تهیه کننده : جعفری

سی و یکمین گردهمایی علوم زمین آذر 91

سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور

مروری بر رویکردهای فرآوری نرمه فسفات

◊◊◊◊◊◊◊

چكيده :

با توجه به روند رو به افزایش نیازمندی­های اولیه صنایع معدنی، بهره­گیری از منابع متنوع و افزایش بهره­وری از مواد معدنی استخراج شده ضروری می­باشد. استفاده از ذخایر با عیارهای کمتر و نیز بهره­گیری از باطله­ها و مواد معدنی که قابلیت تغلیظ با سیستم­های فعلی را ندارند، از اهم فعالیت­های مد نظر قرار می­گیرد. امروزه در کشور ما، در عمده فرآیندهای فرآوری فسفات، بخشی از باطله که حاوی درصد بالایی از فسفات است به نرمه تبدیل ­شده و هدر می­رود. با توجه به دستیابی به بازیابی بیشتر فسفات، سعی در شناخت و بررسی روش­های نوین فرآوری نرمه­های فسفات، جهت جایگزینی با روش­های امروزی شده است. در بیشتر واحدهای فرآوری مواد معدنی، نرمه­های تولید شده، به دلیل مکانیزم فرآوری خاص و پیچیده و همچنین خصوصیات فیزیکی آن­ها مانند، شکل و دانه­بندی، از چرخه فرآوری خارج شده و به سد باطله منتقل می­شوند. این در صورتی است که هم­اکنون روش­های مختلفی جهت فرآوری نرمه­ها از جمله، فلوتاسیون ستونی، فلوکولاسیون، ترکیبی از دو روش فلوتاسیون - فلوکولاسیون و لیچینگ، ابداع گشته که در این مقاله به معرفی این روش­ها جهت فرآوری و بازیابی نرمه موجود در باطله کارخانه فرآوری فسفات پرداخته می­شود.

کلمات کلیدی: نرمه فسفات، باطله، فلوتاسیون ستونی، فلوکولاسیون، لیچینگ، بازیابی

Abstract:

The ultrafine particles produced during phosphate ore grinding are considered to be unrecoverable by conventional flotation methods. In many processing plants these particles, which contains substantial amounts of phosphate, are separated by hydrocyclone and discarded. In this paper the new methods that can be used to process the ultrafine particles are reviewed. The application of column flotation, flocculation and leaching in separation of ultrafine phosphate from plant tailings are explained.

Keywords : Ultrafine phosphate, column flotation, flocculation, leaching, tailings

◊◊◊◊◊◊◊

مقدمه :

در عمده فرآیندهای استخراج و فرآوری، بخشی از مواد معدنی که حاوی درصد بالایی از ماده با ارزش می­باشد، به نرمه تبدیل می­شود. نرمه در فرآیندهای مختلف ابعاد متفاوتی را شامل می­شود. در برخی از فرآیندها، همچون فرآوری فسفات ابعاد کمتر از 400 مش یا 37 میکرون به عنوان نرمه تلقی شده و از چرخه کانه آرایی خارج می­شود. نکته مشترک در همه این فرایندها این است که مقدار زیادی از محصول با ارزش دور ریزی شده و به سد باطله ریخته می­شود. (رضایی، بهرام،1376). جهت دهی تحقیقات برای یافتن روش­های خاص بر فرآوری این گونه مواد توجیه اقتصادی بسیاری دارد. در سال­های اخیر ازدیدگاه­های متفاوتی فرآوری ذرات ریز کانی (نرمه) مورد مطالعه قرار گرفته و بدین منظور روش­های جدیدی برای بازیابی نرمه نیز ارائه شده است. سیستم­هایی همچون آگلومراسیون، فلوتاسیون امولسیونی و فلوتاسیون روغن در آب به عنوان روش­هایی برای افزایش نرخ فلوتاسیون ذرات ریز پیشنهاد شده­اند. همه این روش­ها دارای نقص­هایی هستند که در بسیاری از موارد به خصوص در رابطه با فسفات به علت ویژگی­های خاص فیزیکی ذرات نرمه قابل استفاده نیستند. (رضایی، بهرام، 1375). بررسی انواع روش­های فرآوری نرمه ها نیاز مند تحقیقات بسیار وسیعی می­باشد از طرف دیگر هر روش فرآوری نرمه­ها، بایستی مواردی نظیر امکان پذیری اقتصادی، بازیابی وزنی، تولید و همچنین مسائل زیست محیطی را نیز مد نظر قرار دهد. نرمه ها علاوه بر اینکه با مکانیزم­های مختلف بر کارآیی سیستم تغلیظ اثر منفی دارند، باعث مصرف بیش از حد مواد شیمیایی در فرآیند فلوتاسیون می­شود. به عنوان مثال 30 درصد فسفات استخراج شده در ایالات فلوریدای آمریکا و مقادیر قابل توجهی باریت، فلورین و دیگر کانسنگ های روی، آهن، طلا و اورانیوم به خاطر ریز بودن بیش از حد ذرات، قابلیت استحصال خود را از دست داده و وارد سدهای باطله می­شوند. (رضایی، بهرام،1377)

