الطرد المركزي معالجة المعادن

التركيز بالطرد المركزي هو طريقة فصل بالجاذبية تعتمد على الفرق في قوة الطرد المركزي بالقصور الذاتي التي تولدها الجسيمات المعدنية في تدفق الملاط الدوار لفصل الجسيمات وفقًا لكثافتها. في مجال الجاذبية، كلما انخفض حجم الجسيمات، انخفضت قوة الترسيب وسرعة الترسيب بسرعة، كما تنخفض كفاءة الفصل وقدرة المعالجة للمعدات تبعًا لذلك. وتتجاوز قوة الطرد المركزي بالقصور الذاتي الناتجة عن تدفق الملاط الدوار الجاذبية بعشرات إلى مئات المرات، مما يزيد بشكل كبير من معدل الطبقات للجزيئات المعدنية ويحسن قدرة المعالجة للمعدات.

تتميز أجهزة التركيز بالطرد المركزي بقدرة معالجة كبيرة وتكلفة فصل منخفضة، مما يجعلها مناسبة لمعالجة الخامات ذات الحبيبات الدقيقة، إلا أن نسبة التخصيب فيها منخفضة، وتُستخدم عادةً في مرحلة التخصيب الأولي.

تنقسم أجهزة التركز بالطرد المركزي بشكل أساسي إلى فئتين: تلك التي تولد قوة الطرد المركزي عن طريق دوران هيكل الجهاز، وتلك التي تولد قوة الطرد المركزي عن طريق التدفق الدوار السريع للملاط. وتشمل الفئة الأولى أجهزة التركز بالطرد المركزي الأفقية والرأسية، بينما تشمل الفئة الثانية الهيدروسيكلونات المخروطية القصيرة، وما إلى ذلك.

2.7.2 معدات التركيز بالطرد المركزي

2.7.2.1 جهاز التركز بالطرد المركزي الأفقي

يظهر هيكلها في الشكل 2-40. وقد نجحت شركة يوننان لصناعة القصدير في بلدي في تطويرها عام 1964. وتتألف من جزأين: الوحدة الرئيسية وآلية التحكم. الوحدة الرئيسية عبارة عن أسطوانة مخروطية مقطوعة موضوعة أفقياً. أثناء التشغيل، يتم تغذية الملاط إلى جدار الأسطوانة بشكل عرضي من خلال فوهة تغذية مسطحة. وبينما تدور مع الأسطوانة، يتدفق الملاط على طول السطح المحوري المائل لجدار الأسطوانة، مما يؤدي إلى حدوث طبقات. تترسب جزيئات المعادن الأثقل الموجودة في الطبقة السفلية على جدار الأسطوانة، بينما تُصرف جزيئات المعادن الأخف الموجودة في الطبقة العليا مع الملاط عند الطرف الخلفي للأسطوانة على شكل مخلفات. وعندما تصل جسيمات المعادن الثقيلة إلى سماكة معينة، يتم إيقاف التغذية، ويتم ضخ ماء عالي الضغط عبر فوهة الشطف لدفع جسيمات المعادن الثقيلة إلى الأسفل لتشكيل المركزات. وتقوم آلية التحكم بشكل دوري بعمليات التغذية، وإيقاف تدفق الملاط، والشطف للحصول على المخلفات، وتجميع المركزات.

الشكل 2-40: هيكل جهاز التركيز بالطرد المركزي φ800×600 التابع لشركة يوننان تين

1 – قادوس التغذية؛ 2 – فوهة الشطف؛ 3 – فوهة التغذية العلوية؛ 4 – الأسطوانة الدوارة؛ 5 – الهيكل؛ 6 – حوض الاستقبال؛ 7 – الغطاء الواقي؛ 8 – الفاصل؛ 9 – الصمام الغشائي؛ 10 – الصمام ثلاثي الاتجاهات؛ 11 – المحرك؛ 12 – فوهة التغذية السفلية؛ 13 – فوهة مياه الغسل المسطحة

تستخدم أجهزة التركيز بالطرد المركزي قوة الطرد المركزي بدلاً من الجاذبية في قنوات مستوية لفصل المعادن، مما يعزز عملية الفصل بالغشاء. وتُستخدم أجهزة التركيز بالطرد المركزي الأفقية لفصل خامات التنغستن والقصدير والحديد التي يتراوح حجم جسيماتها بين 0.15 و0.01 ملم، حيث تحقق نسب تخصيب تتراوح بين 1.5 و3. يمكن معالجة خام الحديد للحصول على مركز نهائي، بينما يتطلب التنغستن والقصدير مزيدًا من الضبط الدقيق باستخدام معدات إضافية للحصول على المركز النهائي.

