اخبارراه و ساختمانصنعت و معدنویژه ها

سلول فلوتاسیون چیست و انواع آن کدام است؟

به گزارش صنعت کار، از این دستگاه‌ها برای افزایش عیار مواد معدنی استفاده می‌شود. شروع استفاده از سلول فلوتاسیون‌ در صنعت را می‌توان به قرن نوزدهم نسبت داد. اگرچه با گذشت زمان تجهیزاتی که مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسیار تکامل یافته‌اند، اما اولین فرآیند شناورسازی صنعتی در قرن 19 صورت گرفت.

اصول عملکرد در همه‌ سلولهای فلوتاسیون‌ مشابه است. به این صورت که با ایجاد حباب هوا در میان پالپ، مواد آب‌گریز به حباب‌ها می‌چسبند. سپس حباب‌ها به همراه این مواد به سطح می‌روند و جدا می‌شوند. اگر تمایل دارید اطلاعات بیشتری در مورد سلولهای فلوتاسیون‌ به دست آورید، تا انتهای مطلب همراه ما باشید. در این مقاله ضمن ارائه تعریف جامعی از سلول فلوتاسیون و تاریخچه‌ی آن، یکی از مجموعه‌های پیشرو در ارائه‌ی انوع سلول فلوتاسیون را نیز معرفی می‌کنیم.

سلول فلوتاسیون چیست؟

سلول‌های فلوتاسیون تجهیزاتی هستند که در صنایع برای جدایش کانی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در فلوتاسیون‌ آن‌چه که اهمیت دارد بر هم کنش موفق حباب‌ها است. ایجاد این حباب‌ها و اندازه و تعداد آن‌ها به منظور حمل مواد آب‌گریز اهمیت زیادی دارد.

در فلوتاسیون، ابتدا مواد معدنی در مرحله‌ی خردایش، توسط آسیاب‌ها به ذرات کوچک‌تر تبدیل می‌شوند. سپس این مواد با اضافه کردن مواد شیمیایی و مایعات به صورت پالپ در می‌آیند. پالپ وارد سلول‌های فلوتاسیون می‌شود و عملیات فرآوری کانی‌ها با استفاده از شیمی سطح مواد صورت می‌پذیرد.

فلوتاسیون روشی فیزیکی- شیمیایی برای جدایش محسوب می‌شود. اساس کار فلوتاسیون، وجود اختلاف در خواص سطحی کانی‌های باارزش و باطله است. به دلیل وجود اختلاف در این خواص، مواد باارزش به حباب‌ها می‌چسبند و کانی‌های باطله از سلول فلوتاسیون خارج می‌شوند.

فرآیند فلوتاسیون به عواملی بسیاری از جمله عیار، اندازه‌ ذرات، خواص سطحی و سایر ویژگی‌های پالپ ورودی و همچنین مواد شیمیایی مورد استفاده، میزان مصرف و pH و سایر خواص آن بستگی دارد. نرخ هوا و مقدار کف‌ساز بر اندازه و تعداد حباب‌ها در پالپ موثر است.

ذرات آب‌گریز باید به حباب‌هایی که توسط سلول‌ها تولید می‌شود، بچسبند. ایجاد حباب‌های پایدار، مستلزم رخداد دو پدیده است:

1- برخورد ذرات به حباب هوا

2- اتصال ذرات به سطح حباب

اگر اتصال انجام شود، ذرات توسط حباب‌ها حمل و به سطح منتقل می‌شود و عملیات جدایش صورت می‌گیرد.

تاریخچه سلول فلوتاسیون

بر اساس مستندات تاریخی استفاده از فرآیند شناورسازی برای جدایش به یونان باستان بر می‌گردد. در اواخر قرن 19، مبانی فرآیند فلوتاسیون مطرح شد. با گذشت زمان و در اوایل قرن بیستم، بررسی فرآیند شناورسازی سرعت بیشتری به خود گرفت. در نهایت در اوایل دهه قرن بیستم در بروکن هیل استرالیا به فناوری «شناورسازی کف» دست یافتند. این فرآیند فرآوری مواد معدنی را با تغییرات شگرفی مواجه کرد.

اولین فرآیند شناورسازی نفت را می‌توان به ویلیام هاینز در سال 1860 نسبت داد. او از این روش برای جداسازی کانی‌های سولفید و گانگ استفاده کرد. البته مستندات تاریخی مبنی بر این‌که اختراع او در ابعاد تجاری مورد استفاده قرار گرفت، وجود ندارد! اولین فرآیند تجاری فلوتاسیون موفق شناخته شده، شناورسازی سولفیدهای معدنی توسط فرانک المور بود. اگرچه باید توجه نمود که این فرآیند بر اساس شناورسازی کف نبود.