ذرات بسیار ریز در سیستم­های مختلف فرآوری ویژگی­های مختلفی دارند، به طوری که در برخی فرآیندها مانند انحلال شیمیایی، دانه ریز بودن یک مزیت بوده و موجب افزایش سینتیک واکنش­ها در انحلال می­شود. اما در فلوتاسیون عموماً ابعاد زیر 10 تا 20 میکرون قابلیت شناور شدن ندارند و یا مقادیر بیش از حد اقتصادی از مواد شیمیایی مصرف می­کنند که طبیعتاً از ارزش اقتصادی محصول به دلیل قیمت تمام شده می­کاهد. در حالت کلی می­توان گفت که با کاهش ابعاد ذرات در حد نرمه، خواص مورفولوژی، کانی شناسی و شیمی سطح ذرات تغییر می­کند. (Sivamohan, R., 1990)

بطور معمول می توان گفت که نرمه­ها، هم بر عیار و هم بر بازیابی اثر منفی می گذارند. ضمن اینکه مسائلی همچون پایداری کف را نیز موجب می­شوند. فرآوری نرمه ها مشکلات زیر را در بر می­گیرد:

1.       نرمه­ها باعث افزایش انرژی سطحی ذرات می­شوند این امر موجب جذب کلکتور و غیر انتخابی تر فرآیند می­شود.

2.    بدلیل کاهش شدید جرم ذرات، احتمال برخورد ذرات ریز و چسبیدن آن­ها به حباب­های هوا کاهش پیدا می­کند.

3.    با کاهش ابعاد، میزان سطح مخصوص ذرات افزایش یافته و با پایداری زیاد ذرات ریز، مصرف مواد شیمیایی در فلوتاسیون و نیز پایداری کف افزایش می یابد. هر دو این موارد باعث افزایش هزینه های فلوتاسیون می­شود.

4.    در ذرات ریز نیروهای کششی و نیروهای مویین افزایش یافته و این موضوع باعث کاهش آهنگ آسیا کردن ذرات نرمه می­شود که در نهایت موجب افزایش هزینه خواهد شد.

5.    وجود نرمه­ها باعث عدم کنترل آنیون­ها و کاتیون­های موجود در پالپ می­شود. (P.somasundaran,1980)

6.    یافته­های محققین نشان می­دهد که فرایندهای فیزیکی برخورد، چسبیدن و جدایش بین ذرات نرمه و حباب­ها در سلول­های فلوتاسیون حکم­ فرما می­باشند. بسیاری محققین تلاش کردند که این زیر فرایندها را از نقطه نظر کمی ابعاد ذرات تجزیه و تحلیل کنند، اما با توجه به تاثیر فاکتورهای دیگری غیر از رفتار فیزیکی به موفقیت کامل دست نیافتند.

