات الماغنيتيت الدقيقة و/أو الفيروسليكون أكثر الوسائط الكثيفة شيوعًا. يُستخدم المحلول المائي كوسيط كثيف في معالجة الفحم على شكل غسل بيلكناب، بينما تُستخدم المعلقات الهوائية في المناطق التي تعاني من نقص المياه، مثل مناطق في الصين، حيث يُستخدم الرمل لفصل الفحم عن معادن الشوائب.

يُطلق على الفصل بالجاذبية أيضًا اسم الفصل النسبي بالجاذبية، حيث يفصل الجسيمات بناءً على استجابتها النسبية لقوة دافعة. وتتحكم عوامل مثل وزن الجسيمات وحجمها وشكلها في هذه الاستجابة. ويمكن تصنيف هذه العمليات إلى عمليات متعددة الجاذبية وعمليات أحادية الجاذبية. ويكمن الفرق بينهما في مقدار القوة الدافعة للفصل. تسمح العمليات متعددة الجاذبية بفصل الجسيمات الدقيقة جدًا (في نطاق 5 إلى 50 ميكرون) عن طريق زيادة القوة الدافعة للفصل لزيادة معدل فصل الجسيمات. وبشكل عام، لا تستطيع العمليات أحادية الجاذبية معالجة سوى الجسيمات التي يزيد قطرها عن 80 ميكرون تقريبًا.

من بين عمليات الفصل بالجاذبية، تُعدّ المُركّزات الحلزونية والهزازات الدائرية من أكثرها اقتصاديةً نظرًا لبساطتها واستغلالها الأمثل للمساحة. تعمل هذه العمليات بتقنية الفصل بالغشاء المتدفق، ويمكن استخدام الماء للغسل أو الاستغناء عنه. تُسهّل المُركّزات الحلزونية التي تستخدم الماء للغسل فصل الجزيئات، ولكنها قد تُعاني من مشكلة انجراف الشوائب مع المُركّز الناتج.

التعويم الرغوي

خلايا التعويم الرغوي المستخدمة لتركيز معادن كبريتيد النحاس والنيكل

تُستخدم عملية التعويم الرغوي لفصل الجزيئات ذات التركيب الكيميائي السطحي المختلف. في هذه العملية، تُضخ فقاعات في اللب، فتصعد هذه الفقاعات عبره. [ 19 ] تلتصق الجزيئات الكارهة للماء بسطح الفقاعات نتيجةً لتغير طاقة السطح الحرة. ثم تصعد هذه الفقاعات عبر اللب وتُجمع من السطح.

تُضاف مواد كيميائية مختلفة إلى الرغوة لتمكين هذه العملية:

  • عوامل تعديل الرقم الهيدروجيني، والتي تؤثر على الامتزاز الكيميائي للمواد المجمعة على سطح الجسيمات.
  • المواد المجمعة ( المواد الفعالة بالسطح ) التي ترتبط بسطح الجسيمات.
  • عوامل الرغوة التي تسمح بتكوين فقاعات مستقرة. أما الفقاعات غير المستقرة فتندمج وتتساقط المعادن من سطحها.
  • مثبطات تمنع طفو معدن واحد أو معادن (مثل CN − الذي يثبط جميع الكبريتيدات باستثناء الجالينا).
  • المنشطات التي تمكن من تعويم المواد الأخرى (أيونات النحاس 2+ ، المستخدمة في تعويم السفاليريت).

تتوفر عدة أنواع من الخلايا المستخدمة في عملية تعويم المعادن، منها أعمدة التعويم وخلايا التعويم الميكانيكية. تُستخدم أعمدة التعويم للمعادن الدقيقة، وتتميز عادةً بتركيز أعلى واستخلاص أقل للمعادن مقارنةً بخلايا التعويم الميكانيكية. تتفاوت أحجام هذه الخلايا، حيث يتجاوز حجم بعضها 300  متر مكعب . وتُعد الخلايا الأكبر حجماً أقل تكلفةً لكل وحدة حجم من الخلايا الأصغر، ولكن يصعب التحكم بها.

