قياس كثافة ملاط ​​البوتاس في عملية تعدين البوتاس

عملية تعويم البوتاس: التحسين مع التحكم في الكثافة

3.1 عملية تعويم البوتاس: الأساسيات

تُستخدم عملية تعويم البوتاس بشكل أساسي لفصل السيلفيت (كلوريد البوتاسيوم) عن الهاليت (كلوريد الصوديوم) والمواد غير القابلة للذوبان. وتعتمد هذه العملية على اختلاف التركيب الكيميائي السطحي بين المعادن المستهدفة. يُجعل السيلفيت كارهًا للماء باستخدام مواد تجميع انتقائية، مما يسمح بفصله عن طريق الرغوة، بينما يُثبط الهاليت والطين باستخدام مواد مثبطة.

إزالة الطبقة الرقيقةتُعدّ عملية إزالة الطمي خطوةً أساسيةً قبل عملية التعويم. فهي تُزيل الطين الناعم والسيليكات التي تُغطي أسطح المعادن، مما يُعيق فعالية الكواشف ويُقلل من الانتقائية. يُمكن أن تصل كفاءة إزالة الطمي إلى 95%، مما يُساهم بشكلٍ مباشر في استخلاص خام عالي الجودة في دائرة التعويم. تُحقق العمليات باستمرار تركيزًا لخام أكسيد البوتاسيوم بنسبة 61-62% باستخدام هذه الطريقة، مما يُؤكد أهمية إزالة الطمي في فصل أملاح البوتاس.

تُصمَّم دوائر التعويم خصيصًا بفصل المادة الخام إلى أجزاء خشنة وناعمة بعد إزالة الطمي. يخضع كل جزء لمعالجة خاصة بالكواشف وتكييفها لزيادة استخلاص السيلفيت إلى أقصى حد. تشمل الكواشف الرئيسية ما يلي:

• جامعات الملح(للسيلفيت)،
• مثبطات البوليمر الاصطناعية(مثل KS-MF) لقمع الهاليت والمواد غير القابلة للذوبان غير المرغوب فيها،
• المواد الفعالة بالسطح والمشتتاتلزيادة تعزيز الانتقائية وتخفيف آثار الوحل.

تُضبط المعايير التشغيلية، مثل معدلات التدفق وسرعات تحريك الخلايا وجرعات الكواشف، لتحقيق الفصل الأمثل. عالميًا، يعتمد حوالي 70% من إنتاج البوتاس على التعويم الرغوي، حيث تُحقق منتجات عالية النقاء من خلال دمج التعويم مع طرق الذوبان الحراري والتبلور.

 

---

 

3.2 قياس الكثافة في دائرة التعويم

تُعد كثافة المعلق في دائرة التعويم عاملاً تحكمياً حاسماً. فهي تؤثر بشكل مباشر على تفاعلات الفقاعات مع الجسيمات، مما يؤثر على كفاءة التصاق السيلفيت، ومعدلات استهلاك الكواشف، والفصل النهائي.

تأثيرات كثافة الملاط:

• كثافة منخفضة:يتحسن التلامس بين الفقاعات والجسيمات، ولكن قد تتأثر عملية الاستعادة بسبب ضعف استقرار الرغوة وزيادة انتقال الماء.
• كثافة عالية:تحدث المزيد من التصادمات، لكن المواد الصلبة الزائدة تعيق الارتباط الانتقائي، وتتطلب جرعات أعلى من الكواشف، ويمكن أن تخفف من جودة المركز.

يتطلب الأمر ضبط الكثافة الأمثل لكل من الكسور الخشنة والناعمة لزيادة كفاءة فصل المعادن إلى أقصى حد وتقليل الفاقد إلى أدنى حد. يستخدم المشغلون أجهزة قياس الكثافة، وأجهزة قياس الكثافة النووية، وأجهزة الاستشعار المدمجة لتوفير بيانات فورية، مما يسمح بإجراء تعديلات مستمرة لتحسين درجة تركيز الخام واستخلاصه.

دور إزالة الطبقة الرقيقة:
تُظهر دراسات الحالة أن عملية إزالة الطمي الدقيقة - التي تتم مراقبتها بقياس الكثافة - تُحقق معدلات استخلاص تتراوح بين 85 و87% للسيلفيت، مع الحفاظ على انتقائية عالية في عملية التعويم. كما أن إزالة المواد غير القابلة للذوبان قبل خطوة التعويم تُحسّن أداء الكواشف وترفع من جودة المنتج النهائي، لا سيما عند دمجها مع التحكم الدقيق في الكثافة.

على سبيل المثال، في المواقع التي تستخدم مثبطات اصطناعية، تبين أن تحسين الكثافة بعد إزالة الطمي يعزز معدلات الاسترداد بأكثر من 2٪ - وهو تأثير كبير في تقنيات معالجة معادن البوتاس على نطاق واسع.