برخورد: قبل از اینکه ذرات شناور شوند، بایستی با حباب­های هوا برخورد کرده و به آنها بچسبند. مکانیزم برخورد در جریان­های مغشوشی که در سلول­های فلوتاسیون بوجود می­آید، بسیار پیچیده است. کاملا واضح است که ذرات جامد بایستی نیروی جنبشی معینی را در برابر مقاومت حاصل از تنش در جریان آبی که در اطراف حباب­های هوا جریان دارد داشته باشند. بدین خاطر بسیاری از نرمه­ها بدون اینکه به حباب­های هوا برخورد کنند در اطراف حباب ها قرار می­گیرند و فلوته می­شوند.

چسبندگی: اتصال موفق ذرات به حباب­های هوا بستگی به شکل برخورد ذره با حباب هوا دارد. گسیختگی سطح حباب­های هوا فوری و آنی نیست و به مدت زمان معینی نیاز دارد. در حین زمان چسبیدن، ابتدا سطح حباب هوا تغییر شکل داده و لایه فیلم آب بین حباب ها و ذرات، نازک شده و در نهایت گسیختگی رخ می­دهد. در حالت کلی احتمال موفقیت برخورد و چسبندگی، متناسب با ابعاد ذرات می باشد. به همین دلیل است که احتمال شناور شدن ذرات نرمه کاهش می­یابد. ضمن اینکه سطح مخصوص بسیار زیاد نیز در رفتار هیدرودینامیکی آن­ها در محیط پالپ فلوتاسیون اثر می­گذارد.