تُعدّ أجهزة التركز الطرد المركزي النفاثة نوعًا مطوَّرًا حديثًا من أجهزة التركز الطرد المركزي الأفقية، وقد نجح معهد بكين العام للبحوث في مجال التعدين والمعادن في تطويرها في أوائل التسعينيات. ويتألف هيكلها، كما هو موضَّح في الشكل 2-41، من أسطوانة دوَّارة، ولوحة توزيع، وأنبوب تغذية، وأنبوب مياه، وحاقن نفاث. يتم تغذية الملاط مباشرةً إلى داخل الأسطوانة، بينما يتم تغذية الماء النظيف ذي الضغط المنخفض إلى لوحة التوزيع. يتدفق الماء النظيف من لوحة التوزيع، مما يدفع جزيئات المعادن العلوية على طول المنحدر الطولي للأسطوانة نحو طرف التفريغ. يؤدي تباين نقطة ارتطام المياه المنفثة إلى تكوين حاجز هيدروليكي حول محيط الأسطوانة، مما يتسبب في تناوب الطبقة الترابية بين التفتت والضغط، وبالتالي تعزيز تأثير القص والتقسيم الطبقي لقوة باينوه. يدور الأسطوانة التي يبلغ قطرها φ1200 مم بسرعة عالية تتراوح بين 600 و700 دورة في الدقيقة، مما يولد قوة طرد مركزي أقوى بـ240–326 مرة من الجاذبية، وهو ما يسمح لجزيئات المعادن المفيدة الدقيقة للغاية بالترسب على الأسطوانة. يعمل الماء المتدفق على تفكيك الطبقة، ودفع المعادن الأثقل في القاع نحو داخل الأسطوانة، ثم تصريفها في النهاية كمركزات من منفذ التفريغ. يمكن أن يصل حد استرداد حجم الجسيمات لمعالجة طين خام القصدير الناعم إلى 0.003 مم. إلى جانب معالجة طين خام القصدير، يمكن استخدامها أيضًا لمعالجة الطين ذي الحبيبات الدقيقة التي يصعب معالجتها مثل الذهب والتنغستن والتنتالوم والنيوبيوم وعناصر التربة النادرة.

الشكل 2-41: رسم تخطيطي لمبدأ عمل جهاز التركيز الطرد المركزي النفاث

1—الأسطوانة؛ 2—لوحة توزيع المياه النقية؛ 3—أنبوب التغذية؛ 4—نفاثة المياه؛ 5—مخرج المحلول المركز؛ 6—مخرج الرواسب

تتألف أجهزة التركيز بالطرد المركزي العمودي من خزان فرز مُركَّب عموديًّا يدور حول محوره. ومن الأنواع الشائعة في هذا المجال فواصل الذهب المخروطية التي تعمل بالطرد المركزي وفواصل الأقراص التي تعمل بالطرد المركزي.

يُظهر الشكل 2-42 هيكل جهاز الفصل المخروطي الطرد المركزي للذهب. خزان الفرز عبارة عن مخروط مقطوع رأسًا مركب على عمود رأسي سفلي. ويحتوي سطح المخروط على أخاديد حلقية. ويتم تغذية الملاط إلى الجزء السفلي من قرص المخروط عبر قادوس التغذية. مع دوران قرص المخروط، يتدفق الملاط صعودًا على طول الجدار الداخلي، وتُصنف جزيئات المعادن وفقًا لكثافتها. تتحرك الجزيئات الأثقل نحو جدار القرص وتدخل الأخاديد، بينما تتدفق الجزيئات الأخف وزنًا صعودًا مع الملاط وتُفرغ من الأعلى في حوض المخلفات. وعندما تملأ الجسيمات الثقيلة الأخاديد، يتم إيقاف التغذية وإيقاف تشغيل الآلة. يُفتح الصمام السفلي يدويًّا، ويُستخدم الماء عالي الضغط لغسل الجسيمات الثقيلة وتوجيهها إلى حوض المركزات. تُستخدم هذه المعدات بشكل أساسي لتخصيب رواسب الذهب الغريني والتجهيز الأولي لرواسب الذهب الصخرية الصغيرة. يتراوح حجم جسيمات التغذية بين 0 و10 مم. تتميز هذه المعدات ببنية بسيطة، وسهولة التشغيل، ونسبة فصل وتخصيب عالية، ويمكنها تحقيق معدل استرداد للذهب يزيد عن 90%، مع استهلاك كمية قليلة نسبيًا من المياه.

الشكل 2-42: فاصل مخروطي طرد مركزي

1—أنبوب التغذية؛ 2—الغطاء العلوي؛ 3—شبكة مطاطية؛ 4—قرص مخروطي؛ 5—قرص توزيع الملاط؛ 6—قرص رش الماء؛ 7—مقعد المحمل العلوي؛ 8—بكرة؛ 9—الإطار؛ 10—مقعد المحمل السفلي؛ 11—عمود مجوف؛ 12—المحرك؛ 13—الغلاف الخارجي

يُظهر الشكل 2-43 هيكل جهاز الفصل بالقرص الطرد المركزي، وهو يتشابه بشكل أساسي مع هيكل جهاز تركيز الذهب بالطرد المركزي. ويُعد قرص الفصل قرصًا نصف كروي الشكل يحتوي على أخاديد حلقية على جداره الداخلي. وتتطابق عملية الفصل وطريقة التشغيل مع تلك المستخدمة في جهاز تركيز الذهب بالطرد المركزي. ويُستخدم هذا الجهاز لفصل خامات الذهب الغريني وخامات الذهب الصدري التي يتراوح حجم حبيباتها بين 0 و10 ملم. ويتميز بنسبة تخصيب عالية ومعدل استرداد مرتفع. ومع ذلك، فإن الشكل نصف الكروي لقرص الفصل يجعل تصنيعه أكثر صعوبة.

الشكل 2-43: جهاز تركيز القرص الطرد المركزي

1—غطاء مقاوم للرمل؛ 2—خزان المخلفات؛ 3—قرص التركز نصف كروي؛ 4—محرك؛ 5—عمود أفقي؛ 6—هيكل المحرك؛ 7—هيكل

الشكل 2-44: هيدروسيكلون مخروطي قصير φ300

1—أنبوب التغذية؛ 2—أنبوب الفائض؛ 3—فتحة التدفق السفلية

2.7.2.3 الهيدروسيكلون المخروطي القصير

يظهر هيكله في الشكل 2-44. ويتمثل الاختلاف عن الهيدروسيكلون التقليدي في زاوية المخروط الأكبر. تتراوح زاوية مخروط الهيدروسيكلون ذي المخروط القصير بين 90° و120°، كما أن المخروط قصير بشكل خاص. أثناء التشغيل، تدخل الملاط إلى الأسطوانة بشكل عرضي من مضخة رمل أو خزان ضغط عالي المستوى. تتحرك الملاط لأسفل بحركة لولبية، وتُرتب جزيئات المعادن بشكل شعاعي وفقًا لسرعات ترسيبها. يتم تصريف الجسيمات الأخف وزنًا أو الأكثر دقة ذات سرعات الترسيب الأقل عبر أنبوب الفائض المركزي، بينما تتحرك الجسيمات الأكثر خشونة أو أثقل وزنًا نحو جدار الوعاء وتنتقل إلى الأسفل. ونظرًا لزيادة زاوية المخروط، يتعرض الملاط المتدفق لأسفل على طول جدار الوعاء لعرقلة، مما يؤدي إلى تكوين طبقة دوارة في قاع المخروط. داخل طبقة الهيدروسيكلون، يتم تفكيك جزيئات المعادن وترتيبها في طبقات من خلال حركة القص الدورانية. وتكون المعادن الأخف وزنًا في الأعلى ويحملها السائل المتدفق صعودًا إلى أنبوب الفائض للتفريغ. أما المعادن الأثقل وزنًا فتكون في القاع ويتم تفريغها من مخرج التدفق السفلي.

كما يُعد الهيدروسيكلون المركب الذي يعمل بوسط مائي، والذي خضع لتعديل طفيف، نوعًا من الهيدروسيكلونات ذات المخروط القصير. وتتمثل السمة المميزة له في أنه يتألف من ثلاثة أقسام مخروطية ذات درجات انحناء مختلفة، حيث يزداد الانحناء تدريجيًّا من الأعلى إلى الأسفل.

كما يمكن أن يكون قاع الهيدروسيكلون ذي المخروط القصير على شكل قوس، مع وجود أخاديد حلقية على السطح الداخلي، مما يساهم في تحسين نسبة التخصيب أثناء عملية تكرير الذهب وتعزيز فعالية الفصل في الهيدروسيكلون ذي المخروط القصير.

تُستخدم الهيدروسيكلونات ذات المخروط القصير بشكل أساسي في الفرز الأولي للذهب الغريني، وكذلك في معالجة الفحم. وبالنسبة لفصل الذهب الغريني بحجم -1 مم، يمكن أن يصل معدل استرداد الذهب إلى 95% عند نسبة تخصيب تبلغ عشرة.