ما هي استخدامات التعويم؟ دليل التطبيقات والعمليات والمعدات الرئيسية

التعويم هو تقنية فصل تستخدم فقاعات الهواء لجمع جزيئات معدنية قيمة من اللب ذو الأساس المائي. إذا سألت عن سبب استخدام التعويم، فإن الإجابة المباشرة هي أن التعويم يستخدم لفصل المعادن الثمينة عن النفايات الصخرية، ولتحسين الخامات قبل الصهر والترشيح، ولاستعادة الجزيئات الدقيقة التي لا تستطيع عمليات الجاذبية التعامل معها. وبعيدًا عن التعدين، يُستخدم نفس المبدأ في إعادة تدوير الورق، وفصل البلاستيك، ومعالجة التربة، ومعالجة مياه الصرف الصحي الزيتية.

العملية مبنية على كيمياء السطح. تجعل الكواشف المعدن المستهدف كارهًا للماء، وتلتصق فقاعات الهواء بهذه الجسيمات، ويحملها زبد ثابت إلى السطح، حيث تتم إزالتها كمركزات. تشرح الأقسام التالية الاستخدامات الرئيسية للتعويم، والخطوات داخل المكثف، والمعدات والمواد الكيميائية المعنية، والمتغيرات التي تحدد الاسترداد والدرجة.

ما هو التعويم وكيف يعمل؟

التعويم، الذي يُطلق عليه أحيانًا التعويم الرغوي، هو طريقة فصل فيزيائية كيميائية. إنه يحول الاختلافات في قابلية التبلل السطحي إلى معدلات مختلفة لالتصاق الفقاعات. في خلية التعويم، يتم تهوية اللب بحيث يرتبط السطح المعدني المستهدف، والذي تم جعله كارهًا للماء بواسطة الكواشف، بفقاعات الهواء. يرتفع مجموع جسيمات الفقاعة إلى السطح؛ يتم كشط الطبقة الرغوية وتثخينها وتصفيتها للحصول على التركيز النهائي.

ويجب توافر ثلاثة شروط أساسية:

• يجب تحرير المعدن الثمين من الشوائب التي تأتي من الطحن الصحيح.
• يجب أن يكون السطح المستهدف كارهًا للماء بشكل انتقائي، والذي يأتي من كيمياء المجمع.
• يجب أن تنتج الخلية فقاعات صغيرة وثابتة، والتي تأتي من المكره ووحدة الرغوة.

تشرح هذه الشروط أيضًا سبب تطبيق التعويم على العديد من المواد: كلما أمكن إنشاء اختلاف انتقائي في الكارهة للماء، يمكن تصميم عملية التعويم حوله. لإلقاء نظرة فاحصة على تشغيل الدائرة، راجع المبدأ الرئيسي لمعدات التعويم في إثراء .

الاستخدامات الرئيسية للتعويم في الصناعة

الاستخدام الأكثر وضوحًا للتعويم هو في تعدين المعادن، ولكن التكنولوجيا مدمجة أيضًا في المعالجة الكيميائية وإعادة التدوير والمعالجة البيئية. يلخص الجدول أدناه الخلاصات والأهداف النموذجية.

إثراء خام المعادن

يتم تثبيت الحصة الأكبر من قدرة التعويم في مكثفات المعادن الأساسية. تستجيب خامات الكبريتيد جيدًا لمجمعات الزانثات، ولهذا السبب تستخدم مصانع النحاس والزنك والرصاص والنيكل دائمًا دائرة التعويم بعد الطحن. يستعيد التعويم أيضًا الموليبدينوم والفضة عند حدوثهما مع كبريتيدات النحاس، ويستخدم لاستعادة الذهب من خامات البيريتيك قبل ترشيح السيانيد.

معالجة المعادن المائية والبحيرات المالحة

في مصانع معالجة المعادن المائية، يتم استخدام التعويم لاستعادة القيم المعدنية من الخبث والمواد والمخلفات. على سبيل المثال، يتم طحن خبث صهر النحاس وتعويمه لإعادة النحاس المتبقي إلى المصهر. في كيمياء البحيرات المالحة، يعد التعويم خطوة قياسية في إنتاج البوتاس، مما يساعد على إزالة الهاليت والطين من كلوريد البوتاسيوم.

