چالش‌های تولید زمستانی: تأثیر دمای پایین بر شاخص‌های فلوتاسیون و راهبردهای مربوطه

این مقاله با بررسی مکانیسم‌های میکروسکوپی که دمای پایین بر سیستم‌های فلوتاسیون تأثیر می‌گذارد، با ترکیب ویژگی‌های تأثیر انواع مختلف معرف‌ها و روشن کردن سیستماتیک استراتژی‌های مقابله با فلوتاسیون زمستانی با ارزش‌های نظری و عملی آغاز می‌شود. هدف ارائه یک طرح بهینه‌سازی فلوتاسیون زمستانی دقیق، دقیق و کارآمد به تکنسین‌های معدن است.

01

مکانیسم‌های کلیدی تأثیر دمای پایین بر سیستم‌های فلوتاسیون

تأثیر منفی دمای پایین بر شاخص‌های فلوتاسیون ناشی از یک عامل واحد نیست، بلکه ناشی از مجموعه‌ای از اثرات پیچیده فیزیکوشیمیایی و هیدرودینامیکی است. درک این مکانیسم‌های میکروسکوپی پیش‌نیازی برای توسعه استراتژی‌های مقابله علمی است.

1. تخریب خواص رئولوژیکی دوغاب - افزایش ویسکوزیته و اختلال در دینامیک

در دماهای پایین، ویسکوزیته دوغاب به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، در فلوتاسیون یک سنگ معدن سرب و روی، هنگامی که دمای دوغاب از 20 درجه سانتیگراد به 5 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد، ویسکوزیته دوغاب می‌تواند بیش از 10٪ افزایش یابد.

• اختلال در دینامیک حباب:افزایش ویسکوزیته دوغاب به طور مستقیم سرعت صعود حباب‌ها در دوغاب را کاهش می‌دهد و سرعت برخورد مؤثر (یعنی احتمال کانی‌سازی) بین حباب‌ها و ذرات معدنی را کاهش می‌دهد. طبق سینتیک فلوتاسیون، این امر منجر به کاهش ثابت سرعت فلوتاسیون (K)، طولانی شدن زمان شناوری مواد معدنی و در نهایت کاهش نرخ بازیابی می‌شود.
• چسبندگی ذرات حباب:تغییرات ویسکوزیته همچنین بر سرعت زهکشی و استحکام مکانیکی غشای حباب کانی‌سازی تأثیر می‌گذارد و باعث می‌شود مواد معدنی درشت به راحتی جدا شوند و بیشتر نرخ بازیابی ذرات درشت کاهش یابد.

2. کاهش حلالیت معرف و سرعت جذب شیمیایی - تضعیف فعالیت شیمیایی سطحی

دمای پایین دلیل اصلی کاهش راندمان معرف‌های فلوتاسیون معمولی است، به ویژه آنهایی که حلالیت آنها به طور قابل توجهی تحت تأثیر دما قرار می‌گیرد.

سرکوب فعالیت جمع‌کننده:

اسیدهای چرب (به عنوان مثال، فلوتاسیون مواد معدنی غیر سولفیدی):حلالیت جمع‌کننده‌هایی مانند اسید اولئیک و صابون‌های اسید چرب با کاهش دما به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و به راحتی باعث رسوب جامدات یا تشکیل ژل می‌شود. این امر منجر به غلظت ناکافی جمع‌کننده مؤثر در فاز مایع می‌شود و تشکیل یک لایه آبگریز مؤثر بر روی سطح مواد معدنی را دشوار می‌کند و در نتیجه توانایی جمع‌آوری را به شدت تضعیف می‌کند.

جمع‌کننده‌های مواد معدنی سولفیدی (به عنوان مثال، گزانتات):دمای پایین سطح اکسیداسیون روی سطح مواد معدنی (به عنوان مثال، گالن) را کاهش می‌دهد و تعداد مکان‌های جذب فعال سطحی را کاهش می‌دهد و در نتیجه مقدار جذب شیمیایی توسط جمع‌کننده را کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، ظرفیت جذب گزانتات گالن در دمای 5 درجه سانتیگراد به طور قابل توجهی کمتر از 20 درجه سانتیگراد است که منجر به کاهش 7 درصدی در بازیابی می‌شود.

بازدارنده‌ها و فعال‌کننده‌های کند اثر:بیشتر سرعت واکنش‌های شیمیایی (از جمله جذب انتخابی بازدارنده‌ها به مواد معدنی و واکنش فعال‌سازی فعال‌کننده‌ها) از معادله آرنیوس پیروی می‌کنند. با کاهش دما، ثابت سرعت واکنش (k) کاهش می‌یابد که منجر به مهار یا فعال‌سازی ناقص، کاهش گزینش‌پذیری مرتب‌سازی و درجه کنسانتره پایین‌تر می‌شود.

کاهش راندمان کف‌ساز:تعداد بسیار کمی از کف‌سازها ممکن است در دماهای پایین فعالیت کمتری را تجربه کنند یا حتی رسوب کنند که منجر به حجم‌های فوم کوچک‌تر، شکننده‌تر یا ناپایدار می‌شود و بر خراشیدن کنسانتره و پایداری حباب‌های کانی‌سازی تأثیر می‌گذارد.