سیر تکاملی فرآیند شناورسازی توسط افراد زیادی ادامه یافت. در قرن بیستم که صنعت معدن به یکی از قدرت‌مندترین صنایع تبدیل شد، از فلوتاسیون برای اولین بار استفاده شد. در سال 1961 موسسه‌ی مهندسین معدن و متالوژی آمریکا پنجاهمین سالگرد فرآیند شناورسازی را گرامی داشتند. آن‌ها گزارشی مستند از این گردهمایی تهیه و در 700 صفحه ارائه کردند.

در این کتاب برخی از تغییرات ماشین‌های فلوتاسیون بررسی شد و راه‌اندازی اولین سلول‌های شناورسازی در آمریکا در سال 1911 در مونتانا شناخته شد. در سال 1911 تنها ماده‌ای که با روش فلوتاسیون بازیابی شد، اسفالریت بود. در حالی‌که امروزه از فلوتاسیون در اَشکال متنوع و به صورت گسترده در فرآوری مواد معدنی در سراسر جهان استفاده می‌شود.

نحوه عملکرد سلول فلوتاسیون

همان‌طور که گفته شد سلول‌های فلوتاسیون برای جداسازی بر اساس فرآیند شناورسازی کف مورد استفاده قرار می‌گیرند. فلوتاسیون روش پیچیده‌ای است و به پارامترهای گوناگونی بستگی دارد که بر طراحی آن اثر می‌گذارد. شناسایی این پارامترها به صورت مستقل کار دشواری است زیرا هر پارامتر به نوعی به دیگری وابسته است. به طور کلی مراحل آماده سازی پالپ قبل از ورود به سلول فلوتاسیون شامل موارد زیر می‌شود:

1- در مرحله‌ی اول پالپ با مواد شیمیایی مناسب ترکیب می‌شود تا به ph مورد نظر برسد. مواد شیمیایی دیگری نیز به پالپ اضافه می‌شود که به آن‌ها متفرق‌کننده می‌گویند که سطح کانی‌ها را آماده می‌کند.

2- در این مرحله برخی مواد شیمیایی دیگر برای ایجاد یا افزایش خاصیت آب‌گیری مواد به آن اضافه می‌شود. هم‌چنین موادی به نام فعال‌کننده برای بهبود خاصیت شناوری به برخی از مواد معدنی اضافه می‌شود.

3- در مرحله‌ی سوم پالپ با موادی به نام کلکتور، ترکیب می‌شود. کلکتورها خاصیت آب‌گریزی به مواد می‌دهند. پس از طی این سه مرحله پالپ آماده‌ی ورود به سلول‌های فلوتاسیون است.

به طور کلی فلوتاسیون باید طوری صورت گیرد که امکان شناور شدن تمام ذرات وجود داشته باشد. هم‌چنین حباب‌های هوا به صورت یکپارچه در سراسر پالپ پراکنده باشد و امکان برخود ذرات پالپ با حباب هوا فراهم باشد. میزان انباشته شدن پالپ در کف سیستم باید در میزان حداقلی خود قرار داشته باشد.

در فلوتاسیون باید شرایطی فراهم شود که کانی‌های هدف به حباب هوا بچسبند. شرط این اتصال، آب گریز بودن آن‌ها است. بعضی از مواد مانند ذغال، الماس و گرافیت به‌صورت طبیعی آب‌گریز هستند. اما برخی از مواد این‌طور نیستند و باید توسط کلکتورها آب‌گریز شوند. هر چه ماده‌ی هدف آب‌گریزتر باشد، سطح تماس با حباب هوا افزایش می‎یابد. با افزایش زاویه تماس مواد و حباب‌ها، چسبندگی حباب هوا به سطح جامد افزایش می‌یابد.

زمانی که اتصال پایدار بین مواد مورد نظر و حباب‌های هوا ایجاد شود، بخش مهمی از کار انجام شده است. این حباب‌ها به سمت سطح حرکت می‌کنند و کف ایجاد می‌کنند. این کف‌ها جمع‌آوری و برای فرآیندهای بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برای فرآوری مواد معدنی به روش شناورسازی، مجموعه‌ای از سلول‌های فلوتاسیون مورد استفاده قرار می‌گیرند که به آن مدار فلوتاسیون می‌گویند. مدارهای فلوتاسیون به سه گروه، مدار فلوتاسیون ساده، شستشوی یک مرحله‌ای و چند مرحله‌ای تقسیم می‌شوند.