إعادة التدوير والمعالجة ومعالجة المياه

نفس مبدأ كيمياء السطح يحل أيضًا المشكلات البيئية. يعمل التعويم على إزالة أحبار الورق المُعاد تدويره، وفصل المواد البلاستيكية ذات سلوك الترطيب المختلف، وإزالة الجزيئات الحاملة للمعادن الثقيلة من التربة الملوثة والرواسب المجروفة. في معالجة مياه الصرف الصحي، يعمل تعويم الهواء المذاب على رفع الزيت والشحوم والمواد الصلبة العالقة الخفيفة من النفايات السائلة الصناعية. وتتزايد هذه التطبيقات مع زيادة الضغط لاستعادة المواد من الموارد الثانوية.

كيف يتم تنظيم دائرة التعويم

دائرة التعويم هي عبارة عن سلسلة من الآلات وخطوات العملية، وليست خزانًا واحدًا. ويعتمد الترتيب على نوع الخام ومواصفات المنتج النهائية، ولكن توجد دائمًا عدة مراحل.

في مكثف النحاس النموذجي، يتم طحن الخام إلى حجم يتجاوز 70 إلى 80 بالمائة 74 ميكرون قبل أن يدخل الضفة الأكثر خشونة. في مصنع البيريت المحتوي على الذهب، يمكن استخدام نفس الدائرة لإنتاج تركيز الكبريتيد السائب، والذي يتم بعد ذلك إعادة طحنه لكشف الذهب لترشيح السيانيد. تبدو خطوات العملية متشابهة، لكن مخطط الكاشف وأوقات الإقامة مختلفة تمامًا.

معدات التعويم وأنواع الآلات

تتراوح معدات التعويم من الخلايا المعملية الصغيرة إلى الخزانات الصناعية التي تزيد أحجامها عن 300 متر مكعب. يتم التصنيف الأساسي حسب طريقة إمداد الهواء: آلات التهوية الميكانيكية الذاتية وآلات نفخ الهواء.

آلات التهوية الذاتية

يتم تصنيف الآلات مثل آلة التعويم من النوع BF على أنها ذاتية التهوية لأن المكره يسحب الهواء إلى اللب أثناء دورانه. هذه الخلايا شائعة في النباتات المتوسطة والصغيرة، خاصة عندما لا يتوفر نظام هواء مضغوط منفصل.

آلة التعويم BF ذاتية التهوية للنباتات الصغيرة والمتوسطة خلية تحريك ميكانيكية تسحب الهواء بشكل طبيعي باستخدام دافعة مغلقة مزدوجة المخروط، مثالية للمواقع التي لا تحتوي على هواء مضغوط. فهو يجمع بين الشفط والتعويم لتبسيط إعداد الدائرة. عرض المنتج →

آلات نفخ الهواء

تستخدم خلايا نفخ الهواء، مثل النوعين XCF وKYF، مصدرًا للهواء الخارجي، مما يوفر تحكمًا مستقلاً في التهوية والتحريك. غالبًا ما يتم دمج أنواع XCF وKYF في بنك واحد: حيث تعمل خلية XCF واحدة في رأس البنك كخزان شفط، بينما تكون الباقي عبارة عن خلايا نفخ الهواء. وهذا يلغي الحاجة إلى مضخة الملاط بين مراحل التعويم.

مجموعة آلات التعويم بنفخ الهواء XCF/KYF يستخدم مصدر الهواء الخارجي للتحكم المستقل في التهوية، ويجمع خلية شفط XCF مع خلايا التدفق المباشر KYF للتخلص من مضخات الملاط بين المراحل. مناسبة للدوائر المتوسطة والكبيرة. عرض المنتج →

آلات التعويم الكبيرة

لقد غيرت خلايا التعويم الكبيرة اقتصاديات معالجة الخام منخفض الجودة. يمكن لخلية واحدة كبيرة أن تحل محل عدة خلايا أصغر، مما يقلل من استهلاك الطاقة والمساحة الأرضية وأعمال الصيانة. الشرط الرئيسي هو نظام ثابت لتشتيت الهواء وتصميم تفريغ الرغوة الذي يعمل في العمق.

