عملية التخصيب لتقليل نسبة الفوسفور في الإلمنيت عالي الفوسفور المستخرج من خامات الرواسب الشاطئية

يتعلق هذا الاختراع بعملية تكرير تهدف إلى خفض نسبة الفوسفور في الإلمنيت، وبشكل خاص بعملية تكرير تهدف إلى خفض نسبة الفوسفور في الإلمنيت عالي الفوسفور المستخرج من رواسب الشواطئ.

تتكون خامات الرواسب الشاطئية من معادن قيّمة مثل الإلمنيت والزركون والروتيل والمونازيت. وبشكل عام، يخضع الإلمنيت المستخرج من الرواسب الشاطئية لعملية تركيز بالجاذبية لتخصيب المعادن القيّمة — بما في ذلك الإلمنيت والزركون والروتيل والمونازيت — وتحويلها إلى مركّز. على سبيل المثال، تتبنى العديد من مراكز التخصيب في مقاطعة هاينان هذه الطريقة. ثم يتم تجفيف المركز الرطب المُثري (سواء بالتسخين أو بالتجفيف بالشمس)، وغربلته عبر منخل ذي 80 شبكة، مع التخلص من الحبيبات الأكبر من 80 شبكة وتغذية الحبيبات الأصغر حجمًا إلى فاصل مغناطيسي قرصي للحصول على إيلمنيت منخفض الفوسفور، كما هو موضح في الشكل 1. يمكن إرسال هذا الجزء من المركز، نظرًا لمحتواه المنخفض من الفوسفور، مباشرةً إلى عملية الصهر. ثم تُخضع المخلفات الناتجة عن الفاصل المغناطيسي القرصي لمرحلة تنقية على فاصل مغناطيسي قرصي آخر، مما ينتج عنه مركز تنقية وهو إيلمنيت عالي الفوسفور. ونظرًا لأن محتوى الفوسفور في هذا الإلمنيت عالي الفوسفور يتجاوز متطلبات الصهر (أي أن نسبة الفوسفور تزيد عن 0.04%، وتصل في بعض الحالات إلى ما يزيد عن 0.11%)، فإن هذا الإلمنيت عالي الفوسفور يصبح مادة نفايات ويتم التخلص منه. في الوقت الحالي، تراكمت كمية كبيرة من هذه النفايات في مقاطعة هاينان. ويختلف إنتاج هذا الإلمنيت عالي الفوسفور باختلاف منطقة التعدين؛ ففي بعض المناطق، يبلغ إنتاج الإلمنيت عالي الفوسفور ضعف إنتاج مركزات الإلمنيت منخفضة الفوسفور، مما يؤدي إلى هدر خطير للموارد الوطنية. يتم إرسال مخلفات التنقية، التي تتكون من الزركون والروتيل والمونازيت، إلى دائرة تنظيف الزركون. وفيما يتعلق بالإلمنيت عالي الفوسفور المهمل، بُذلت بعض المحاولات لاستكشاف سبل الاستفادة منه؛ فعلى سبيل المثال، حاول معهد جيانغشي للمعادن معالجته بطريقة تجمع بين الفصل المغناطيسي والتعويم، لكن دون جدوى، ويرجع ذلك أساسًا إلى عدم التمكن من خفض محتوى الفوسفور بما يلبي متطلبات الصهر.

يتمثل الهدف من هذا الاختراع في توفير عملية تكرير تكون مجدية من الناحية التقنية ومعقولة من الناحية الاقتصادية، وقادرة على خفض محتوى الفوسفور في الإلمنيت عالي الفوسفور إلى مستوى يفي بمتطلبات صهر الإلمنيت منخفض الفوسفور، مما يتيح الاستفادة الكاملة من الموارد الوطنية وتوليد الثروة للبلاد.

يعتمد الحل التقني للاختراع الحالي على الخاصية التي تتمثل في أن الفوسفور الشوائب الموجود في الإلمنيت عالي الفوسفور، والمعادن المتشابكة معه أو المرتبطة به، تتمتع بموصلية كهربائية ضعيفة. ومن خلال الفصل الكهروستاتيكي عالي الجهد، يتم تحقيق هدف الفصل، مما يؤدي إلى تقليل محتوى الفوسفور الشوائب في الإلمنيت عالي الفوسفور بشكل كبير للحصول على إلمنيت منخفض الفوسفور.

تتضمن عملية التخصيب الواردة في الاختراع الحالي، والرامية إلى خفض نسبة الفوسفور في الإلمنيت عالي الفوسفور المستخرج من رواسب الشواطئ، تجفيف الخام (عن طريق التسخين أو التجفيف بالشمس)، والغربلة، والفصل المغناطيسي،, تتميز بما يلي: يستخدم الفصل المغناطيسي جهاز فصل مغناطيسي يعمل باللفافة المستحثة لفصل المعادن غير المغناطيسية أولاً، ويلي ذلك الفصل الكهروستاتيكي باستخدام جهاز فصل كهروستاتيكي عالي الجهد لفصل المعادن غير الموصلة، ليتم في النهاية الحصول على مركزات إيلمنيت منخفضة الفوسفور تتميز بخصائص مغناطيسية وموصلة في آن واحد.

في عملية التخصيب موضوع الاختراع الحالي، يعمل الفاصل المغناطيسي ذو الأسطوانة المستحثة بتيار تشغيل يتراوح بين 8 و14 أمبير، بينما يعمل الفاصل الكهروستاتيكي عالي الجهد بجهد يتراوح بين 18 و25 كيلوفولت.

