1. طريقة معالجة رطبة للدياتوميت ذي الدرجة المتوسطة-المنخفضة، تتألف من العمليات التالية: الغسل وتحويله إلى عجينة، والتقليب والفصل، والترسيب المتقاطع في ظروف التدفق والسكون، وتتميز بما يلي:

أ. أثناء عملية التحريك والفصل، تُضاف كمية تتراوح بين 10 و20% من حيث الوزن من محلول مغناطيسي ثقيل مُعد من ميتاسيليكات الصوديوم أو هيكساميتافوسفات الصوديوم، وهيدروكسيد الصوديوم، وكربونات الصوديوم، وقلويات نباتية، حيث تكون النسبة كما يلي: ميتاسيليكات الصوديوم بتركيز 20% (أو هيكساميتافوسفات الصوديوم بتركيز 5%) : هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 2% : كربونات الصوديوم بتركيز 5% : 5% من القلويات النباتية = 3-5 : 0.3-0.8 : 0.3-0.8 : 1-1.5؛;

ب. وتشمل العملية أيضًا الفصل بالسفع بالضغط السلبي والفصل بالتذبذب بالموجات فوق الصوتية.

2. الطريقة وفقًا للمطالبة 1، حيث يتضمن الفصل بالسفع بالضغط السلبي تغذية الملاط إلى آلة السفع بالضغط السلبي بمعدل تدفق يتراوح بين 250 و450 كجم/دقيقة، وتقليب الملاط تحت ضغط سلبي يتراوح بين 0.5 و0.8.

3. الطريقة وفقًا للمطالبة 1، حيث يتضمن الفصل بالتذبذب فوق الصوتي تغذية الملاط إلى جهاز فصل بالتذبذب فوق الصوتي، والسماح للملاط بالتدفق عبر الجهاز بمعدل تدفق يتراوح بين 250 و450 كجم/دقيقة تحت تردد تذبذب دقيق.

4. آلة تفجير بالضغط السلبي تُستخدم في طريقة التخصيب وفقًا للمطالبة 1، وتتميز بأنها تتألف من هيكل، ومحرك تقليب موضوع داخل الهيكل، ومضخة تفريغ متصلة بالهيكل.

5. آلة السفع بالضغط السلبي وفقاً للمطالبة 4، حيث يُزوَّد الجسم بمخرج للملاط ومدخل للملاط، ويكون المخرج موجودًا في منتصف الجسم، ويكون المدخل موجودًا في قاع الجسم، ويكون الجزء العلوي من الجسم متصلاً بمضخة التفريغ عبر أنبوب توصيل وخزان لتخزين الماء، ويكون المحرك متصلاً بمحرك كهربائي.

6. جهاز تذبذب بالموجات فوق الصوتية يُستخدم في طريقة التخصيب وفقًا للمطالبة 1، ويتميز بأنه يتألف من أنبوب شبه منحرف، وقضبان تذبذب موضوعة داخل الأنبوب، ومولد للموجات فوق الصوتية متصل بقضبان التذبذب.

طريقة التخصيب الرطب للدياتوميت متوسط إلى منخفض الجودة

مجال الاختراع

يتعلق هذا الاختراع بطريقة لتجهيز المعادن، وبشكل خاص بطريقة تجهيز رطبة بحتة تعتمد على العمليات الفيزيائية، تهدف إلى تحسين جودة وتنقية الدياتوميت ذي الدرجة المتوسطة-المنخفضة لإنتاج دياتوميت مكرر.

خلفية الاختراع

في الوقت الحالي، تعد موارد الدياتوميت محدودة من حيث الإنتاج والاحتياطيات، لا سيما تلك ذات الجودة الاقتصادية المناسبة للتطوير، والتي تعد أكثر ندرةً. ولذلك، تزداد أهمية التقنيات الخاصة بتطوير واستغلال موارد الدياتوميت ذات الدرجة المتوسطة-المنخفضة، وهناك حاجة ملحة بشكل خاص إلى تقنيات التخصيب التي تسمح بانتقاء الدياتوميت المكرر من الدياتوميت ذي الدرجة المتوسطة-المنخفضة. وتشمل طرق التخصيب الحالية الفصل المغناطيسي، والفصل بالجاذبية، والتعويم، وما إلى ذلك، لكنها لا تكون فعالة عند استخدامها لتخصيب الدياتوميت. يكشف طلب براءة الاختراع الصيني (رقم الطلب 94108311) عن طريقة لتخصيب خام الدياتوميت منخفض ومتوسط الدرجة، والتي تستخدم أربع خطوات من الغسل الميكانيكي والغسل الاهتزازي لتشتيت الشوائب الطينية الدقيقة الملتصقة بأجسام الدياتومات، وإضافة مادة مشتتة إلى الملاط، ثم تستخدم طرق الفصل بالجاذبية مثل إزالة الرمل في الخنادق الضحلة والبرك الضحلة والترسيب في البرك العميقة للحصول على المركزات. ومع ذلك، لا تزال هذه الطريقة غير قادرة على فصل الدياتوميت المكرر تمامًا عن الدياتوميت من الدرجة المتوسطة-المنخفضة؛ فمعدل استخلاصه منخفض، ولا يمكن تشغيله بشكل مستمر، كما أنه معقد ومرهق، وقابلية التكيف به ضعيفة، ويصعب تنفيذه، وبالتالي لا يستخدم على نطاق واسع.