يجب أن تتوافق المكره وعمق الخزان وتصميم مخروط الزبد وصمام التحكم في الهواء مع كثافة اللب وتوزيع حجم الجسيمات في التغذية.

كواشف التعويم المستخدمة في الدوائر التجارية

تعمل كيمياء الكواشف على تغيير سطح المعدن بحيث تتمكن عملية التعويم من التمييز بين الجزيئات التي تشبه الفصل بالجاذبية. يسرد الجدول أدناه أنواع الكواشف الثلاثة الرئيسية.

يبدأ مخطط الكاشف العملي لخام النحاس والزنك بالجير لخفض البيريت، ثم يقوم مجمع النحاس بتعويم الكالكوبايرايت بينما يتم احتجاز الزنك. بعد إزالة النحاس، تتم إضافة كبريتات النحاس لتنشيط السفاليريت، ويتم جرعات المجمع مرة أخرى لتعويم الزنك. تتكرر نفس الدورة في مراحل أنظف بكثافة لب أقل وبرغوة أخف.

العوامل التي تؤثر على تعافي التعويم

تحدد العديد من المتغيرات ما إذا كان مصنع التعويم سيصل إلى هدف الاسترداد. عادة ما يقوم المشغلون بمراقبة هؤلاء الستة.

• حجم الجسيمات: الجزيئات الخشنة ثقيلة وتنفصل عن الفقاعات. الجزيئات الدقيقة جدًا تفوت سطح الفقاعة. نطاق متوسط ​​الحجم يعطي أفضل انتعاش.
• كثافة اللب: اللب السميك جدًا يقلل من جودة الرغوة. اللب الرقيق جدًا يزيد من استهلاك الماء والطاقة.
• جرعة الكاشف: الجرعات المنخفضة تترك قيمة في المخلفات؛ الجرعات الزائدة تقلل من درجة التركيز.
• معدل التهوية: يضبط مساحة سطح الفقاعة؛ يمكن أن يؤدي معدل الهواء المرتفع جدًا إلى انهيار الرغوة.
• درجة الحموضة وإمكانات اللب: يتم إجراء تعويم الكبريتيد القياسي في اللب القلوي لحماية طبقات المجمع وتقليل معادن الحديد.
• وقت الإقامة: إذا ترك اللب الخلايا بسرعة كبيرة، يتم فقدان المعادن العائمة ببطء؛ إذا بقيت لفترة طويلة جدًا، يتم نقل الشوائب إلى المركز.

يوضح الرسم البياني أدناه العلاقة النموذجية بين حجم الجسيمات واسترداد التعويم لخام الكبريتيد.

تختلف القيم الدقيقة بين الخامات، ولكن شكل المنحنى ثابت في مصانع المعادن الأساسية. إذا كان انخفاض الاسترداد على الجانب الخشن، فإن النبات عادة ما يزيد من جرعة المجمع أو عمق الرغوة. إذا كانت القطرة على الجانب الناعم، فقد يحتاج النبات إلى مادة مندفة أو مجمع أقوى أو تصميم خلية مختلف.

اختيار معدات التعويم للمشاريع الحقيقية

يعد اختيار آلة التعويم المناسبة لمصنع جديد أو للترقية عملية تدريجية. تحدد حمولة التغذية المخططة الحجم الإجمالي للخلية. يحدد علم المعادن الخام مخطط الكاشف وعدد مراحل التنظيف. يحدد حجم جسيم التغذية ودرجة التركيز المطلوبة نوع الخلية وعمقها.