وتتمثل عملية التخصيب المحددة في الاختراع الحالي فيما يلي: يتم تجفيف الإلمنيت عالي الفوسفور (عن طريق التسخين أو التجفيف بالشمس)، ثم غربلته عبر منخل ذي شبكة 80 ميسه؛ ويتم التخلص من الحبيبات الأكبر حجمًا التي تتجاوز شبكة 80 ميسه، بينما تُستخدم الحبيبات الأصغر حجمًا التي تقل عن شبكة 80 ميسه كمواد تغذية. يتم أولاً فصل هذه المادة الأولية باستخدام فاصل مغناطيسي ذي أسطوانات مستحثة، ثم يتم تغذية المنتج المغناطيسي الناتج إلى فاصل كهروستاتيكي ذي أسطوانات عالية الجهد لمزيد من الفصل. والمنتج الناتج هو مركز إيلمنيت منخفض الفوسفور يفي بمتطلبات الصهر، بينما يتم دمج المخلفات مع المخلفات الناتجة عن الفاصل المغناطيسي ذي الأسطوانات المستحثة. وكما هو موضح في الشكل 1، فإن نتائج الفصل هي كما يلي:

معدل إزالة الفوسفور: 34–81%

وفقًا لمخطط تدفق العمليات الخاص بهذا الاختراع، فإن المنتجات التي يتم الحصول عليها تستوفي متطلبات الصهر استيفاءً تامًا، مما يتيح إعادة استخدام الموارد المعدنية التي كانت تُرمى في السابق.

يمكن أيضًا تطبيق عملية الاختراع الحالي لتحسين مخططات عمليات تكرير الإلمنيت الحالية الخاصة بخامات الرواسب الشاطئية. على سبيل المثال، يمكن تحسين مخطط عملية تكرير الإلمنيت الحالي الموضح في الشكل 3 ليصبح المخطط الموضح في الشكل 2. وتتمثل العملية المحددة في ما يلي: بدءًا من المركزات الجاذبية، وبعد التجفيف (عن طريق التسخين أو التجفيف بالشمس)، تُخضع مباشرةً لعملية فصل مغناطيسي أولي على جهاز فصل مغناطيسي ذي أسطوانات مستحثة؛ ثم يُخضع المركز الناتج لعملية فصل كهروستاتيكي أنظف على فاصل كهروستاتيكي عالي الجهد، مما ينتج عنه مركز إيلمنيت يحتوي على نسبة فوسفور أقل من 0.04%. ويمكن إرسال المخلفات المغناطيسية الأولية، التي تتكون من الزركون والروتيل والمونازيت، مباشرةً إلى دائرة تنقية الزركون.

يتميز الفاصل المغناطيسي ذو الأسطوانة المستحثة بمزايا مثل شدة المجال المغناطيسي العالية، وكفاءة الفصل الجيدة، وسعة المعالجة الكبيرة، ومعدل استرداد عالي للتيتانيوم. ومن خلال التحول من مخطط العمليات الأصلي للفاصل المغناطيسي القرصي (جهاز فصل أولي وجهاز تنقية) إلى مخطط العمليات الجديد الذي يتألف من جهاز فصل أولي على فاصل مغناطيسي ذي أسطوانة مستحثة، يليه جهاز تنقية على فاصل كهروستاتيكي عالي الجهد، يمكن الحصول على مركزات الإلمنيت التي تفي بمتطلبات الصهر.

عندما تحتوي المادة الأولية على TiO₂ بنسبة تتراوح بين 11 و18%، فبعد معالجته بواسطة عملية التخصيب المذكورة في الاختراع الحالي، يمكن الحصول على مركز إيلمنيت يحتوي على TiO₂ > 50% ومحتوى فوسفور أقل من 0.04%، بينما تزداد نسبة استخلاص الإيلمنيت بأكثر من 20%.

من خلال اعتماد عملية التخصيب المذكورة أعلاه، يتميز الاختراع الحالي، مقارنةً بما سبقه من تقنيات، بمخطط تدفق بسيط، وكفاءة فصل جيدة، وتكلفة إنتاج منخفضة، وفوائد اقتصادية كبيرة، مما يتيح الاستفادة الكاملة من الموارد الوطنية. وهي عملية تخصيب مجدية تقنيًّا ومنطقية اقتصاديًّا لمعالجة الإلمنيت، وتتمتع بإمكانيات واسعة للتطبيق على نطاق واسع.

وصف الأشكال:

• الشكل 1: مخطط تدفق عملية التخصيب في الاختراع الحالي

• الشكل 2: مخطط تدفق عملية تحسين تنقية الإلمنيت

• الشكل 3: مخطط تدفق عملية إثراء الإلمنيت الحالية

مثال:

وفقًا لمخطط العملية الموضح في الشكل 1، تم تجفيف الإلمنيت عالي الفوسفور المستخرج من خامات الرواسب الشاطئية (عن طريق التسخين أو التجفيف بالشمس) وغربلته عبر منخل ذي فتحة 80 ميسه؛ وتم التخلص من الحبيبات الأكبر من 80 ميسه، بينما استُخدمت الحبيبات الأصغر من 80 ميسه كمواد تغذية. تم تمرير هذه المادة الخام عبر فاصل مغناطيسي ذي أسطوانات مستحثة لفصل المعادن المغناطيسية، مع ضبط تيار التشغيل عند 8–14 أمبير. ثم خضع الفردة لعملية فصل كهروستاتيكي على جهاز فصل كهروستاتيكي عالي الجهد، مع ضبط الجهد في نطاق 18–25 كيلو فولت، لفصل المعادن غير الموصلة، وبذلك تم الحصول على مركز إيلمنيت منخفض الفوسفور ومطابق للمواصفات. وتظهر النتائج في الجدول أدناه.