جداشدن ذرات: نیروهای ثقلی و ترکیبات حاصل از تلاطم سیال، بر چسبیدن ذرات به حباب­ها اثر گذاشته و باعث ایجاد تنش­هایی بین ذرات و حباب­ها می­شوند. بخشی از ذرات در برخورد با حباب­های هوایی که به سمت بالا می­آیند، از حباب­ها جدا می­شوند. این احتمال جداشدن تابعی از بعد ذرات می­باشد. بر اساس این تحلیل­ها، تنش­ها در سطح پوسته حباب هوا توسعه پیدا کرده و حباب در معرض ناگهانی تنش حاصل از سیال مغشوش قرار می­گیرد. بی حرکت ماندن ذرات سنگین در طول حرکت حباب باعث به وجود آمدن خلأیی در پشت حباب شده و باعث می­شود که پوسته حباب هوا تحت فشار قرار بگیرد. (King, R.P., 1982). برهم کنش سطح حباب­ها با ذرات بزرگتر از یک طرف و همچنین بر هم کنش ذرات خیلی ریز از طرف دیگر نیز می­توانند بر پدیده فلوتاسیون مؤثر باشند. در حالتی که غلظت کلکتورها در محلول آبی زیاد باشد، ذرات را احاطه کرده و حباب های هوا نیز کلکتورها را جذب می­کنند و باردار می­شوند. زمانی که ذرات خیلی ریز باشند، اثرات الکتریکی بین آن­ها دارای اهمیت بیشتری است و حباب­ها ممکن است سریعاً توسط نرمه­ها پوشش داده شوند و از برخورد بین ذرات بزرگتر و حباب ها جلوگیری کنند. در این شرایط بازیابی به شدت کاهش می­یابد. ضمن آنکه پایداری کف نیز افزایش یافته و جابجایی آن­ها در محیط با مشکل روبرو خواهد شد. نرمه زدایی معمولاً روشی متداول برای کاهش آثار منفی نرمه­هاست. حذف نرمه بیشتر شبیه پاک کردن صورت مسئله است، زیرا نرمه­ها دارای درجه آزادی بسیار بالا بوده و از طرف دیگر با توجه به طبیعت قابلیت خردایش مواد معدنی و باطله، در موارد زیادی درصد حضور کانه مفید در نرمه افزایش می­یابد. بنابراین حذف نرمه از طرفی مشکل رفتار آن را حذف می­کند، اما از طرف دیگر موجب اتلاف زیاد کانه می­شود. (king, R.P., 1986).) اتلاف مقدار قابل توجهی از فسفات به صورت نرمه باعث روی آوردن به روش­های نوینی شد که امروزه در کشورهای مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. به علت کاهش عیار و بازیابی در صورت وجود ذرات ریز در سیستم­های معمول، ذرات نرمه جدا شده و عملیات فرآوری بر حسب نیاز بر روی آن­ها انجام می­شود.  با توجه به شرایط نرمه­ها در صنعت فسفات و وجود ذخایر متنوع آن در سنگ­های رسوبی، آذرین و دگرگونی، باطله­های متفاوتی همراه با کانی­های فسفاته وجود دارند. روش­های مورد تحقیق برای انواع فسفات مورد بررسی قرار گرفته­اند. فلوتاسیون فسفات در حالت معمول با حذف نرمه قبل از فلوتاسیون همراه است، از آنجا که با حذف نرمه میزان قابل توجهی فسفات با عیار نسبتاً بالا و درجه آزادی بسیار مطلوب از دست می­رود اثرات اقتصادی و زیست محیطی زیادی در صنعت فسفات خواهد داشت. در Jordan از فلوتاسیون ستونی جهت بهبود بازیابی و همچنین عیار فسفات بهره برده­اند. (Salah al-Thyabat, 2010) این روش باعث افزایش بازیابی به بیش از 90 درصد در مطالعات پایلوت فسفات فلوریدا و فسفات سیلیسی برزیل شده است. (Fortes, et al., 2007)). برزیل دارای 4 میلیون تن تولید سالانه فسفات است در سال­های اخیر تولید ذرات 7-10 میکرون در طی عملیات خردایش افزایش یافته و ذرات فوق نرمه توسط فلوتاسیون ستونی با عیار بالا بازیابی می­شوند. (Wyslouzil, 2009) پلیمرهایی با عملکردهای موفق در بهبود برخی کارخانه­های  فرآوری در فلوریدا یافت شده است. افزودن مقدار کمی از پلیمرها (فلوکولانت ها) در فلوتاسیون آمینی آب می­تواند در برخی کارخانه ها مصرف آمین را کاهش دهد در حالیکه کیفیت محصول را بهبود می­بخشد. افزایش فلوتاسیون نرمه­های فسفات توسط پلیمرهای غیر یونی نیز در مقاله­ها گزارش شده است. با نتیجه بخش بودن بکار بردن پلیمرها در فلوتاسیون آمینی، گرایش به رشد استفاده از پلیمرها جهت بالا بردن فلوتاسیون رافر ایجاد شد.(Jan D.miller, 2001). اگر چه فرآیندهای فلوتاسیون مختلف در حذف ناخالصی­های نسبتا درشت موفق بوده­اند، لیکن در مورد مواد دانه ریز چندان موفق نبوده­اند. فرآیندهای فلوکولاسیون انتخابی وجود دارند که از اواخر دهه 60 گسترش یافته­اند. این روش در فلوریدا به طور عمده برای فرآوری فسفات مورد استفاده قرار گرفته است. این روش جدایش، بازیابی کانی­های نرمه را که به صورت ذرات باطله از دست رفته­اند (در حالی که باطله نیستند) افزایش می­دهد. این روش ممکن است برای جدایش دو یا چند کانی نرمه که به صورت ذرات ریز در یک پالپ رقیق پخش شده­اند به کار برده شود. فرآیند فلوکولاسیون انتخابی برای بعمل آوری نرمه­های کانه­های فسفات شامل فرایند انتخابی فلوکولاسیون برای فرآوری کانه­های فسفات جهت شکل­گیری آپاتیت و مخلوطی از کانه­های سیلیکاته بمنظور جدایش، تعیین ارزش، از جمله بازیابی ذرات نرمه بخصوص از فراکسیون­هایی با سایزهای ذرات کمتر از 40 میکرون فراهم شده است.(Albany research center, 2001)