استُخدمت تقنية التعويم الرغوي لأول مرة في أستراليا خلال القرن التاسع عشر لاستخلاص مركزات السفاليريت . وبتحسين هذه العملية الأصلية، طُوّرت خلية جيمسون في جامعة نيوكاسل بأستراليا. تعمل هذه الخلية باستخدام نفاثة غاطسة تُولّد فقاعات دقيقة ذات طاقة حركية عالية. وتشمل التحسينات اللاحقة مفاعلات التعويم المرحلية التي تقسم عملية التعويم إلى ثلاث مراحل محددة لكل خلية، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة والهواء ومساحة التركيب.

الفصل الكهروستاتيكي

يوجد نوعان رئيسيان من الفواصل الكهروستاتيكية . تعمل هذه الفواصل بطرق متشابهة، لكن القوى المؤثرة على الجسيمات تختلف، وهي قوى الجاذبية والتجاذب الكهروستاتيكي. النوعان هما الفواصل الكهروديناميكية (أو بكرات الشد العالي) والفواصل الكهروستاتيكية. في بكرات الشد العالي، تُشحن الجسيمات بواسطة تفريغ كورونا، مما يؤدي إلى شحن الجسيمات التي تتحرك لاحقًا على أسطوانة. تفقد الجسيمات الموصلة شحنتها للأسطوانة وتُزال منها بفعل التسارع المركزي. أما الفواصل الكهروستاتيكية اللوحية، فتعمل بتمرير تيار من الجسيمات أمام مصعد مشحون. تفقد الموصلات إلكترونات إلى اللوح، وتُسحب بعيدًا عن الجسيمات الأخرى بفعل التجاذب المستحث مع المصعد. تُستخدم هذه الفواصل للجسيمات التي يتراوح حجمها بين 75 و250 ميكرونًا، ولضمان فصل فعال، يجب أن تكون الجسيمات جافة، ومتجانسة في الحجم والشكل. ومن أهم هذه الاعتبارات محتوى الماء في الجسيمات. هذا أمر مهم لأن طبقة الرطوبة على الجزيئات ستجعل المواد غير الموصلة موصلة لأن طبقة الماء موصلة.

تُستخدم فواصل الألواح الكهروستاتيكية عادةً للتيارات التي تحتوي على موصلات صغيرة ومواد غير موصلة خشنة. أما بكرات الشد العالي فتُستخدم عادةً للتيارات التي تحتوي على موصلات خشنة ومواد غير موصلة دقيقة.

الفصل المغناطيسي

الفصل المغناطيسي عملية يتم فيها استخلاص المواد القابلة للتمغنط من خليط باستخدام قوة مغناطيسية. تُعد هذه التقنية مفيدة في تعدين الحديد نظرًا لانجذابه إلى المغناطيس. في المناجم التي كان يُخلط فيها التنجستن مع الكاسيتريت ، مثل منجمي ساوث كروفتي وإيست بول في كورنوال، أو مع البزموت، كما في منجم شيبارد آند مورفي في موينا، تسمانيا، استُخدم الفصل المغناطيسي لفصل الخامات. في هذه المناجم، استُخدم جهاز يُسمى فاصل ويثرل المغناطيسي (من اختراع جون برايس ويثرل، 1844-1906)[1]. في هذا الجهاز، يُغذى الخام، بعد تكليسه، على سير متحرك يمر أسفل زوجين من المغناطيسات الكهربائية، وتحتهما سيور أخرى متعامدة على سير التغذية. كان الزوج الأول من المغناطيسات الكهربائية ممغنطًا بشكل ضعيف، وكان وظيفته سحب أي خام حديد موجود. أما الزوج الثاني فكان ممغنطًا بقوة، وكان يجذب التنجستن، وهو مادة مغناطيسية ضعيفة. كانت هذه الآلات قادرة على معالجة 10 أطنان من الخام يوميًا. وتُسمى عملية فصل المواد المغناطيسية عن المواد غير المغناطيسية في الخليط باستخدام المغناطيس بالفصل المغناطيسي.