عملية تبلور البوتاس: دور كثافة التغذية

4.1 نظرة عامة على خطوة تبلور البوتاس

تُعدّ عملية تبلور البوتاس عملية حرارية تلي عمليتي التعويم وإزالة الطمي في عملية تعدين البوتاس. بعد التعويم، حيث ينفصل السيلفينيت (كلوريد البوتاسيوم) عن الهاليت (كلوريد الصوديوم) والشوائب الأخرى، يخضع المُركّز لعملية الترشيح الساخن. تتضمن هذه العملية خلط خام السيلفينيت المسحوق مع محلول ملحي ساخن، عادةً عند درجة حرارة تتراوح بين 85 و100 درجة مئوية، مما يؤدي إلى إذابة كمية أكبر من كلوريد البوتاسيوم مقارنةً بكلوريد الصوديوم نظرًا لاختلاف ذوبانيتهما عند درجات الحرارة المرتفعة.

يُفصل الراشح، الغني بكلوريد البوتاسيوم، عن المواد الصلبة غير الذائبة. ثم يُبرد، مما يحفز كلوريد البوتاسيوم على التبلور بشكل تفضيلي نظرًا لانخفاض ذوبانيته بشكل حاد مع ارتفاع درجة الحرارة. تُستخلص بلورات كلوريد البوتاسيوم هذه بالترشيح أو الطرد المركزي، ثم تُغسل وتُجفف. تضمن هذه العملية المتسلسلة - التعويم، والترشيح الساخن، والتبلور - أقصى قدر من استخلاص البوتاس ونقاء المنتج، مما ينتج عنه منتجات نهائية بنسبة استخلاص تتراوح بين 85 و99% ومحتوى كلوريد بوتاسيوم يتراوح بين 95 و99%.

4.2 كيف تؤثر كثافة المعلق على كفاءة التبلور

تُعد كثافة المعلق عاملاً حاسماً في عملية تبلور البوتاس. وهي تشير إلى كتلة المواد الصلبة المعلقة في الطور السائل وتؤثر بشكل مباشر على معدلات التكوين البلوري ونمو البلورات ونقائها.

• معدلات التكوين النوويتؤدي الكثافة العالية للملاط إلى زيادة احتمالية تكوّن النوى البلورية، مما ينتج عنه عدد أكبر من البلورات ولكن بأحجام أصغر. وقد تتسبب الكثافة المفرطة في تفضيل النظام لتكوّن النوى على النمو، مما ينتج عنه جزيئات دقيقة بدلاً من بلورات أكبر قابلة للاستخلاص.
• توزيع حجم البلوراتينتج عن المدخلات الكثيفة عادةً بلورات كلوريد البوتاسيوم أدق، مما قد يعقد عمليات الترشيح والغسل اللاحقة. أما الكثافة المنخفضة فتفضل عددًا أقل من النوى ونمو بلورات أكبر، مما يبسط عملية الاستخلاص.
• نقاءإذا كانت المادة المعلقة كثيفة للغاية، فقد تترسب الشوائب مثل كلوريد الصوديوم والجسيمات غير القابلة للذوبان، مما يقلل من جودة المنتج. ويؤدي التحكم السليم في الكثافة إلى تقليل هذه الشوائب، وبالتالي تحسين النقاء.
• أداء نزح المياهقد تتراص البلورات الدقيقة الناتجة عن المواد الخام عالية الكثافة بإحكام، مما يعيق عملية التصريف في الترشيح أو الطرد المركزي. وهذا يزيد من محتوى الرطوبة في المنتج النهائي ويرفع من متطلبات طاقة التجفيف.

تؤثر كثافة الملاط بشكل مباشر على معدلات استخلاص المركزات، ودرجة المنتج، وكفاءة فصل المعادن. وقد يؤدي عدم التحكم الكافي إلى انخفاض كل من إنتاجية كلوريد البوتاسيوم ونقائه، مما يقوض النتائج الاقتصادية والتشغيلية لعملية تبلور البوتاس.

4.3 نقاط الرصد والتحكم في الكثافة أثناء التبلور

يُعدّ قياس كثافة الملاط وتنظيمها بدقة أمرًا بالغ الأهمية لاستخلاص البوتاس بكفاءة والحصول على نتائج تبلور عالية الجودة. ويُعتبر أخذ عينات الكثافة أثناء عملية الاستخلاص ممارسةً قياسية، باستخدام مقاييس الكثافة الأنبوبية الاهتزازية، أو مقاييس كوريوليس، أو مقاييس الكثافة النووية. وتتيح البيانات الآنية المراقبة المستمرة والتصحيح السريع عند حدوث أي انحرافات.

