التعويمفي الإحسان
يُعزز التعويم قيمة الخامات بفصل المعادن الثمينة عن المعادن الخاملة بمهارة أثناء معالجة المعادن، وذلك من خلال الاختلافات الفيزيائية والكيميائية. وسواءً تعلق الأمر بالمعادن غير الحديدية، أو المعادن الحديدية، أو المعادن اللافلزية، فإن التعويم يلعب دورًا حاسمًا في توفير مواد خام عالية الجودة.
1. طرق التعويم
(1) التعويم المباشر
يشير التعويم المباشر إلى ترشيح المعادن الثمينة من الملاط عن طريق السماح لها بالالتصاق بفقاعات الهواء والطفو على السطح، بينما تبقى معادن العروق في الملاط. تُعد هذه الطريقة بالغة الأهمية في استخلاص المعادن غير الحديدية. على سبيل المثال، تصل معالجة الخام إلى مرحلة التعويم بعد خضوعها للتكسير والطحن في معالجة خام النحاس، حيث تُستخدم مجمعات أنيونية خاصة لتغيير كراهية الماء وتركها لتمتص على سطح معادن النحاس. ثم تلتصق جزيئات النحاس الكارهة للماء بفقاعات الهواء وترتفع، مُشكلةً طبقة من الرغوة الغنية بالنحاس. تُجمع هذه الرغوة في تركيز أولي من معادن النحاس، والتي تُستخدم كمادة خام عالية الجودة لمزيد من التكرير.
(2) التعويم العكسي
تتضمن عملية التعويم العكسي تعويم معادن العروق المعدنية مع بقاء المعادن الثمينة في الملاط. على سبيل المثال، في معالجة خام الحديد مع شوائب الكوارتز، تُستخدم مجمعات أنيونية أو كاتيونية لتغيير البيئة الكيميائية للملاط. هذا يغيّر طبيعة الكوارتز المحبة للماء إلى كارهة للماء، مما يسمح له بالالتصاق بفقاعات الهواء والطفو.
(3) التعويم التفضيلي
عندما تحتوي الخامات على مكونين قيّمين أو أكثر، يُفصل التعويم التفضيلي بينهما تسلسليًا بناءً على عوامل مثل النشاط المعدني والقيمة الاقتصادية. تضمن عملية التعويم التدريجية هذه استخلاص كل معدن قيّم بنقاء عالٍ ومعدلات استرداد عالية، مما يُعزز استغلال الموارد إلى أقصى حد.
(4) التعويم بالجملة
تُعالج عملية التعويم السائب عدة معادن قيّمة كوحدة واحدة، حيث تُعويمها معًا للحصول على مُركّز مُختلط، يليه فصل لاحق. على سبيل المثال، في عملية استخلاص خام النحاس والنيكل، حيث ترتبط معادن النحاس والنيكل ارتباطًا وثيقًا، يسمح التعويم السائب باستخدام كواشف مثل الزانثات أو الثيولات بالتعويم المتزامن لمعادن كبريتيد النحاس والنيكل، مُشكّلًا مُركّزًا مُختلطًا. تُؤدي عمليات الفصل المُعقدة اللاحقة، مثل استخدام كواشف الجير والسيانيد، إلى عزل مُركّزات نحاس ونيكل عالية النقاء. يُقلّل هذا النهج القائم على مبدأ "الجمع أولًا، الفصل لاحقًا" من فقدان المعادن القيّمة في المراحل الأولية، ويُحسّن بشكل كبير معدلات الاسترداد الإجمالية للخامات المُعقدة.
2. عمليات التعويم: دقة خطوة بخطوة
(1) عملية التعويم المرحلي: التحسين التدريجي
في عملية التعويم، تعمل عملية التعويم المرحلية على توجيه معالجة الخامات المعقدة من خلال تقسيم عملية التعويم إلى مراحل متعددة.
على سبيل المثال، في عملية التعويم ثنائية المرحلتين، يخضع الخام لطحن خشن، مما يُحرر جزئيًا المعادن الثمينة. في مرحلة التعويم الأولى، تُستخرج هذه المعادن المُحررة كمركزات أولية. تنتقل الجسيمات غير المُحررة المتبقية إلى مرحلة طحن ثانية لمزيد من تقليل الحجم، تليها مرحلة تعويم ثانية. يضمن هذا فصل المعادن الثمينة المتبقية تمامًا ودمجها مع مركزات المرحلة الأولى. تمنع هذه الطريقة الإفراط في الطحن في المرحلة الأولية، وتقلل من هدر الموارد، وتُحسّن دقة التعويم.
بالنسبة للخامات الأكثر تعقيدًا، كتلك التي تحتوي على معادن نادرة متعددة ذات هياكل بلورية مترابطة بإحكام، يمكن استخدام عملية تعويم ثلاثية المراحل. تتيح خطوات الطحن والتعويم المتناوبة غربلة دقيقة، وتضمن استخلاص كل معدن ثمين بأقصى نقاء ومعدل استخلاص، مما يمهد الطريق لمزيد من المعالجة.
3. العوامل الرئيسية في التعويم
(1) قيمة الرقم الهيدروجيني: التوازن الدقيق لحموضة الملاط
تلعب قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) للطين دورًا محوريًا في عملية التعويم، إذ تؤثر بشكل كبير على خصائص سطح المعدن وأداء الكواشف. عندما يكون الرقم الهيدروجيني أعلى من نقطة التساوي الكهربائي للمعدن، يصبح السطح مشحونًا سالبًا؛ أما تحتها، فيصبح مشحونًا موجبًا. تُحدد هذه التغيرات في شحنة السطح تفاعلات الامتزاز بين المعادن والكواشف، تمامًا مثل تجاذب أو تنافر المغناطيس.
على سبيل المثال، في الظروف الحمضية، تستفيد معادن الكبريتيد من نشاط مُحسَّن للمجمع، مما يُسهِّل التقاط معادن الكبريتيد المستهدفة. في المقابل، تُسهِّل الظروف القلوية تعويم معادن الأكسيد بتعديل خصائص سطحها لتعزيز ألفة الكاشف.
تتطلب المعادن المختلفة مستويات pH محددة للتعويم، مما يستلزم تحكمًا دقيقًا. على سبيل المثال، في تعويم خلائط الكوارتز والكالسيت، يمكن تعويم الكوارتز بشكل تفضيلي عن طريق ضبط pH الملاط إلى 2-3 واستخدام مجمعات قائمة على الأمين. على العكس من ذلك، يُفضل تعويم الكالسيت في الظروف القلوية باستخدام مجمعات قائمة على الأحماض الدهنية. يُعد هذا الضبط الدقيق لـ pH أساسيًا لتحقيق فصل فعال للمعادن.
(2) نظام الكاشف
يتحكم نظام الكواشف في عملية التعويم، ويشمل اختيار الكواشف، وتحديد جرعاتها، وتحضيرها، وإضافتها. تُمتَص الكواشف بشكل انتقائي على أسطح المعادن المستهدفة، مما يُغيّر من نفورها للماء.
تُثبّت المُرغّيات الفقاعات في الملاط، وتُسهّل تعويم الجسيمات الكارهة للماء. ومن المُرغّيات الشائعة زيت الصنوبر وزيت الكريسول، اللذان يُشكّلان فقاعات ثابتة وكبيرة الحجم تُساعد على تثبيت الجسيمات.
تعمل المعدلات على تنشيط أو تثبيط خصائص سطح المعدن وضبط الظروف الكيميائية أو الكهروكيميائية للمادة الملاطية.
تتطلب جرعات الكواشف دقةً عاليةً، إذ تُقلل الكميات غير الكافية من كراهية الماء، مما يُقلل من معدلات الاسترداد، بينما تُهدر الكميات الزائدة الكواشف، وتزيد التكاليف، وتُضعف جودة المُركّز. الأجهزة الذكية مثلجهاز قياس التركيز عبر الإنترنتيمكن تحقيق التحكم الدقيق في جرعات الكواشف.
يُعدّ توقيت وطريقة إضافة الكواشف أمرًا بالغ الأهمية أيضًا. غالبًا ما تُضاف المُعدّلات والمُثبّطات وبعض المُجمّعات أثناء الطحن لتحضير البيئة الكيميائية للخليط مُبكرًا. عادةً ما تُضاف المُجمّعات والمُرغّيات في خزان التعويم الأول لزيادة فعاليتها في اللحظات الحرجة.
(3) معدل التهوية
يُهيئ معدل التهوية ظروفًا مثالية لالتصاق الفقاعات المعدنية، مما يجعله عاملًا أساسيًا في عملية التعويم. يؤدي نقص التهوية إلى قلة الفقاعات، مما يقلل من فرص التصادم والالتصاق، مما يُضعف أداء عملية التعويم. أما التهوية المفرطة فتؤدي إلى اضطراب مفرط، مما يؤدي إلى تكسر الفقاعات وانفصال الجسيمات الملتصقة، مما يُقلل من الكفاءة.
يستخدم المهندسون أساليب مثل جمع الغاز أو قياس تدفق الهواء باستخدام مقياس سرعة الرياح لضبط معدلات التهوية بدقة. بالنسبة للجسيمات الخشنة، تُحسّن زيادة التهوية لتوليد فقاعات أكبر كفاءة التعويم. أما بالنسبة للجسيمات الدقيقة أو سهلة التعويم، فتُضمن التعديلات الدقيقة تعويمًا مستقرًا وفعالًا.
(4) وقت التعويم
يُعدّ زمن التعويم توازنًا دقيقًا بين درجة التركيز ومعدل الاسترداد، ويتطلب معايرة دقيقة. في المراحل المبكرة، تلتصق المعادن الثمينة بالفقاعات بسرعة، مما يؤدي إلى معدلات استرداد ودرجات تركيز عالية.
مع مرور الوقت، ومع تعويم المعادن الأكثر قيمة، قد ترتفع أيضًا معادن العوالق، مما يُضعف نقاء المركّز. بالنسبة للخامات البسيطة ذات المعادن الخشنة وسهلة التعويم، تكفي فترات تعويم أقصر، مما يضمن معدلات استخلاص عالية دون المساس بجودة المركّز. أما بالنسبة للخامات المعقدة أو المقاومة للحرارة، فتُعدّ فترات تعويم أطول ضرورية للسماح للمعادن الدقيقة الحبيبات بتفاعل كافٍ مع الكواشف والفقاعات. يُعدّ الضبط الديناميكي لوقت التعويم سمة مميزة لتقنية التعويم الدقيقة والفعّالة.
وقت النشر: ٢٢ يناير ٢٠٢٥