3. نمونه‌هایی از تخریب در عملکرد فلوتاسیون در دماهای پایین

02

راهنمایی عملی: استراتژی‌های سیستماتیک برای رسیدگی به شاخص‌های فلوتاسیون در زمستان

برای رسیدگی به چالش‌های فلوتاسیون ناشی از دمای پایین، باید یک رویکرد سیستماتیک اتخاذ شود که بر دو جنبه اصلی تمرکز دارد: «گرمایش و عایق‌بندی» و «بهینه‌سازی معرف».

1. استراتژی امنیت انرژی حرارتی: فناوری‌های گرمایش و عایق‌بندی

اگرچه گرم کردن دوغاب هزینه‌های انرژی را افزایش می‌دهد، اما یک سرمایه‌گذاری ضروری در مناطق بسیار سرد یا برای مواد معدنی است که برای حفظ شاخص‌ها به گرما نیاز دارند (مانند سنگ‌های معدنی غیر سولفیدی).

مبادلات فنی-اقتصادی: معادن باید هزینه مصرف انرژی گرمایش را در مقابل مزایای اقتصادی بهبود نرخ بازیابی بر اساس نوع سنگ معدن خاص خود (سنگ‌های معدنی غیر سولفیدی به دما بسیار حساس هستند) و الزامات شاخص فلوتاسیون محاسبه کنند و اقتصادی‌ترین و امکان‌پذیرترین دما و اقدامات عایق‌بندی را انتخاب کنند.

2. استراتژی بهینه‌سازی سیستم معرف: راندمان بالا و مقاومت در برابر دمای پایین

بهینه‌سازی سیستم معرف فناوری اصلی برای تولید زمستانی بدون افزایش قابل توجه هزینه‌های گرمایش است.

3. استراتژی‌های تنظیم دقیق پارامترهای فرآیند

• غلظت خمیر: کاهش مناسب غلظت خمیر (افزایش رقت) تا حدی افزایش ویسکوزیته ناشی از دمای پایین را جبران می‌کند، خواص رئولوژیکی را بهبود می‌بخشد و حرکت حباب را تسهیل می‌کند.
• زمان فلوتاسیون: با توجه به کاهش ثابت سرعت فلوتاسیون K، زمان زبر باید به طور مناسب افزایش یابد تا زمان کانی‌سازی کافی برای مواد معدنی با ارزش تضمین شود و نرخ بازیابی حفظ شود.
• نرخ هوادهی و هم زدن: افزایش مناسب نرخ هوادهی و شدت هم زدن دستگاه فلوتاسیون به غلبه بر مقاومت ویسکوز کمک می‌کند، پراکندگی حباب را افزایش می‌دهد و احتمال تماس بین ذرات معدنی و حباب‌ها را افزایش می‌دهد.

03

چشم‌انداز: روند توسعه فناوری فلوتاسیون در دمای پایین

با توجه به الزامات فزاینده حفاظت از محیط زیست و کنترل هزینه، تحقیقات صنعت فرآوری مواد معدنی در مورد فناوری فلوتاسیون در دمای پایین برای زمستان در جهت‌های زیر در حال توسعه است:

1. توسعه معرف‌های جدید، با راندمان بالا و مقاوم در برابر دمای پایین:به طور خاص، معرف‌های فلوتاسیون مرکب و آمفوتریک که دارای قدرت جمع‌آوری قوی، گزینش‌پذیری بالا و حلالیت عالی در دمای پایین هستند، کانون اصلی تحقیقات معرف در آینده هستند.
2. کنترل هوشمند دمای خمیر:استفاده از حسگرهای پیشرفته و فناوری هوش مصنوعی (AI) برای دستیابی به نظارت و پیش‌بینی بی‌درنگ دمای خمیر، ویسکوزیته و حالت فوم، همراه با یک سیستم دوز خودکار معرف، امکان کنترل دقیق و هوشمند فرآیند فلوتاسیون را فراهم می‌کند.
3. بازیابی و استفاده از گرمای تلف‌شده:معرفی منابع حرارتی کم‌درجه (مانند گرمای تلف‌شده ژنراتور و میعانات بخار) از کارخانه فرآوری مواد معدنی یا صنایع اطراف به سیستم آب آسیاب برای پیش‌گرم کردن خمیر به اقتصادی‌ترین روش برای کاهش مصرف انرژی در تولید زمستانی حیاتی خواهد بود.

تأثیر دمای پایین در زمستان بر تولید فلوتاسیون چندوجهی و عمیق است و شامل تغییرات پیچیده در مکانیک سیالات، شیمی سطح و مکانیسم‌های عمل معرف است. مدیریت موفق تولید فلوتاسیون زمستانی مستلزم آن است که تکنسین‌ها درک عمیقی از این مکانیسم‌ها داشته باشند و یک سیستم فنی جامع ایجاد کنند که بهینه‌سازی معرف را در اولویت قرار دهد و آن را با اطمینان از انرژی حرارتی تکمیل کند. این سیستم شامل تنظیمات دقیق معرف، اقدامات علمی حفظ حرارت و گرمایش و تنظیم دقیق انعطاف‌پذیر پارامترهای فرآیند است. تنها در این صورت می‌توان با چالش‌های زمستان به طور مؤثر مقابله کرد و شاخص‌های فرآوری مواد معدنی پایدار را تضمین کرد و مزایای اقتصادی را به حداکثر رساند.