تعتمد هذه العملية على تحريك الجسيمات في مجال مغناطيسي. تُعطى القوة المؤثرة في المجال المغناطيسي بالمعادلة f = m/kHdh/dx، حيث k هي القابلية المغناطيسية، وH هي شدة المجال المغناطيسي، وdh/dx هو تدرج المجال المغناطيسي. كما هو موضح في هذه المعادلة، يمكن تحقيق الفصل بطريقتين: إما من خلال تدرج المجال المغناطيسي أو من خلال شدة المجال المغناطيسي. تُستخدم قوى دافعة مختلفة في أجهزة التركيز المختلفة، والتي قد تعمل بالماء أو بدونه. وكما هو الحال في المضخات الحلزونية، يُساعد ماء الغسيل في فصل الجسيمات، بينما يزيد من انجراف الشوائب في المُركّز.

فرز الخامات آلياً

تستخدم عمليات الفرز الآلية الحديثة أجهزة استشعار بصرية (الطيف المرئي، والأشعة تحت الحمراء القريبة، والأشعة السينية، والأشعة فوق البنفسجية)، والتي يمكن ربطها بأجهزة استشعار التوصيل الكهربائي والحساسية المغناطيسية، للتحكم في الفصل الميكانيكي للخام إلى فئتين أو أكثر، وذلك على أساس كل صخرة على حدة. في مجال إثراء الماس، يتم تعزيز فصل التألق بالأشعة السينية (XRL) من خلال المعالجة المسبقة للماس ذي التألق الضعيف بعوامل تحتوي على مواد مضيئة تُعدّل خصائصه الطيفية، مما يُحسّن الاستخلاص إلى أكثر من 90% [ 20 ] . كما تم تطوير أجهزة استشعار جديدة تستغل خصائص المواد مثل التوصيل الكهربائي، والمغنطة، والبنية الجزيئية، والتوصيل الحراري. وقد وجدت عمليات الفرز القائمة على أجهزة الاستشعار تطبيقات في معالجة النيكل، والذهب، والنحاس، والفحم، والماس.

نزح المياه

يُعدّ التجفيف عمليةً أساسيةً في معالجة المعادن. يهدف التجفيف إلى إزالة الماء الممتصّ من قِبل الجزيئات، مما يزيد من كثافة اللب. ويتم ذلك لعدة أسباب، أهمها تسهيل مناولة الخام ونقل المركّزات، والسماح بإجراء المزيد من المعالجة، والتخلص من الشوائب. يُعاد تدوير الماء المستخرج من الخام بالتجفيف إلى عمليات المصنع بعد إرساله إلى محطة معالجة المياه. تشمل العمليات الرئيسية المستخدمة في التجفيف: غربلة التجفيف، والترسيب، والترشيح، والتجفيف الحراري. وتزداد صعوبة هذه العمليات وتكلفتها مع انخفاض حجم الجزيئات.

تعمل مناخل التجفيف عن طريق تمرير الجزيئات فوقها. تمر الجزيئات فوق المنخل بينما يمر الماء عبر فتحاته. هذه العملية مناسبة فقط للخامات الخشنة ذات التوزيع الحجمي المتقارب، حيث تسمح الفتحات بمرور الجزيئات الصغيرة.

تتم عملية الترسيب بتمرير الماء إلى مُكثِّف أو مُرَشِّح كبير. في هذه الأجهزة، تترسب الجزيئات من الملاط بفعل الجاذبية أو القوى المركزية. وتُحدَّد هذه القوى بالتركيب الكيميائي لسطح الجزيئات وحجمها. وللمساعدة في عملية الترسيب، تُضاف مواد مُرَسِّبة ومُخثِّرة لتقليل قوى التنافر بين الجزيئات. وتنتج قوة التنافر هذه عن الطبقة المزدوجة المتكونة على سطح الجزيئات. تعمل المواد المُرَسِّبة على ربط الجزيئات المتعددة معًا، بينما تعمل المواد المُخثِّرة على تقليل سُمك الطبقة المشحونة على السطح الخارجي للجزيء. بعد التكثيف، يُخزَّن الملاط غالبًا في أحواض أو خزانات. أو يُمكن ضخه إلى مكبس حزامي أو مكبس ترشيح غشائي لإعادة تدوير مياه المعالجة وإنتاج كعكة ترشيح جافة قابلة للتكديس، أو ما يُعرف بـ"المخلفات". [ 21 ]