أحد الأمثلة ذات الصلة هو مشروع الإصلاح الفني للتعويم في عملية الزنك البالغة 3000 طن يوميًا في صناعة الزنك في يونان جيندينج. في هذا المصنع، لم تتمكن الخلايا الموجودة من استعادة ما يكفي من السفاليريت الناعم، وكان الحل هو تغيير تكوين الماكينة بدلاً من إعادة بناء قسم الطحن. الخطوط العريضة لهذا المشروع يشرح كيف أدى ترتيب التعويم الجديد إلى زيادة الاسترداد مع الحفاظ على درجة التركيز ضمن متطلبات المصهر. في مصانع النحاس والصهر ذات الحمولة العالية، عادةً ما يؤدي نفس النوع من التحليل إلى آلات تعويم كبيرة، مما يقلل من عدد الخلايا واستهلاك الطاقة.

آلات التعويم ذات السعة الكبيرة للمحطات ذات الحمولة العالية تم تصميمها للتعامل مع تغذية الخام الضخمة وزيادة الاسترداد مع تقليل الطاقة ومساحة الأرضية. تتوفر هذه الخلايا بأحجام تصل إلى 200 متر مكعب، وهي تناسب عمليات النحاس والفوسفات والخامات الحرارية. عرض المنتج →

بالنسبة للمصانع التي تقوم بمعالجة صخور الفوسفات أو البوتاس أو الخامات الحرارية، ينطبق نفس منطق الاختيار، لكن حمل الزبد واستقرار الكاشف يصبحان أكثر أهمية. ويجب أن تحتفظ الآلة بالرغوة لفترة كافية حتى تقوم مراحل التنظيف بعملها، ويجب أن يتحمل شكل الخلية اللزوجة العالية لبعض العجائن المعدنية.

الأسئلة المتداولة حول التعويم

ما هو التعويم الرغوي المستخدم في التعدين؟

يتم استخدام التعويم الرغوي لفصل المعادن الثمينة عن الشوائب بعد الطحن. يتم تطبيقه بشكل رئيسي على خامات كبريتيد النحاس والزنك والرصاص والنيكل، ولكن أيضًا على الذهب والموليبدينوم والفوسفات والفلوريت والبوتاس.

هل يمكن استخدام التعويم للمواد غير المعدنية؟

نعم. ويستخدم نفس المبدأ لإزالة الحبر من الورق المعاد تدويره، وفصل المواد البلاستيكية المختلطة، وإزالة الجزيئات الحاملة للمعادن الثقيلة من التربة الملوثة. في معالجة المياه، يتم استخدام تعويم الهواء المذاب لإزالة الزيت والشحوم والمواد الصلبة العالقة.

ما هو الفرق بين التعويم والترسيب؟

يفصل الترسيب الجزيئات بالكثافة ويسمح للمادة بالاستقرار تحت الجاذبية. ينفصل التعويم عن طريق الكارهة للماء على السطح ويحمل الجزيئات إلى الأعلى باستخدام فقاعات الهواء. وبالتالي، يمكن للتعويم أن يفصل بين الجسيمات التي لها نفس الكثافة تقريبًا ولكن كيمياء سطحها مختلفة.

ماذا تفعل آلة التعويم في الواقع؟

تقوم آلة التعويم بخلط اللب، وتفريق الهواء إلى فقاعات صغيرة، والحفاظ على طبقة الرغوة مستقرة بدرجة كافية للتجميع. تحدد آلية المكره وهندسة الخزان نطاق حجم الجسيمات التي يمكن للآلة التعامل معها بكفاءة.

لماذا حجم الجسيمات مهم جدا في التعويم؟

الجسيمات الخشنة ثقيلة جدًا بالنسبة للفقاعات، ولا تصطدم الجسيمات الدقيقة بالفقاعات بشكل متكرر بما فيه الكفاية. يتمتع كل خام بنطاق حجم مثالي حيث يكون الاسترداد في أعلى مستوياته؛ يؤدي التحرك خارج هذا النطاق إلى تقليل التعافي حتى عندما تكون وصفة الكاشف صحيحة.