التعويمفي مجال الإحسان
تُعظّم عملية التعويم قيمة الخامات من خلال فصل المعادن القيّمة عن المعادن غير المرغوب فيها بمهارة في عمليات معالجة المعادن، وذلك بالاعتماد على الاختلافات الفيزيائية والكيميائية. وسواءً أكان الأمر يتعلق بالمعادن غير الحديدية، أو المعادن الحديدية، أو المعادن اللافلزية، فإنّ التعويم يلعب دورًا حاسمًا في توفير مواد خام عالية الجودة.
1. طرق التعويم
(1) التعويم المباشر
يشير التعويم المباشر إلى فصل المعادن القيّمة من الملاط عن طريق السماح لها بالالتصاق بفقاعات الهواء والطفو إلى السطح، بينما تبقى المعادن الشائبة في الملاط. تُعدّ هذه الطريقة أساسية في إثراء المعادن غير الحديدية. على سبيل المثال، تصل معالجة خام النحاس إلى مرحلة التعويم بعد عمليات التكسير والطحن، حيث تُضاف مُجمّعات أنيونية مُحدّدة لتغيير خاصية كراهية الماء، مما يسمح لها بالالتصاق بسطح معادن النحاس. بعد ذلك، تلتصق جزيئات النحاس الكارهة للماء بفقاعات الهواء وتصعد، مُشكّلةً طبقة من الرغوة الغنية بالنحاس. تُجمع هذه الرغوة لتركيز أولي لمعادن النحاس، والتي تُستخدم كمادة خام عالية الجودة لمزيد من التكرير.
(2) التعويم العكسي
تتضمن عملية التعويم العكسي فصل المعادن الشائبة مع بقاء المعادن القيّمة في الملاط. على سبيل المثال، في معالجة خام الحديد المحتوي على شوائب الكوارتز، تُستخدم مُجمِّعات أنيونية أو كاتيونية لتغيير البيئة الكيميائية للملاط. هذا يُغيّر طبيعة الكوارتز المحبة للماء إلى كارهة للماء، مما يسمح له بالالتصاق بفقاعات الهواء والطفو.
(3) التعويم التفضيلي
عندما تحتوي الخامات على عنصرين أو أكثر من العناصر القيّمة، يتم فصلها بالتعويم الانتقائي بشكل متسلسل بناءً على عوامل مثل النشاط المعدني والقيمة الاقتصادية. تضمن عملية التعويم التدريجية هذه استخلاص كل معدن قيّم بنقاء عالٍ ومعدلات استخلاص عالية، مما يزيد من استغلال الموارد.
(4) التعويم السائب
تُعالج عملية التعويم الجماعي معادن قيّمة متعددة كوحدة واحدة، حيث تُعوّم معًا للحصول على مُركّز مُختلط، يليه فصل لاحق. على سبيل المثال، في إثراء خام النحاس والنيكل، حيث ترتبط معادن النحاس والنيكل ارتباطًا وثيقًا، يسمح التعويم الجماعي باستخدام كواشف مثل الزانثات أو الثيولات بالتعويم المتزامن لمعادن كبريتيد النحاس والنيكل، مُشكّلاً مُركّزًا مُختلطًا. تعمل عمليات الفصل المُعقدة اللاحقة، مثل استخدام الجير وكواشف السيانيد، على عزل مُركّزات النحاس والنيكل عالية النقاوة. يُقلّل هذا النهج "التجميع أولًا، الفصل لاحقًا" من فقدان المعادن القيّمة في المراحل الأولية ويُحسّن بشكل كبير معدلات الاستخلاص الإجمالية للخامات المُعقدة.
2. عمليات التعويم: شرح دقيق خطوة بخطوة
(1) عملية التعويم المرحلي: التكرير التدريجي
في عملية التعويم، يوجه التعويم المرحلي معالجة الخامات المعقدة عن طريق تقسيم عملية التعويم إلى مراحل متعددة.
على سبيل المثال، في عملية التعويم ثنائية المراحل، يخضع الخام لطحن أولي، مما يؤدي إلى تحرير جزئي للمعادن القيّمة. تستخلص المرحلة الأولى من التعويم هذه المعادن المحررة على شكل مركزات أولية. أما الجزيئات المتبقية غير المحررة فتنتقل إلى مرحلة طحن ثانية لتقليل حجمها بشكل أكبر، تليها مرحلة تعويم ثانية. يضمن هذا الفصل التام للمعادن القيّمة المتبقية ودمجها مع مركزات المرحلة الأولى. تمنع هذه الطريقة الإفراط في الطحن في المرحلة الأولية، وتقلل من هدر الموارد، وتحسن دقة التعويم.
بالنسبة للخامات الأكثر تعقيدًا، مثل تلك التي تحتوي على معادن نادرة متعددة ذات بنى بلورية مترابطة بإحكام، يمكن استخدام عملية تعويم ثلاثية المراحل. تتيح خطوات الطحن والتعويم المتناوبة إجراء غربلة دقيقة، وتضمن استخلاص كل معدن ثمين بأقصى درجة نقاء ومعدل استخلاص، مما يرسخ أساسًا متينًا لمزيد من المعالجة.