با کنترل دقیق محیط یونی در یک سوسپانسیون از ماده مورد نظر این امکان وجود دارد که بتوان ذرات کانی با ارزش را فلوکه کرده و اجازه دهیم که ناخالصی­های موجود در پالپ پراکنده بمانند. همچنین این روش به صورت معکوس برای فلوکه کردن ذرات ناخالصی و جدا کردن آن­ها از کانی با ارزش به کار می­رود. از جمله عواملی که روی فلوکه شدن ذرات اثر دارند، می­توان به شدت هم زنی، ویسکوزیته پالپ، زاویه تماس و ... اشاره کرد.  (Albany research center, 2001)

◊◊◊◊◊◊◊

روش­های فرآوری نرمه فسفات

فلوتاسیون نرمه فسفات

ذرات ریز در اثر به دام افتادن در بین ذرات درشت­تر و همچنین گیر افتادن در بین حباب­ها و ذرات درشت به سمت کنسانتره هدایت می­شوند . بنابراین، اگر ذرات درشت به سیستم اضافه نشوند، بازیابی ذرات ریز فقط شامل عملیات فلوتاسیون واقعی و دنباله­روی است. فلوتاسیون واقعی زمانی اتفاق می­افتد که سطح ذرات ریز به حباب هوا بچسبند و حباب  ذرات را به سمت بالا ببرد. ذرات جذب شده پس از رسیدن به سطح سلول از کف جدا می­شوند. دنباله­روی ذرات هنگامی اتفاق می­افتد که ذرات از پالپ به درون کف کشیده شوند.             ( King.  R. P.,1986 )

فلوتاسیون واقعی یک فرآیند انتخابی است در حالی که دنباله­روی  یک فرآیند غیر انتخابی است. به طور کلی برای سیستمی متشکل از ترکیبات مختلف پدیده­ی دنباله­روی، محصولی با عیار پایین­تری را خواهد داد. مکانیزم جذب غالب و برجسته در ذرات بسیار ریز پدیده­ی دنباله روی است در حالی که این می­تواند در بسیاری از سیستم­ها که درجه­ی انتخابی بالایی دارند می­تواند درست باشد. (George, P., et al, 2004) ) . فلوتاسیون فسفات در حالت معمول با حذف نرمه قبل از فلوتاسیون همراه است، از آنجا که با حذف نرمه میزان قابل توجهی فسفات با عیار نسبتاً بالا و درجه آزادی بسیار مطلوب از دست می­رود اثرات اقتصادی و زیست محیطی زیادی در صنعت فسفات خواهد داشت. در Jordan از فلوتاسیون ستونی جهت بهبود بازیابی و همچنین عیار فسفات بهره برده­اند. (Salah al-Thyabat, 2010) این روش باعث افزایش بازیابی به بیش از 90 درصد در مطالعات پایلوت فسفات فلوریدا و فسفات سیلیسی برزیل شده است. (Fortes, et al, 2007). برزیل دارای 4 میلیون تن تولید سالانه فسفات است در سال­های اخیر تولید ذرات 7-10 میکرون در طی عملیات خردایش افزایش یافته و ذرات فوق نرمه توسط فلوتاسیون ستونی با عیار بالا بازیابی می­شوند. (Wyslouzil, 2009). پلیمرهایی با عملکردهای موفق در بهبود برخی کارخانه­های  فرآوری در فلوریدا یافت شده است. افزودن مقدار کمی از پلیمرها (فلوکولانت­ها) در فلوتاسیون آمینی آب می­تواند در برخی کارخانه­ها مصرف آمین را کاهش دهد در حالیکه کیفیت محصول را بهبود می­بخشد. افزایش فلوتاسیون نرمه های فسفات توسط پلیمرهای غیر یونی نیز در مقاله­ها گزارش شده است. با نتیجه بخش بودن بکار بردن پلیمرها در فلوتاسیون آمینی، گرایش به رشد استفاده از پلیمرها جهت بالا بردن فلوتاسیون رافر ایجاد شد.(Jan D.miller, 2001)). ستون­های فلوتاسیون، دارای عمق کف بیشتری نسبت به سلول­های معمولی بوده و این امر باعث کاهش دنباله­روی شده و همچنین برای ذرات نرمه به علت فرصت بیشتر جهت جدایش مورد استفاده قرار می­گیرد. برای برزیل و جردن فلوشیت شماتیکی از مدار پیشنهادی فلوتاسیون ذرات فوق نرمه ارائه شده است که در شکل 1  نشان داده شده است.  (Wyslouzil, H., 2009)