مدار فلوتاسیون ساده

در مدار فلوتاسیون ساده تنها یک محصول تولید می‌شود. در این نوع از فلوتاسیون‌ خوراک ورودی پس از خروج از آسیاب و آماده‌سازی، وارد سلول‌های اولیه‌ی فلوتاسیون می‌شوند که سلول‌های رافر(Rougher)  نام دارد. وظیفه‌ی سلول‌های این بخش، پرعیارسازی خوراک ورودی است. محصولی که از رافر خارج می‌شود، محصول نهایی است.

باطله‌ی باقی‌مانده وارد سلول فلوتاسیون اسکونجر (Scavenger) یا رمق‌گیر  می‌شود. این سلول‌ها وظیفه دارند که کانی‌های هدفی را که وارد باطله شدند، بازیابی کنند. محصولی که از این سلول به دست می‌آید مجدداً وارد سلول‌های رافر می‌شود.

فلوتاسیون با شستشوی یک مرحله‌ای

در این مدار هم یک محصول نهایی تولید می‌شود. فرق این مدار با مدار ساده در این است که محصول، پس از گذشت از سلول رافر و قبل از تبدیل به محصول نهایی، وارد سلول کلینر (Cleaner) می‌شود. سلول‌های کلینر به پرعیارسازی بیشتر کانی هدف کمک می‌کنند. محصول نهایی پس از کلینر حاصل می‌شود و باطله وارد اسکونجر می‌شود. در اسکونجر مواد باارزش جدا شده و مجدداً به رافر برمی‌گردند و مواد باطله خارج می‌شوند.

فلوتاسیون با شستشوی چند مرحله‌ای

در برخی موارد با توجه به نوع مواد، شستشو طی چند مرحله صورت می‌گیرد. محصول کلینر طی یک یا چند مرحله‌ی اضافه‌تر شستشو می‌شود تا بازیابی مواد معدنی بهتر صورت گیرد. این مدارها سیستمی پیچیده دارند و طراحی آن‌ها متفاوت با سایر مدارها است.

انواع سلول فلوتاسیون

انواع سلول‌های فلوتاسیون در دو گروه کلی سلول‌های فلوتاسیون مکانیکی و ستونی قرار می‌گیرند.

سلول‌های فلوتاسیون مکانیکی:

در سلول‌های فلوتاسیون مکانیکی از یک هم‌زن برای اختلاط میان پالپ و حباب هوا استفاده می‌شود. با چرخش هم‌زن کانی‌های مورد نظر به حباب هوا می‌چسبند و به سطح می‌روند. طرح‌های متنوعی از سلول‌های فلوتاسیون مکانیکی در سراسر دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرد. در زیر به برخی از طراحی‌های معروف سازندگان سلول فلوتاسیون می‌پردازیم:

  • سلول فلوتاسیون سالا (SALA): از این سلول‌ها برای فرآوری فلزاتی مانند آهن، سرب و مس و سایر کانی‌های غیر فلزی استفاده می‌شود. این سلول‌ها تکنولوژی ساده و قیمت مناسب دارند. هوا به راحتی درون سلول پراکنده می‌شود و تشکیل حباب می‌دهد. حباب‌ها به ذرات معلق آب‌گریز می‌چسبند و به سطح منتقل می‌شوند.
  • سلول فلوتاسیون ومکو (WEMCO): این سلول‌ها به شکل استوانه‌ای طراحی می‌شوند. راندمان سلول‌های ومکو بالاتر و مصرف انرژی آن‌ها کمتر است. این سلول‌ها خودمکش بوده و به هواساز نیاز ندارند. تکنولوژی‌های به روز در آن به کار رفته است و از این رو هزینه‌ی ساخت اولیه‌ی بالاتری دارند.
  • سلول فلوتاسیون دنور (DENVER): این سلول‌ها مشابه سلول‌های سالا بدنه‌ی مکعبی دارند. سلول‌های دنور خودمکش بوده و در هندسه روتور و استاتو با طرح سالا متفاوت هستند. استفاده از این سلول‌ها به دلیل هزینه اولیه و تعمیر و نگهداری مرسوم نیست.

سلول‌های مکانیکی برای موادی که به سرعت ته‌نشین می‌شوند مناسب هستند. این سلول‌ها اغلب هزینه‌های تعمیر و نگهداری بالایی دارند. هم‌چنین گاهی مشکلاتی نظیر تنظیم اندازه‌ی حباب و کنترل عیار و بازیابی در آن‌ها وجود دارد.