ملخص الاختراع

يتمثل الهدف من هذا الاختراع في توفير طريقة تكرير رطبة تعتمد على المبادئ الفيزيائية البحتة، وتتميز بمعدل استرداد عالٍ، وتأثير تكرير جيد، وعدم التسبب في أي تلوث، والقدرة على إجراء عملية التكرير بشكل مستمر.

ويتمثل أحد أهداف الاختراع الحالي في توفير آلة سفع بالضغط السلبي وجهاز تذبذب بالموجات فوق الصوتية يُستخدمان خصيصًا في هذه الطريقة.

يتألف الحل التقني للاختراع الحالي من العمليات التالية: الغسل وتحويل الألياف إلى عجينة، والتقليب والفصل، والترسيب المتقاطع في ظروف التدفق والسكون، ويتميز بما يلي:

أ. أثناء عملية التحريك والفصل، تُضاف كمية تتراوح بين 10 و20% من حيث الوزن من محلول مغناطيسي ثقيل مُعد من ميتاسيليكات الصوديوم أو هيكساميتافوسفات الصوديوم، وهيدروكسيد الصوديوم، وكربونات الصوديوم، وقلويات نباتية، حيث تكون النسبة كما يلي: ميتاسيليكات الصوديوم بتركيز 20% (أو هيكساميتافوسفات الصوديوم بتركيز 5%) : هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 2% : كربونات الصوديوم بتركيز 5% : 5% من القلويات النباتية = 3-5 : 0.3-0.8 : 0.3-0.8 : 1-1.5؛;

ب. وتشمل العملية أيضًا الفصل بالسفع بالضغط السلبي والفصل بالتذبذب بالموجات فوق الصوتية.

تتضمن عملية الفصل بالسفع بالضغط السلبي تغذية الملاط إلى آلة السفع بالضغط السلبي بمعدل تدفق يتراوح بين 250 و450 كجم/دقيقة، مع تقليب الملاط وتدويره تحت ضغط سلبي يتراوح بين 0.5 و0.8؛ ويشمل الفصل بالتذبذب فوق الصوتي تغذية الملاط إلى جهاز فصل بالتذبذب فوق الصوتي، والسماح للملاط بالتدفق عبر الجهاز بمعدل تدفق يتراوح بين 250 و450 كجم/دقيقة تحت تردد تذبذب دقيق.

تتألف آلة السفع بالضغط السلبي موضوع الاختراع الحالي من هيكل، ومحرك تقليب موجود داخل الهيكل، ومضخة تفريغ متصلة بالهيكل، حيث يُزوَّد الهيكل بمخرج للملاط ومدخل للملاط، ويكون المخرج موجودًا في منتصف الجسم، ويكون المدخل موجودًا في قاع الجسم، ويكون الجزء العلوي من الجسم متصلاً بمضخة التفريغ عبر أنبوب توصيل وخزان لتخزين المياه، ويكون المحرك متصلاً بمحرك كهربائي. وعندما تدخل الملاط إلى آلة التنظيف بالضغط السلبي، يتولد ضغط سلبي يتراوح بين 0.5 و0.8 داخل الآلة بفعل مضخة التفريغ؛ يقوم المحرك بتشغيل المحرك الدوار، مما يؤدي إلى تقليب الملاط ودورانه تحت الضغط السلبي، مما ينتج عنه تفجير داخلي، وبالتالي فصل الشوائب الموجودة على سطح الدياتومات عن الدياتومات نفسها.

يتألف جهاز التذبذب بالموجات فوق الصوتية موضوع الاختراع الحالي من أنبوب شبه منحرف، وقضبان تذبذب موضوعة داخل الأنبوب، ومولد للموجات فوق الصوتية متصل بقضبان التذبذب. وبعد دخول الملاط إلى الأنبوب شبه المنحرف، وتحت تأثير قضبان التذبذب التي تعمل بتردد تذبذب دقيق، يتم فصل الجسيمات الدقيقة الموجبة والسالبة الشحنة، مما يؤدي إلى فصل الدياتوميت عن الطين بشكل أكبر.

وتتمثل الخطوات المحددة لعملية الاختراع الحالي فيما يلي:

1. الغسل وتحويل الخام إلى عجينة: يتم تغذية الخام بمعدل 250-450 كجم/دقيقة في آلة الغسل (محلية الصنع)، مع إضافة الماء حتى الوصول إلى تركيز يتراوح بين 34 و42% بالوزن (جميع النسب المئوية الواردة هنا هي بالوزن)، يُغسل الخام الخام لتحويله إلى عجينة، ويُستخدم الرمل الموجود في الخام الخام لإحداث تأثير غسيل على الشوائب الموجودة على سطح الدياتومات، مما يؤدي إلى تكوين ملاط لزج؛;
2. الفصل بالخلط: يتم تغذية الملاط اللزج إلى آلة الخلط بمعدل 250-450 كجم/دقيقة، وتخفيفه بالماء حتى يصل تركيزه إلى 10-18%، مع إضافة الماء المغناطيسي الثقيل المُعد مسبقًا في نفس الوقت بكمية تتراوح بين 10 و20% على أساس الخام الجاف. أثناء التحريك، وبسبب اختلاف معدلات التدفق الناتجة عن المواد ذات أحجام الجسيمات المختلفة في الملاط، ينشأ احتكاك داخلي؛ وفي الوقت نفسه، وتحت تأثير الماء المغناطيسي الثقيل، تحمل أيونات الفلزات القلوية شحنات موجبة وتولد كهرباء ساكنة عالية الجهد، مما يتسبب في امتصاص الشوائب الدقيقة مثل Al₂O₃ و Fe₂O₃ في الملاط الخام وتعليقها، بينما يظل الدياتوميت المكون من SiO₂ ورمل الكوارتز محايدًا ويستقر بحرية، وبذلك يتم فصل الشوائب عن الدياتومات؛;
3. الفصل بالتفجير بالضغط السلبي: يتم تغذية خليط الدياتوميت المذكور أعلاه إلى آلة التفجير بالضغط السلبي بمعدل تدفق يتراوح بين 250 و450 كجم/دقيقة، تحت ضغط سلبي يتراوح بين 0.5 و0.8، مع القيام بالتحريك والفصل. تولد الجسيمات الدقيقة الموجودة في الملاط تفجيرًا داخليًّا تحت الضغط السلبي، مما يؤدي إلى فصل الشوائب الموجودة على سطح الدياتوم والشوائب الغروية عن الدياتوم مرة أخرى؛;
4. الفصل بالتذبذب فوق الصوتي: يتم تغذية الملاط المذكور أعلاه من الدياتوميت إلى الأنبوب شبه شبه المنحرف لجهاز التذبذب فوق الصوتي بمعدل تدفق يتراوح بين 250 و450 كجم/دقيقة. تحت تأثير قضبان التذبذب ذات التردد الميكروي، تكون جسيمات الشوائب ذات الشحنة -2 في حالة حركة، بينما تكون الجسيمات ذات الشحنة +2 في حالة سكون، مما يؤدي إلى مزيد من الفصل بين الطين والدياتومات في الملاط؛;
5. الفصل بالترسيب المتدفق: يُوضع ملاط الدياتوميت المذكور أعلاه في بركة قناة الترسيب. ومن خلال ضبط الحواجز داخل البركة، يتدفق الملاط أو يتوقف بالتناوب، ويتحرك تلقائيًا إلى الأمام. ووفقًا لاختلاف أحجام الجسيمات أو الكثافة النوعية للمعادن، تستقر الجسيمات الخشنة ورمل الكوارتز في أقسام مختلفة من البركة. ثم يتدفق ملاط الدياتوميت إلى بركة ترسيب أخرى، حيث يستقر الدياتوميت المكرر في النهاية، بينما تتدفق الشوائب والطين مع السائل، ويتم تصريفها بعد معالجة الفصل، ويتم إعادة مياه الملاط كمياه متداولة.

المزايا والآثار

ونظرًا لأن هذه العملية تستخدم ماءً مغناطيسيًا كثيفًا وتستعين بآلة التفجير بالضغط السلبي وجهاز التذبذب بالموجات فوق الصوتية، فإن فصل الدياتومات عن المعادن الأخرى والشوائب والطين وما إلى ذلك يكون أكثر شمولاً. وبالاقتران مع الترسيب المتقاطع الديناميكي والساكن، يتم فصل الدياتومات تمامًا عن المعادن الأخرى والشوائب والطين وما إلى ذلك. وبالتالي، فإن معدل التخصيب مرتفع، ويحتوي منتج الدياتوميت المكرر على نسبة دياتومات تتراوح بين 90 و98%. هذه العملية مستمرة، لذا فإن كفاءتها عالية، وسعة المعالجة كبيرة، ولا يتم تصريف أي ملوثات، ويمكن إعادة تدوير المياه، والتكلفة منخفضة، كما أنها صديقة للبيئة. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب هذا الاختراع استثمارًا صغيرًا وعائدات سريعة، لذا فإن تطبيقه العملي فعال وقابل للتكيف.

وصف موجز للرسومات

الشكل 1 هو رسم تخطيطي هيكلي لآلة السفع بالضغط السلبي موضوع الاختراع الحالي؛;

الشكل 2 هو رسم تخطيطي يوضح الهيكل التكويني لجهاز التذبذب بالموجات فوق الصوتية موضوع الاختراع الحالي؛;

الشكل 3 هو مخطط تدفق العمليات الخاص بالاختراع الحالي.

في الشكل 1: الرقم 1 يمثل الهيكل، والرقم 2 يمثل المحرك الموجود داخل الهيكل، والرقم 3 يمثل المحرك الذي يشغل المحرك، والرقم 4 يمثل أنبوب توصيل، أحد طرفيه متصل بأعلى الهيكل، والطرف الآخر متصل بأعلى خزان تخزين المياه 7، و5 هو أنبوب توصيل، أحد طرفيه متصل بأعلى خزان تخزين المياه 7، والطرف الآخر متصل بمضخة التفريغ 6، و8 هو مدخل الملاط في قاع الجسم، و9 هو مخرج الملاط في منتصف الجسم.

في الشكل 2: الرقم 10 يمثل الأنبوب شبه شبه المنحرف، والرقم 11 يمثل قضبان التذبذب بالموجات فوق الصوتية الموضوعة داخل الأنبوب شبه شبه المنحرف، والرقم 12 يمثل مولد الموجات فوق الصوتية المتصل بقضبان التذبذب 11.

مثال

لنأخذ خام الدياتوميت «قي فنغ» من مقاطعة إريوان، بمقاطعة يوننان، الذي يبلغ متوسط تركيبه الكيميائي: SiO₂ ~68%، Al₂O₃ ~16%، Fe₂O₃ 5‑9%. قم بتغذية الخام بمعدل 80 كجم/دقيقة في آلة الغسل (محتوى الماء 40%، الخام الجاف 48 كجم)، وأضف الماء بمعدل 40 كجم/دقيقة لتصل التركيز إلى 40%، وقم بالغسل حتى يصبح المزيج عجينة سائلة، ثم يُرسل إلى آلة التحريك، ويُضاف الماء بمعدل 180 كجم/دقيقة لتخفيف التركيز إلى 16%، مع إضافة الماء المغناطيسي الثقيل في نفس الوقت بمعدل 0.72 كجم/دقيقة (15% على أساس الخام الجاف)، حيث يتم تحضير الماء المغناطيسي الثقيل وفقًا للنسبة التالية:

ميتاسيليكات الصوديوم (تركيز 20%) : هيدروكسيد الصوديوم (2%) : كربونات الصوديوم (5%) : القلويات النباتية (5%) = 4 : 0.5 : 0.5 : 1.

بعد التقليب، يتم تغذية الخليط إلى آلة السفع بالضغط السلبي بمعدل تدفق يبلغ 400 كجم/دقيقة، مع ضغط داخلي يبلغ -0.5 ضغط جوي. ويدخل الملاط المنبعث من الآلة مباشرةً إلى جهاز التذبذب بالموجات فوق الصوتية بتردد تذبذب دقيق، بنفس معدل التدفق البالغ 400 كجم/دقيقة. وأخيرًا، يدخل المزيج إلى حوض قناة الترسيب المتدفق، الذي يتألف من 8 قنوات، تحتوي كل منها على 16 حاجزًا قابلًا للتعديل على ارتفاعات مختلفة. بعد مرور الملاط عبر القنوات، يتم تفريغ كل قناة بالتناوب لمدة دقيقة واحدة، بمعدل تدفق يبلغ 0.83 م/دقيقة، حتى اكتمال العملية. وبفضل الحواجز ذات الارتفاعات المختلفة، تستقر المعادن ذات أحجام الجسيمات والكتل النوعية المختلفة في كل قسم، مما يؤدي في النهاية إلى فصل الدياتوميت عن المعادن والشوائب الأخرى. بناءً على دفعة تتم معالجتها في 3 أيام، يبلغ إجمالي المدخلات من الخام (40% ماء) 345 طنًا، ويتم الحصول على 103 طن من الدياتوميت المكرر الجاف، ومعدل الاسترداد 50% (3:1)، وتكوين الدياتوميت المكرر: SiO₂ >80%، Al₂O₃ <9%، Fe₂O₃ <2.5%، الكثافة الظاهرية <0.45.