شکل1. تصویری از فلوشیت پیشنهادی جهت بازیابی نرمه،های فوق ریز فسفات

 فلوکولاسیون انتخابی نرمه فسفات

فلوکولاسیون انتخابی شامل، تفرق ذرات نرمه، جذب انتخابی پلیمر روی ذراتی که تمایل به فلوکه شدن دارند، تشکیل و جدایش توده­ها می­باشند. در فلوکولاسیون از پلیمرهای آلی دارای زنجیره بلند هیدروکربنی، برای درست کردن پل بین ذرات استفاده می­شود. پلی اکریل آمید (PAA)، متداول­ترین فلوکولانت مورد استفاده در صنعت است. (wills, 2006). این روش به صورت معکوس برای فلوکه کردن ذرات ناخالصی و جدا کردن آن­ها از کانی با ارزش به کار می­رود. از جمله عواملی که روی فلوکه شدن ذرات اثر دارند، می­توان به شدت هم زنی، ویسکوزیته پالپ، زاویه تماس و ... اشاره کرد. طبق مطالعات انجام شده اگر پس از تست فلوکولاسیون، روش فلوتاسیون مکانیکی اعمال شود، میزان دور هم زن تاثیر زیادی در پایداری فلوکه­ها دارد. بنابراین شدت هم زنی نباید از یک مقدار بهینه تجاوز کند. به وضوح مشخص شده است که با اضافه کردن مقادیر زیادی متفرق ساز ویسکوزیته به طور افزاینده­ای به سمت حداقل مقدار کاهش یافته و از آن طرف افزودن بیش از حد معینی ماده متفرق ساز سبب افزایش دوباره گرانروی می­گردد. بنابراین وقتی پالپی حاوی ذرات با ارزش به حالت تفرق بیش از حد می­رسد، ذرات مورد نظر بهتر از وقتی که ویسکوزیته حداقل باشد، آزاد می­شوند و ذرات آزاد شده با ارزش به یکدیگر می­چسبند. دلیل این امر احتمالا به خاطر قدرت یونی بالای متفرق ساز افزوده شده است. هیدروفوبیسیته ذرات نرمه که معمولا در ارتباط با زاویه تماس بررسی و بیان می شود، یک فاکتور کلیدی در فلوکولاسیون ذرات هیدروفوب می باشد. این اثر در حضور یک کمک فلوکولانت مثل کروزین، بهتر نمایان می­شود. اثر حضور کروزین نیز در یک بازه بهینه از زاویه تماس نمایان خواهد شد. (Attia,1982). در جدول 1 خصوصیات انواع فسفات به همراه نوع فلوکولانت مورد استفاده جهت فلوکولاسیون انتخابی نرمه های فسفاته آورده شده است.