سلول‌های فلوتاسیون ستونی:

در سلول‌های ستونی به جای استفاده از وسیله‌ی مکانیکی برای اختلاط، از ستون‌های با ارتفاع زیاد برای فرآوری مواد استفاده می‌شود. سلول‌های ستونی برای مواد سنگین و موادی که به سرعت ته‌نشین می‌شوند، مناسب نیستند.

در سلول‌های ستونی اختلاط از طریق تزریق هوا صورت می‌گیرد. عبور هوا از میان منافذ ریز تعبیه شده سبب ایجاد حباب در این سلول‌ها و معلق ماندن پالپ می‌شود.

سلول‌های فلوتاسیون ستونی دارای سیستم شستشوی کف هستند. این سیستم‌ها کارایی بالا و هزینه‌ی نگهداری کمتری دارند. هم‌چنین کنترل عوامل در این نوع سلول‌ها ساده‌تر است و به صورت اتوماتیک انجام می‌شود.

از انواع فلوتاسیون‌های ستونی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • سلول جیمسون
  • سلول داوکرا
  • سلول سودآلا-مولتوتک

اجزای سلول فلوتاسیون

سلول‌های فلوتاسیون دارای یک بدنه یا چارچوب نگه‌دارنده هستند که لوله‌های تزریق هوا نیز بر روی آن قرار دارد. در سلول‌های مکانیکی بخشی به نام هم‌زن یا impeller وجود دارد که وظیفه‌ی آن تولید تلاطم و گردابه در پالپ است. بر روی قسمت شعاعی هم‌زن، تعدادی تیغه‌ی عمودی قرار دارد که به آن دیفیوزر یا پراکنده‌کننده، می‌گویند. وظیفه‌ی دیفیوزرها پراکنده کردن هوا است.

دریچه اطمینان یا Dart Valve در سلول‌ها وظیفه‌ی کنترل جریان خروجی و سطح پالپ را بر عهده دارد. کانالی با نام جمع‌کننده کف یا Froth Launder در بالای سلول‌ها قرار دارد و کفی که در سطح ایجاد شده را به مرحله‌ی بعد منتقل می‌کند. یک سری لبه هدایت‌کننده‌ی کف نیز در سلول‎ها قرار دارند که کف را به سوی کانال‌های جمع‌آوری کف هدایت می‌کنند.

گاهی در طراحی سلول‌های فلوتاسیون مجاور از صفحه‌ جداکننده کف یا Froth Baffle Plate استفاده می‌شود. این قسمت کف‌های ایجاد شده‌ی دو سلول کنار هم را از هم جدا کرده و مانع ورود کف به پالپ می­شود.

همچنین لوله‌هایی برای تزریق و انتقال هوا به درون سلول تعبیه می­شوند. در برخی از طراحی­ها در قسمت زیرین این لوله‌ها بخشی به نام جریان هادی وجود دارد که سبب چرخش مجدد پالپ می‌شود. هم‌چنین قسمتی به نام کنترل‌کننده سطح در این سلول‌ها وجود دارد که سطح جریان و پالپ را کنترل می‌کند و در مدارهای سلول به سلول استفاده می‌شود.

سخن پایانی:

در این مقاله به سلول‌های فلوتاسیون پرداخیتم و عملکرد آن‌ها را مورد بررسی قرار دادیم. سلول‌های فلوتاسیون، تجهیزاتی برای فرآوری مواد باارزش هستند که در صنایع مختلف به ویژه صنایع معدنی استفاده می­شوند. در سلول‌های فلوتاسیون با تزریق هوا، حباب‌هایی ایجاد می‌شود که مواد آب‌گریز به آن‌ها متصل می‌شود. این مواد به همراه حباب‌ها به سطح منتقل می‌شوند و کف ایجاد می‌کنند، کف تشکیل شده جمع‌آوری و به مراحل بعدی منتقل می‌شود.

شرکت صدرا تجهیز مهرگان یکی از مجموعه‌های پیشرو در طراحی و ساخت سلول‌های فلوتاسیون است. این مجموعه با به کارگیری افراد متخصص، مهندسین با تجربه و فارغ‌التحصیلان برتر دانشگاه‌های معتبر سعی در ارائه خدمات با بهترین کیفیت را دارد. خدمات و محصولات این مجموعه با کیفیت جهانی و با استاندارهای روز دنیا ارائه می‌گردد.

هدف مجموعه‌ی صدرا تجهیز مهرگان جلب رضایت مشتریان است و در این راستا تمام تلاش خود را می‌کند. برای مشاوره و خرید محصول یا دریافت اطلاعات هم­اکنون با مشاوران ما تماس بگیرید.

 

انتهای پیام/

 

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا