فصل المعادن
 وليد خليفةساهم بشكل رئيسي في تحرير هذا المقال
|
فصل المعادن (Separation of Minerals) عن بعضها البعض هو مجال رئيسى من مجالات تركيز الخامات. و يعتمد فصل المعادن عن بعضها البعض، تمهيداً لاستخلاص الفلزات منها، على اختلاف خواصها الطبيعية و الطبيعية-الكيميائية. من بين الخواص الطبيعية المستغلة بكثرة في عمليات الفصل الثقل النوعى و الخواص المغناطيسية والخواص الكهربية الساكنة و النشاط الإشعاعى. و تعتمد طرق الفصل الطبيعية-الكيميائية على خواص المعادن السطحية، و هى طرق محدودة الفاعلية و لكنها غير مكلفة و سريعة. و لكل خاصية تعتمد عليها عملية من عمليات الفصل حجم مثالى لجسيمات الخامة المُغَذَّاة تتعاظم عنده فاعلية العملية. و تستخدم عادة أكثر من طريقة لإنجاز عملية الفصل.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
الاسترداد والدرجة
الاسترداد و الدرجة هما مَعْلَمَان مهمان في أى عملية فصل. الاسترداد هو النسبة المئوية من الفلز الثمين التى تم استردادها في الركاز. و الدرجة هى محتوى الفلز في الركاز معبراً عنه بالنسبة المئوية. توجد علاقة عكسية بين الاسترداد و الدرجة. فللحصول على ركاز عالى الدرجة، يرتفع الفاقد من الفلز القيم في النفايات و بالتالى ينخفض الاسترداد. و توجد علاقة طردية بين قيمة الركاز و درجته، لأن تكلفة استخلاص الفلز من الركاز تُحدَد بشكل كبير بتكلفة التخلص من الشوائب الموجودة فيه. و بالتالى يُلتَمَس التوفيق بشكل عام بين قيمة الفلز المفقود في النفايات و سهولة معالجات الركاز اللاحقة.
الخواص التي يعتمد عليها فصل المعادن
اللون والمظهر العام
يُعد الالتقاط اليدوى أبسط طرق الفصل و يستخدم أحياناً لإزالة إما المواد الغنية أو النفايات من الخامة أثناء مرورها على السير الناقل. يتيح الاختلاف في لون و مظهر المعدن المطلوب عن النفايات امكانية استغلال ذلك لإجراء الفصل يدوياً و يمكن ذلك لكتل الخامات المتوسطة الحجم.
الصلادة
تستخدم صلادة المادة أحياناً لإنجازعملية الفصل بالغربلة، و ذلك عند التصاق المعادن الثمينة بالشوائب المعدنية. يتم الفصل بسحق الخامة، فيسحق المعدن الرِخْو سحقاً تفضيلياً، في حين يستعيد المعدن الأصلد حجمة الأصلى. فتؤدى الغربلة إلى فصل الركاز الغنى بالمعدن الأصلد على سطح الغربال بينما تتساقط قطع المعدن الرخو من فتحات الغربال.
الثقل النوعي
يتيح الاختلاف في الثقل النوعى للمعادن طريقة بسيطة لفصلها. و يستخدم لذلك عدة معدات صناعية مثل الخضاضة الميكانيكية و اللوح الهزاز. يتكون الأخير من سطح يشبه المنضدة يميل قليلاً عن المستوى الأفقى، و له حركة ترددية تدفع اللوح في إتجاه المحور الطويل فتسبب انتقال المعادن الثقيلة لنهاية اللوح، بينما تنجرف المعادن الأخف على السطح المنزلق بفعل الماء. الوسط الثقيل أيضا من طرق الفصل بالثقل النوعى وتعتمد على قدرة الجسيمات الناعمة الثقيلة، المعلقة في الماء، على العوم. و تستخدم فيها جسيمات ناعمة من مادة ثقيلة نسبياً مثل المگنتيت و الماء. يتصرف خليط المگنتيت و الماء كما لو كان مائعاً ذو ثقل نوعى ظاهرى أقل من المعدن المراد تركيزه و أعلى من الشوائب المعدنية. فتنفصل الخامة المفتتة إلى منتج مترسب و آخر عائم يفصل بينهما الوسط الثقيل. طرق الفصل الحلزونية و يستخدم فيها حوض حلزوني ذو قاع منحني، يعرف ب"حلزون همفري" نسبة لمخترعه. و عند تغذيته بخليط من الماء و الخامة تتعلق المواد الخفيفة بسهولة في الماء و من ثم تُدفع لخارج الحلزون، بينما تميل الجسيمات الأثقل للبقاء على مقربة من القاع داخل الحوض. المدومات المائية و يتم فيها الفصل اعتماداً على مبدأ الدوامة. التصويل الهوائى ويستخدم لفصل المعادن الخفيفة مثل الميكا و الأسبستوس عن الشوائب الثقيلة.
الخواص المغناطيسية
الفصل المغناطيسى هو طريقة فعالة لتركيز العديد من المعادن المحتوية على الحديد.
الخواص الكهربية الساكنة
تستعمل هذه الطرق قوة المجال الكهربى الساكن لإنجاز عملية الفصل بين معادن مختلفة الخواص الكهربية.
الخواص الحرارية
عند تعرض خليط من المعادن لتأثير إشعاع حرارى لمدة معينة من الوقت يتم تسخين انتقائي لبعض المعادن و لا تتأثر معادن أخرى، فيتم فصل الشوائب المسخنة بإمرارها على سير ناقل، مطلى براتينج حرارى التلدن، حساس للحرارة ، فتلتصق المعادن المسخنة بالسير فيحملها معه و بذلك يمكن فصلها عن المعادن الأخرى.