فرآیند دیگری که برای جدایش و بازیابی کانی های غیر فلزی به خصوص فسفات، به علت وجود سایزهای غیر یکنواخت دارای ذرات کلوئیدی به کار می رود مورد استفاده ذرات نرمه قرار می­گیرد. این فرآیند جهت بازیابی لجن­های نرمه فسفاته عیار بالا با استفاده از پلی اکریل آمید صورت می­گیرد .(Song, Sh., 1999)از فلوکولانت انتخابی قبل از فرآیند فلوتاسیون است. در این فرآیند کانه با عاملی قلیایی به صورت پالپ درآمده، سپس کلکتور فلوتاسیون افزوده می شود و مخلوط در تماس با یک پلیمر غیر یونی، آبران و با وزن مولکولی بالا جهت فلوکه کردن، فرایند انتخابی فلوکولاسیون برای فرآوری کانه­های فسفات جهت شکل­گیری آپاتیت و مخلوطی از کانه­های سیلیکاته بمنظور جدایش، تعیین ارزش، از جمله، بازیابی ذرات نرمه بخصوص از فراکسیون­هایی با سایزهای ذرات کمتر از 40 میکرون فراهم شده است. فرآیند به ترتیب شامل سه مرحله زیر است:

الف)مرحله اول آمادگی کانه توسط تماس ذرات پالپ کانه با یک عامل آماده­ساز از جمله سدیم سیلیکات می­باشد.

ب) مرحله دوم فلوکولاسیون با شکل دادن انتخابی فلوکه­های آپاتیت بوسیله رقیق کردن پالپ نتیجه شده از مرحله اول با آب، توسط افزودن یک عامل فلوکه کننده ترکیب شده با سر انحلال کننده آب بوده که پلیمر آنیونی قابلیت فیکس کردن ذرات آپاتیت را داشته و عامل فلوکولاسیون مذکور شروع به تشکیل کلوئیدهای انتخابی مشتق شده، نشاسته­ها و پلی ساکاریدهای عمومی، شامل گروه­های کربوکسیل می­کند.

پ)مرحله سوم جدایش توسط عملیات ته نشینی و ترسیب کانی­های پراکنده شده و مواد فلوکه شده است که ذاتاً ترکیبات آپاتیت هستند و در نهایت مستقیمأ بازیابی می­شود. جدایش موثر روی مواد فلوکه شده تنها در محدوده ابعاد حدود 40 میکرون است. .(Gerard,b., 1980)  از طرفی به علت وجود کانی­های آهن دار، مانند هماتیت در برخی از فسفات­ها بخصوص فسفات اسفوردی می­توان خصوصیات فلوکولاسیون این ناخالصی را مد نظر قرار داد. در معدن اسفوردی بالاترین ناخالصی موجود در کانه فسفاته، کانی های آهن­دار می­باشد. خصوصیات فلوتاسیون و فلوکولاسیون نرمه هماتیت با استفاده از اولئات سدیم، از طریق تحرک الکتروفورتیک (حرکت ملکول­های کلوئیدی در یک سیال که عکس العملی در برابر میدان الکتریکی است)، بازه PH برای فلوکولاسیون دارد. شرایط برای فلوکولاسیون ایده ال تابعی پیچیده از غلظت اولئات، PH و شیمی محلول اولئات می­باشد. (Shibata, J., et al,2003). یک زون صاف و شفاف از فلوکولاسیون می­تواند در یک بازه گسترده از PH بسته به غلظت اولئات حاصل شود. افزایش غلظت اولئات نتایجی را در افزایش پایداری فلوکولاسیون و نیز توسعه خصوصیات نشان داده­اند که اضافه کردن مقدار کمی کروزین، فلوکولاسیون ذرات نرمه آبران هماتیت را که به وسیله جذب سطحی یون های اولئات آبران شده­اند، به مقدار زیادی افزایش می­دهد. این اثر تنها به غلظت کروزین وابسته نیست، بلکه به هیدروفوبیسیته ذرات کانی نیز وابسته است.با استفاده از تکنیک صفحه واژگون (شیب دار کردن صفحه)، نیروی چسبندگی تعیین شده برای ذرات کانی آبران، نشان داده که افزودن کروزین، نیرو را تا حدود 280 fold (بار) در مقایسه با عدم استفاده از کروزین افزایش می­دهد و این نیرو تابعی نمایی از زاویه تماس ذرات می­باشد. مطالعات سینتیک فلوکولاسیون (پالپی آماده می­شود که دارای 8 گرم نمونه بوده و 800 میلی لیتر آب بدون نمک می باشد)، همراه با اندازه گیری­های نیروی چسبندگی ذرات آبران، نشان داده است که اثر مثبت کروزین روی فلوکولاسیون ذرات آبران عمدتأ به علت مقاومت و استحکام توده­ها بوده و بنابراین توده­ها می­توانند نیروی گسیختگی ذرات که بزرگتر از جریان های متلاطم است را تحمل کند. فلوکولاسیون هیدروفوبی (فلوکولاسیون ذرات آبران)، به عبارت دیگر تراکم ذرات نرمه آبران در محلول­های آبی به علت فعل و انفعالات هیدروفوبی و میدان­های برشی دارای شدت کافی، اخیرأ جلب توجه کرده است.  (Song, Sh., Lopez-Valdivieso, A., Ding, Y., 1999)