تشمل أفضل الممارسات ما يلي:

• التوزيع الاستراتيجي لأجهزة الاستشعارضع أجهزة أخذ العينات في خطوط التغذية الداخلة إلى جهاز التبلور وفي حلقات إعادة التدوير. وهذا يضمن قراءات دقيقة وفي الوقت المناسب ذات صلة بمراقبة العملية.
• التحكم الآلي بالتغذية الراجعة: دمج إشارات الكثافة مع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) أو أنظمة التحكم الموزعة (DCS). تعمل هذه الأنظمة على ضبط تدفق الملاط، ومعدلات إعادة التدوير، أو إضافة المحلول الملحي للحفاظ على نطاقات الكثافة المستهدفة.
• تكامل البيانات مع أنظمة التعويمبما أن كثافة المادة المعلقة الخارجة من دائرة التعويم تحدد الظروف الأولية للتبلور، فإن الحفاظ على كثافة ثابتة للمادة المركزة العائمة يُسهّل التشغيل المستقر لجهاز التبلور. ينبغي ربط قراءات الكثافة من وحدتي التعويم والتبلور في حلقة تغذية راجعة، مما يسمح بإجراء تعديلات منسقة تُحسّن معدل استخلاص المادة المركزة وكفاءة فصل المعادن.

تشمل الأمثلة دوائر الترشيح ذات التيار المعاكس، حيث يدعم التحكم في الكثافة في كل مرحلة النمو الأمثل للبلورات وعملية التجفيف اللاحقة. غالبًا ما تستخدم المصانع أجهزة إنذار الكثافة وأنظمة التعشيق لمنع حالات زيادة الكثافة أو نقصها، مما يحمي جودة المنتج والمعدات على حد سواء.

يُعد التحكم الفعال في كثافة الملاط حجر الزاوية في أساليب إنتاج البوتاس الحديثة، حيث يوفر وسائل لتحسين التبلور من أجل النقاء، وزيادة الاستخلاص، وتقليل استهلاك الطاقة والمياه من خلال أفضل الممارسات في تقنيات معالجة معادن البوتاس.

الفصل بالجاذبية في معالجة المعادن: مكمل لاستخلاص البوتاس

5.1 مقدمة عن طرق الفصل بالجاذبية ذات الصلة بالبوتاس

الفصل بالجاذبية تقنية لمعالجة المعادن تستغل الاختلافات في كثافة الجسيمات وسرعة الترسيب لتحقيق الفصل. في عملية تعدين البوتاس، للفصل بالجاذبية تطبيقات متخصصة، مكملةً للمعالجات الأولية الأخرى مثل التعويم، وإزالة الطمي، والتبلور. تشمل طرق الفصل بالجاذبية ذات الصلة بالبوتاس الفصل بالوسائط الثقيلة، والفصل بالهز، والمُركِّزات الحلزونية، مع أن التعويم لا يزال الطريقة السائدة في مخططات تدفق البوتاس.

يعتمد مبدأ الفصل بالجاذبية على ترسب الجزيئات ذات الكثافات والأحجام المختلفة بمعدلات متفاوتة عند تعليقها في سائل. في مصانع البوتاس، يُستخدم هذا المبدأ لفصل المكونات الأكثر كثافة، مثل الطين والمعادن غير القابلة للذوبان أو كلوريد الصوديوم (الهاليت)، عن السيلفيت (خام البوتاس). وتكون هذه العملية أكثر فعالية عند وجود فرق كافٍ بين كثافات المعادن؛ فالسيلفيت (كلوريد البوتاسيوم) تبلغ كثافته حوالي 1.99 غ/سم³، بينما تبلغ كثافة الهاليت (كلوريد الصوديوم) 2.17 غ/سم³. وعلى الرغم من صغر فرق الكثافة، إلا أنه يُستغل في بعض مراحل عملية الإنتاج لزيادة تركيز البوتاس وإزالة الشوائب بالتزامن مع عمليات التعويم والتبلور.

يُطبَّق الفصل بالجاذبية عادةً بعد الفرز الأولي وإزالة الطمي، وغالبًا بالتزامن مع تقنيات أخرى لمعالجة معدن البوتاس. ويُعدّ خطوةً تكميليةً عند الحاجة إلى تحقيق نقاءٍ عالٍ أو استخلاص مُركَّزٍ دقيق، كما يُوفِّر طريقةً فعّالةً من حيث التكلفة لفصل المواد الخشنة عن الناعمة عندما تكون انتقائية التعويم غير كافية. على سبيل المثال، يُمكن الاستفادة من الفصل بالجاذبية في إزالة الطين غير القابل للذوبان من المواد الأولية للتعويم، أو في تحسين جودة الكسور الخشنة ذات الحجم الصغير الناتجة عن غسل الغربال. في بعض المصانع، لا تزال دوائر الفصل بالجاذبية القديمة مُستخدمةً لمعالجة أنواع مُحدَّدة من النفايات أو الأملاح، خاصةً عندما لا يكون أداء التعويم مثاليًا للجسيمات الخشنة أو في المحاليل الملحية التي تُؤثِّر على كيمياء الكواشف.