3. العوامل الرئيسية في عملية التعويم
(1) قيمة الرقم الهيدروجيني: التوازن الدقيق لحموضة الملاط
يلعب الرقم الهيدروجيني للمحلول المعلق دورًا محوريًا في عملية التعويم، إذ يؤثر بشكل كبير على خصائص سطح المعادن وأداء الكواشف. فعندما يكون الرقم الهيدروجيني أعلى من نقطة التعادل الكهربائي للمعدن، يصبح سطحه مشحونًا بشحنة سالبة؛ أما عندما يكون أقل من ذلك، فيصبح مشحونًا بشحنة موجبة. وتحدد هذه التغيرات في الشحنة السطحية تفاعلات الامتزاز بين المعادن والكواشف، تمامًا كما هو الحال في تجاذب أو تنافر المغناطيس.
فعلى سبيل المثال، في الظروف الحمضية، تستفيد المعادن الكبريتية من زيادة نشاط التجميع، مما يُسهّل التقاط المعادن الكبريتية المستهدفة. في المقابل، تُسهّل الظروف القلوية عملية تعويم المعادن الأكسيدية عن طريق تعديل خصائص سطحها لتعزيز انجذابها للكواشف.
تتطلب المعادن المختلفة مستويات حموضة محددة لعملية التعويم، مما يستلزم تحكمًا دقيقًا. على سبيل المثال، في عملية تعويم خليط الكوارتز والكالسيت، يمكن تعويم الكوارتز بشكل تفضيلي عن طريق ضبط درجة حموضة المعلق إلى 2-3 واستخدام مواد تجميع أساسها الأمينات. في المقابل، يُفضل تعويم الكالسيت في ظروف قلوية باستخدام مواد تجميع أساسها الأحماض الدهنية. يُعد هذا الضبط الدقيق لدرجة الحموضة أساسيًا لتحقيق فصل فعال للمعادن.
(2) نظام الكواشف
يتحكم نظام الكواشف في عملية التعويم، ويشمل اختيار الكواشف وتحديد جرعاتها وتحضيرها وإضافتها. تمتص الكواشف بشكل انتقائي على أسطح المعادن المستهدفة، مما يغير من كرهها للماء.
تعمل عوامل الرغوة على تثبيت الفقاعات في المعلق وتسهيل طفو الجزيئات الكارهة للماء. ومن عوامل الرغوة الشائعة زيت الصنوبر وزيت الكريزول، اللذان يشكلان فقاعات مستقرة ذات حجم مناسب لالتصاق الجزيئات.
تعمل المواد المعدلة على تنشيط أو تثبيط خصائص سطح المعادن وتعديل الظروف الكيميائية أو الكهروكيميائية للملاط.
تتطلب جرعات الكواشف دقة متناهية؛ فالكميات غير الكافية تقلل من خاصية كراهية الماء، مما يخفض معدلات الاستخلاص، بينما الكميات الزائدة تهدر الكواشف، وتزيد التكاليف، وتؤثر سلبًا على جودة المركز. الأجهزة الذكية مثلمقياس تركيز عبر الإنترنتيمكن تحقيق تحكم دقيق في جرعات الكواشف.
يُعدّ توقيت إضافة المواد الكيميائية وطريقتها من العوامل الحاسمة. تُضاف مواد الضبط، والمثبطات، وبعض المواد المُجمِّعة عادةً أثناء عملية الطحن لتحضير البيئة الكيميائية للمعلق في وقت مبكر. أما المواد المُجمِّعة والمواد المُرغية، فتُضاف عادةً في خزان التعويم الأول لضمان أقصى فعالية لها في اللحظات الحرجة.
(3) معدل التهوية
يُهيئ معدل التهوية الظروف المثلى لالتصاق المعادن بالفقاعات، مما يجعله عاملاً أساسياً في عملية الطفو. يؤدي نقص التهوية إلى قلة عدد الفقاعات، مما يقلل من فرص التصادم والالتصاق، وبالتالي يُضعف أداء الطفو. أما زيادة التهوية فتؤدي إلى اضطراب مفرط، مما يتسبب في انفجار الفقاعات وانفصال الجزيئات الملتصقة، وبالتالي انخفاض الكفاءة.
يستخدم المهندسون أساليب مثل جمع الغازات أو قياس تدفق الهواء باستخدام مقياس سرعة الرياح لضبط معدلات التهوية بدقة. بالنسبة للجسيمات الخشنة، يؤدي زيادة التهوية لتوليد فقاعات أكبر إلى تحسين كفاءة الطفو. أما بالنسبة للجسيمات الدقيقة أو سهلة الطفو، فتضمن التعديلات الدقيقة طفوًا مستقرًا وفعالًا.
(4) زمن الطفو
يُعدّ وقت التعويم توازناً دقيقاً بين تركيز الخام ومعدل استخلاصه، مما يتطلب معايرة دقيقة. في المراحل المبكرة، تلتصق المعادن القيّمة بسرعة بالفقاعات، مما يؤدي إلى معدلات استخلاص عالية وتركيز عالٍ للخام.
بمرور الوقت، ومع زيادة كمية المعادن القيّمة التي يتم فصلها بالتعويم، قد ترتفع نسبة المعادن المصاحبة، مما يُقلل من نقاء المُركّز. بالنسبة للخامات البسيطة ذات الحبيبات الخشنة سهلة الفصل بالتعويم، تكفي فترات تعويم أقصر، مما يضمن معدلات استخلاص عالية دون التأثير على تركيز الخام. أما بالنسبة للخامات المعقدة أو المقاومة للتعويم، فتتطلب فترات تعويم أطول لإتاحة وقت كافٍ لتفاعل المعادن الدقيقة مع الكواشف والفقاعات. ويُعدّ التعديل الديناميكي لوقت التعويم سمة مميزة لتقنية التعويم الدقيقة والفعّالة.
تاريخ النشر: 22 يناير 2025