النشاط الإشعاعى
تُستخدم هذه الطريقة لفصل المعادن المشعة مثل معادن اليورانيوم و الثوريوم. تتكون وحدة الفصل من "أنبوبة گايگر" أو كشَّاف للوَمَضَات، ودائرة تكوين و تضخيم نبضات، و تجهيزات ميكانيكية أخرى مثل تيار هوائى ينشط بإشارة إلكترونية لتحريك قطع الصخر عالية الدرجة من مسارها أثناء سقوطها الحر مما يؤدى لفصل المعادن عن بعضها.
الضيائية
و حدة الفصل المبنية على هذه الخاصية تستخدم لتركيز الماس خاصة و تعتمد على لمعان الماس عند سقوط حزمة من الأشعة السينية عليه فيتم تحديده و يفصل بتسليط نفاث هوائى عليه فيحركه بعيداً عن الشوائب الأخرى.
الخواص السطحية
هذه الخواص هى الأساس لعملية التعويم – أهم عمليات التركيز الحالية – و بها تُركَّز عدد خامات أكثر من أى طريقة أخرى. و تعتمد على القدرة على إبقاء بعض المعادن غير مبتلة بالماء بشكل انتقائى بينما تبتل معادن أخرى، فتلتصق الجسيمات الغير مبتلة بفقاعات الهواء فتحملها معها إلى السطح و من ثم تُنقل مُرَكَّزَة مع الرغوة. أما الجسيمات المبتلة فلا تلتصق بفقاعات الهواء و تبقى في الأسفل. تخضع الجسيمات الموجودة في الرغوة بعد ذلك للترشيح للحصول على الركاز. لا يقتصر التعويم على المعادن التى لا تذوب في الماء، فيمكن أيضاً فصل الأملاح الذوابة في الماء.
التعويم
مقالة مفصلة: تعويم فصل الهواء
يعتمد التعويم Dissolved air flotation على المبادىء الآتية:[1]
- التبلل الانتقائى للمواد الصلبة. يوصف سطح المعدن بأنه إما محب للماء مثل الزجاج أو كاره للماء مثل سطح البارافين.
- الالتصاق الانتقائى لفقاعات الهواء بالمواد الصلبة. يتم ذلك حسب زاوية التلامس بينهما. والقاعدة هنا أن المعدن المحب للماء لا يُعَوَّم لعدم قدرته على الالتصاق بفقاعات الهواء، أما المعدن الكاره للماء فيلتصق بفقاعة هواء ويعوم معها.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
تعديل سطح المعادن
- مقالة مفصلة: امتزاز
لجعل جسيمات المعدن الناعمة الطحن غير مبتللة تُقَلَّب الخامة في ماء محتوٍ على مادة كيميائية تسمى المُجَمِّع. أثناء ذلك تتفاعل الكيماويات مع سطح المعادن المراد تعويمها كى تكون سطح مُنْفِر للماء يشبه البارافين و تعرف عملية الالتصاق بسطح المادة الصلبة هذه بالامتزاز. عند إضافة هذه المجمعات بنسبة ضئيلة (5 إلى 100 جزء في المليون بالنسبة للخامة) يمكن تنشيط عملية التعويم.
المُجَمِّعات
المُجَمِّعات مركبات عضوية تحتوى على الكبريت أو الفوسفور أو النيتروجين أو الزرنيخ. و تعتمد طبيعتها الكيميائية على طبيعة سطح المعدن المراد تعويمه، و للمجمعات نوعان رئيسيان:
- أنيونية. و تنقسم إلى مجموعتين: المجمعات المحتوية على مجموعة SH-، و تعرف باسم المِرْكَبْتُو أو الثيول أو مجموعة الكبريتيد الحمضى و المجمعات المحتوية على مجموعة الهيدروكسيد (OH-). ينتشر استخدام الكواشف الأنيونية بكثرة و على نطاق واسع لجدواها الاقتصادية.
- كاتيونية. هذه المجمعات قواعد عضوية مثل الأمينات، و هى فعالة في الأوساط الحامضية الضعيفة فقط.
المجمعات الشائعة الاستعمال هى الزنتات و هى أملاح حمض الصفراويك (الزانثيك). و باختصار تستخدم المجمعات الأنيونية المحتوية على مجموعة الكبريتيد الحمضى (SH) لتعويم خامات الكبريتيدات، بينما تستخدم المجمعات الكاتيونية المحتوية على مجموعة الهيدروكسيد (OH) لكافة المعادن الأخرى.
الكواشف الأخرى
تستخدم بالإضافة للمُجَمِّعَات كواشف أخرى للتعويم، مثل المُرَغِّيَات و المُكَيِّفَات و المُنَشِّطَات و المثبطات و لكل منها وظيفة خاصة تساهم بها في بعض عمليات الفصل.
معدات التعويم
تتوفر معدات التعويم في نوعين رئيسيين: أحواض التقليب و فيها تعوم المعادن بتكوين بفقاقيع الهواء داخل خلية التعويم بتقليب ميكانيكى، و أعمدة الفصل و لا يستخدم فيها تقليب ميكانيكى، و لكن يحدث إتصال بين التيارات المتضادة لروبة المعدن الهابطة و فقاعات الهواء الصاعدة يتم فيه تفاعل للفقاقيع مع المعادن. و أعمدة التعويم أكثر فاعلية في فصل الجسيمات الناعمة من أحواض التقليب.
انظر أيضا
انظر أيضاً
المصادر
- F. Habashi, Metals from Ores. An Introduction to Extractive Metallurgy, Métallurgie Extractive Québec, Québec City, Canada 2003.
- ^ (Cite web | url = http://en.wikipedia.org/wiki/Dissolved_air_flotation | title = Dissolved air flotation | publisher = ويكيبيديا الإنجليزية }}