لا يُعدّ الفصل بالجاذبية بديلاً عن عملية تعويم البوتاس، ولكنه يُكمّلها، لا سيما في الحالات التي يكون فيها تحسين استخلاص البوتاس بالتعويم أو زيادة معدل استخلاص المركزات الإجمالي أمراً بالغ الأهمية. وعندما تكون هناك حاجة إلى تحسين كفاءة فصل المعادن بشكلٍ خاص - مثل تحقيق نقاء فائق للمنتج أو إزالة الشوائب المستعصية - يُصبح الفصل بالجاذبية خياراً ثانوياً قيماً.

5.2 كثافة الملاط وأداء الفصل بالجاذبية

تعتمد فعالية الفصل بالجاذبية في عملية تبلور البوتاس وغيرها من طرق إنتاج البوتاس بشكل مباشر على كثافة الملاط. وتتمثل العلاقة الأساسية هنا في العلاقة بين كثافة الملاط وسرعة ترسب الجزيئات وكفاءة الفصل الإجمالية.

بحسب قانون ستوكس، في التدفق الصفائحي، تزداد سرعة ترسب الجسيمات مع ازدياد الفرق بين كثافة الجسيمات وكثافة السائل، ومع ازدياد حجم الجسيمات. في عملية تعدين البوتاس، يُمكّن التحكم في كثافة الملاط المشغلين من ضبط الوسط بحيث يترسب السيلفيت أو المعادن المصاحبة له أو تطفو بمعدلات مثالية. تؤدي الكثافة العالية جدًا للملاط إلى إعاقة الترسيب - حيث تعيق الجسيمات حركة بعضها البعض - مما يقلل من كفاءة فصل المعادن وينتج عنه تركيزات منخفضة. في المقابل، قد تؤدي الكثافة المنخفضة جدًا إلى تقليل إنتاجية الفصل وحمل الشوائب الدقيقة، مما يقلل من الاستخلاص.

يُعتبر تحسين كثافة التغذية، التي يتم قياسها من خلال تقنيات قياس كثافة ملاط ​​البوتاس الدقيقة، أحد أفضل الممارسات لفصل المواد بالجاذبية في التعدين:

• الملاط عالي الكثافة:
  • ينتج عن ذلك تفاعلات بين الجسيمات (إعاقة الترسيب)
  • فصل أقل حدة
  • زيادة ترحيل الغرامات
• الملاط منخفض الكثافة:
  • زيادة استهلاك المياه والطاقة لمعالجة المواد السائلة
  • انخفاض إنتاجية العملية
  • احتمال فقدان المعادن الثمينة الدقيقة

تتراوح الكثافة التشغيلية المستهدفة عادةً بين 25% و40% من المواد الصلبة بالوزن، وذلك تبعاً لجهاز الفصل بالكثافة النوعية والتركيب المعدني. ويقوم المشغلون عادةً بتعديل هذه المستويات أثناء مراحل بدء التشغيل والغسيل، مع مراعاة التوازن بين الحاجة إلى معدل استخلاص المركز ونقاء المنتج.

على سبيل المثال، في دائرة البوتاس الحلزونية، يؤثر ضبط كثافة التغذية ضمن هذا النطاق الأمثل على نسبة فصل كلوريد البوتاسيوم في المركز النظيف مقابل المواد المتوسطة والمخلفات. وتُعدّ عملية إزالة الطمي في المراحل الأولية، والتي تزيل الطين والطمي فائق النعومة، خطوة تحكم حاسمة لضمان بقاء كثافة التغذية اللازمة للفصل بالجاذبية ضمن النطاق الأمثل. وتُمكّن تقنيات قياس الكثافة عالية الجودة للملاط في التعدين، مثل مقاييس الكثافة النووية أو مقاييس كوريوليس، أنظمة التحكم الآلية من الحفاظ على هذه القيم المستهدفة، مما يؤدي إلى أداء ثابت للعملية واستخلاص فعال للبوتاس.

لا يقتصر دور التحكم الدقيق في كثافة الملاط في هذه المرحلة على تحسين نتائج عمليات التعويم أو التبلور اللاحقة فحسب، بل يساهم أيضاً بشكل مباشر في زيادة استخلاص المركزات في معالجة المعادن من خلال تقليل الفاقد خلال مراحل الفصل الوسيطة. ويُعدّ هذا الاهتمام الدقيق بكثافة الملاط ضمن دوائر الفصل بالجاذبية أمراً بالغ الأهمية لتقنيات معالجة البوتاس الحديثة، كما أنه يدعم استراتيجيات أوسع لتحسين تبلور البوتاس من حيث النقاء والإنتاجية.