يُستخدم التجفيف الحراري عادةً للجسيمات الدقيقة ولإزالة المحتوى المائي المنخفض منها. تشمل بعض العمليات الشائعة المجففات الدوارة، والمجففات ذات الطبقة المميعة، والمجففات الرذاذية، والمجففات الأرضية، والمجففات الدوارة ذات الصواني. عادةً ما تكون هذه العملية مكلفة التشغيل نظرًا لاستهلاك المجففات للوقود.

مصانع فصل المعادن

تُستخدم بعض الطرق المذكورة أعلاه، ولا سيما الطرق المغناطيسية والكهروستاتيكية والجاذبية، بشكل شائع لفصل المعادن الأرضية النادرة الخفيفة والثقيلة الموجودة في الرمال المعدنية ، وذلك في محطات فصل المعادن (MSPs)، والمعروفة أيضًا باسم المطاحن الجافة، والتي تُستخدم أحيانًا بالتزامن مع محطات التركيز الرطب (WCPs) أو بعدها. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]

عمليات أخرى

تُدمج العديد من المصانع الميكانيكية عمليات المعالجة المائية أو الحرارية كجزء من عمليات استخلاص المعادن. علم المعادن الجيولوجي هو فرع من فروع استخلاص المعادن يجمع بين معالجة المعادن والعلوم الجيولوجية. ويشمل ذلك دراسة تكتل النفط [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ].

تعتبر العديد من عمليات مناولة المواد المساعدة فرعًا من فروع معالجة المعادن مثل التخزين (كما هو الحال في تصميم الصناديق)، والنقل، وأخذ العينات، والوزن، ونقل الطين، والنقل الهوائي.

تتأثر كفاءة وفعالية العديد من تقنيات المعالجة بالأنشطة الأولية مثل طريقة التعدين والخلط . [ 30 ]

أمثلة عملية

في حالة الذهب، بعد امتزازه على الكربون، يُوضع في محلول من هيدروكسيد الصوديوم والسيانيد. في هذا المحلول، يُسحب الذهب من الكربون إلى المحلول. تُزال أيونات الذهب من المحلول باستخدام أقطاب من الصوف الفولاذي في عملية الاستخلاص الكهربائي. ثم يُرسل الذهب إلى الصهر. [ 14 ]

يصعب فصل الليثيوم عن الشوائب المعدنية نظرًا لتشابه المعادن. ولفصل الليثيوم، تُستخدم تقنيات الفصل الفيزيائي والكيميائي. في البداية، تُستخدم عملية التعويم الرغوي. ونظرًا لتشابه المعادن، لا يتم الفصل بشكل كامل بعد التعويم. غالبًا ما تكون الشوائب الموجودة مع الليثيوم بعد التعويم غنية بالحديد. يخضع مركز التعويم لعملية فصل مغناطيسي لإزالة الشوائب المغناطيسية من الليثيوم غير المغناطيسي. [ 31 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "معالجة المعادن | علم المعادن | بريتانيكا" . www.britannica.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 أبريل 2022 .
  2. ↑ آدم روبرت لوكاس (2005)، "الطحن الصناعي في العوالم القديمة والوسيطة: مسح للأدلة على الثورة الصناعية في أوروبا في العصور الوسطى"، التكنولوجيا والثقافة 46 (1): 1-30 [10-1 و 27]
  3. ↑ فاغنر، دونالد ب. (1999). "أقدم استخدام للحديد في الصين". المعادن في العصور القديمة : 1-9 - عبر أكسفورد : أركيوبريس.
  4. 1 2 فاغنر، دونالد ب. (2008). "العلم والحضارة في الصين، المجلدات 5-11". علم المعادن الحديدية - عن طريق مطبعة جامعة كامبريدج.
  5. ↑ "صناعة الصلب الثانوية: المبادئ والتطبيقات" . مطبعة سي آر سي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 أبريل 2020 .
  6. 1 2 غرينوود، نورمان ن. (1997). كيمياء العناصر (الطبعة الثانية) . باتروورث-هاينمان. ISBN 978-0-08-037941-8.
  7. 1 2 "تاريخ مصور لبيئة سودبري المضطربة" . users.vianet.ca . تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 أبريل 2020 .
  8. ↑ هالدار، إس كيه (2017). رواسب البلاتين والنيكل والكروم . إلسيفير إنك. ISBN 978-0-12-802041-8.
  9. ↑ ويلز، باري أ.؛ فينش، جيمس إي. (2016). تكنولوجيا معالجة المعادن لويلز: مقدمة للجوانب العملية لمعالجة الخامات واستخلاص المعادن ( الطبعة الثامنة). أمستردام، بوسطن، ماساتشوستس، هايدلبرغ: إلسيفير. ISBN  978-0-08-097053-0.
  10. ↑ فالكونر، أندرو (2003). "الفصل بالجاذبية: تقنية قديمة/أساليب جديدة" (ملف PDF) . الفصل الفيزيائي في العلوم والهندسة . 12 : 31-48 . doi : 10.1080/1478647031000104293 .
  11. ↑ يو، جيان وين (2017). "تحسين خام الحديد الناعم بالتحميص المغناطيسي والفصل المغناطيسي" . المجلة الدولية لمعالجة المعادن . 168 : 102-108 . Bibcode : 2017IJMP..168..102Y . doi : 10.1016/j.minpro.2017.09.012 .
  12. ↑ "مقدمة في معالجة المعادن: التعويم الرغوي" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 سبتمبر 2017 .
  13. ↑ راماشاندرا راو، س. (2006). "العمليات الفيزيائية والكيميائية الفيزيائية". استعادة الموارد وإعادة تدويرها من النفايات المعدنية . سلسلة إدارة النفايات. المجلد 7. الصفحات 35-69 . doi : 10.1016/S0713-2743(06)80088-7 . ISBN   978-0-08-045131-2– عبر إنسليفير.
  14. فينال ، ج.؛ خوان، إ.؛ رويز، م.؛ فيراندو، إ.؛ كرويلز، م.؛ روكا، أ.؛ كاسادو، ج. (2006). " استخلاص الذهب والبلاديوم باستخدام الأوزون المائي في وسط كلوريد مخفف" . علم المعادن المائية . 81 (2): 142-151 . Bibcode : 2006HydMe..81..142V . doi : 10.1016/j.hydromet.2005.12.004 – عبر Elsevier Science Direct.
  15. ↑ الخام المستخرج من المنجم: المادة الخام المستخرجة كما هي عند تسليمها قبل أي معالجة. "قاموس مصطلحات التعدين والمعادن وما يتصل بها" . جامعة حجة تبة - قسم هندسة التعدين. مؤرشف من الأصل في 29 أكتوبر 2010. تم الاطلاع عليه في 7 أغسطس 2010 .
  16. ↑ الغربال: شبكة من قضبان حديدية تسمح للخام ذي الحجم المناسب بالمرور عبر ممر الخام إلى قاع المنجم، جاهزًا للرفع إلى السطح. نظام DEROCKER (شركة RMS-Ross) هو غربال نشط ومفصلي قادر على دحرجة الصخور الكبيرة الحجم، وفركها، وتنظيفها، وتفريغها، حتى قطر 120 سم (4 أقدام ) أو أقل، مع استخلاص جميع المواد الطينية التي يقل قطرها عن 51 مم (بوصتين) لمزيد من الفرز والفصل واستخلاص المعادن المستهدفة. "منجم جيفور للقصدير: رجال الغربال" . متحف منجم جيفور للقصدير . تم الاطلاع عليه في 7 أغسطس 2010 .   
  17. ↑ لوري، ريموند ل؛ جمعية التعدين والمعادن والاستكشاف (2002)، دليل مرجعي للتعدين للمؤسسات الصغيرة والمتوسطة ، جمعية التعدين والمعادن والاستكشاف، رقم ISBN 978-0-87335-175-1- الفصل 17 - قسم التصنيف بقلم بول د. تشامبرلين
  18. ↑ "آلات الطحن: طاولة ويلفلي" . مستكشف منطقة النحاس . 7 سبتمبر 2007. مؤرشف من الأصل في 26 أغسطس 2014. تم الاطلاع عليه في 7 أغسطس 2010 .
  19. ↑ هوك، محمد مينول؛ بينغ، تشنغبيو؛ إيفانز، جيفري؛ دورودشي، إلهام (2023). "تأثير تحميل سطح الفقاعة على ديناميكيات صعود الفقاعات المحملة بالجسيمات في نظام تدفق سائل" . هندسة المعادن . 195 108043. Bibcode : 2023MiEng.19508043H . doi : 10.1016/j.mineng.2023.108043 . hdl : 1959.13/1482164 .
  20. ↑ شانتوريا، ف.أ.؛ موروزوف، ف.ف.؛ دفويتشينكوفا، ج.ب.؛ بودكاميني، يو. أ.؛ تيموفييف، أ.س. (29 نوفمبر 2023). "تحسين تركيب وظروف تطبيق عوامل تعديل الخصائص الطيفية للماس في فصل التألق بالأشعة السينية" . غورني ناوكي إي تيكنولوجي = علوم وتكنولوجيا التعدين (روسيا) . 8 (4): 313-326 . doi : 10.17073/2500-0632-2023-09-154 . ISSN 2500-0632 . 
  21. ↑ "دليل منتجات الأطنان في الساعة 2016" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 9 فبراير 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 مارس 2016 .
  22. ↑ جونز، جريج (2 يوليو 2023). "الرمال المعدنية: نظرة عامة على الصناعة" (ملف PDF) . شركة إيلوكا للموارد . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 2 يوليو 2023. تم الاطلاع عليه في 22 نوفمبر 2025 .
  23. ↑ باكس، ر. أ.؛ هندرسون، د. (2009). "تحليل لمشاكل تشغيل المصانع وتقليل المخاطر" (ملف PDF) . المؤتمر الدولي السابع للمعادن الثقيلة "ماذا بعد؟"، معهد جنوب أفريقيا للتعدين والمعادن. معهد جنوب أفريقيا للتعدين والمعادن . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 19 يونيو 2015. تم الاطلاع عليه في 22 نوفمبر 2025 .
  24. ↑ "من دراسات الجدوى وأعمال الاختبارات المعدنية إلى المعدات ذات معدلات استخلاص المعادن المضمونة" . رويال آي إتش سي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 نوفمبر 2025 .
  25. ↑ "الرمال المعدنية" . علوم الأرض في أستراليا . مؤرشف من الأصل في 16 أغسطس 2024. تم الاطلاع عليه في 22 نوفمبر 2025 .
  26. ↑ تحضير الفحم المالح بتقنية التكتل الزيتي / ف. س. بيليتسكي، أ. خيلوفي، ب. ف. سيرجيف // المؤتمر الدولي التاسع لعلوم الفحم (ICCS'97)، 7-12 سبتمبر 1997، إيسن، ألمانيا. المجلد 1. ص 535-538.
  27. ↑ دراسة قوانين التلبد الانتقائي للفحم باستخدام اللاتكسات الاصطناعية / بي في سيرجيف، في إس بيليتسكي // المؤتمر الدولي لعلوم الفحم 97. 7-12 سبتمبر 1997، إيسن، ألمانيا. المجلد 1. ص 503-506.
  28. ↑ سي. دبليو. فان، آر. ماركوسزوسكي، وتي دي ويلوك، "تكتل الزيت في الفحم في المحاليل الملحية: تأثيرات كراهية الماء وغيرها من المعايير على استخلاص الفحم"، مؤرشف بتاريخ 28 أبريل 2017 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
  29. ↑ بيليتسكي، ف.، وشيندريك، ت. تحسين جودة الفحم الملحي باستخدام تكتل الزيت . النظم التقنية والمعلوماتية الجغرافية في التعدين. وقائع مدرسة التعدين تحت الأرض، دنيبروبيتروفسك/يالطا، 2-8 أكتوبر 2011. / مطبعة سي آر سي، مجموعة تايلور وفرانسيس، لندن، المملكة المتحدة. كتاب بالكيما. 2011. ص 135-140.
  30. ↑ ويتاكر، ج.، إيوريو، أ.، شيلنبرغ، س. "خلط الفحم: القيمة التجارية والتحليل والتحسين"
  31. ↑ تاديسي، بوغال؛ ماكوي، فيديلي؛ ألبيجانيك، بوريس؛ داير، لورانس (2019). "استخلاص معادن الليثيوم من خامات الصخور الصلبة: مراجعة". هندسة المعادن . 131 : 170-184 . Bibcode : 2019MiEng.131..170T . doi : 10.1016/j.mineng.2018.11.023 . S2CID 105940721 . 

مصادر

  • دوبي، جي إس، وفينش، جيه إيه، 1991، التعويم العمودي: مراجعة مختارة، الجزء الثاني، 4(7-11) 911-923
  • فينش، جيه إيه، 1995، التعويم العمودي: مراجعة مختارة - الجزء الرابع: أجهزة التعويم الجديدة، هندسة المعادن، 8(6)، 587-602
  • Miettinen, T, Ralston, J., and Fornasiero, D., The Limits of Fine Particle Flotation, Minerals Engineering, 23, 420-437 (2010)
  • نغوين، أ.ف.، رالستون، ج.، شولز، هـ.س.، 1988، حول نمذجة احتمالية ارتباط الفقاعات بالجسيمات في عملية التعويم، المجلة الدولية لمعالجة المعادن، 53(4) 225-249
  • بروبستين، آر إف (2003) الديناميكا المائية الفيزيائية الكيميائية: مقدمة، هوبوكين، نيو جيرسي، جون وايلي وأولاده، 141-142.
  • رالستون، ج. فورناسيرو، د.، هايز، ر.، 1999، التصاق وانفصال جزيئات الفقاعات في عملية التعويم، المجلة الدولية لمعالجة المعادن، 56 (1-4) 133-164
  • ويلز، بي إيه، وفينش، جيه. (2015): تكنولوجيا معالجة المعادن لويلز، مقدمة للجوانب العملية لمعالجة الخامات واستخلاص المعادن؛ الطبعة الثامنة، 512 صفحة، رقم ISBN 978-0-08-097053-0

للمزيد من القراءة

  • كارتر، سي. باري؛ إم. غرانت نورتون (2007). "التحسين" . المواد الخزفية: العلوم والهندسة . برلين : سبرينغر . ص  347. ISBN 978-0-387-46270-7. OCLC 77012326 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 مايو 2009 . 
  • سميث، ميك ر.؛ ل. كوليس؛ ب. ج. فوكس (2001). "التحسين" . الركام: ركام الرمل والحصى والصخور المكسرة لأغراض البناء . لندن : الجمعية الجيولوجية . ص 124-129 . ISBN  1-86239-079-7. OCLC 46600322 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 مايو 2009 . 
  • بارتجيس، ن. ل. (2007). "معالجة الماس: المعوقات الهيكلية وكيفية التغلب عليها في جنوب أفريقيا" (ملف PDF) . مصادر الماس للاستخدام 2007. معهد جنوب أفريقيا للتعدين والمعادن. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 2 أكتوبر 2011. تم الاطلاع عليه في 15 مايو 2009 .
  • سوبتيليا، ف. ف.؛ مارتينوف، س. أ.؛ بوتوزوف، ف. ب.؛ خفان، ف. أ. (يوليو 1977). "تحسين الماس الصناعي بالموجات فوق الصوتية". مجلة علوم التعدين . 13 (4): 439-441 . Bibcode : 1977JMinS..13..439S . doi : 10.1007/BF02498516 . S2CID 129150818 .