لیچینگ نرمه فسفات

در عملیات لیچینگ، ماده معدنی در تماس با حلالی مناسب قرار می­گیرد که در نتیجه­ آن با انحلال کانی­ها یا ترکیباتی خاص از ماده مورد نظر، محلولی غنی شده با غلظت کافی به دست می­آید. در طی این عملیات لازم است حلال مورد استفاده بر روی سایر کانی­های تشکیل دهنده سنگ معدنی تاثیر زیادی نداشته باشد و میزان آن­ها در محلول غنی شده از حد مجاز بیشتر نباشد. بنابراین شناخت پارامترهای موثر بر انحلال کانی با ارزش و کانی­های گانگ از قبیل نوع و غلظت مواد شیمیایی مورد استفاده، درجه حرارت، فشار و ... ضروری است. از جمله تکنولوژی­های مورد استفاده در لیچینگ فسفات­ها با توجه به منشأ ماده معدنی و ناخالصی­های همراه، لیچینگ درجا و توده­ای، ستونی، هم زنی، مخزنی و ...، می­باشند، اما یک روش سریع برای لیچینگ انتخابی آپاتیت، از سنگ­های گرانیتی در نتیجه تعیین عناصر نادر خاکی (REE) و فسفر (P) موجود در آپاتیت، با استفاده از طیف سنجی انتشار نور پلاسما القایی (ICP-OES)، پس از انحلال جزئی سنگ گرانیت و آپاتیت خالص انجام شده است. ( Gasquez, J., 2005).انحلال با اسید نیتریک در سیستم باز انجام شده و عناصر موجود در شبکه کریستالی آپاتیت با فرآیند تبادل کاتیون از هم جدا شده­اند. نمونه­ای از آپاتیت خالص موجود در سنگ­های گرانیتی، توسط 14/0 مول بر لیتر اسید نیتریک، حل می­شود. نتایج نشان داده است که آزاد شدن عناصر نادر خاکی در نتیجه لیچینگ آپاتیت می­باشد. نتایج مشابه مربوط به فراوانی مطلق عناصر نادر خاکی، از انحلال جزیی گرانیت برای استحصال آپاتیت خالص دریافت شده است.این روش ساده و سریع می­تواند برای تعیین عناصر نادر خاکی در آپاتیت به عنوان یک شاخص برای اکتشاف مواد معدنی به کار رود، اگر چه استفاده از آن در پترولوژی نیز ممکن است. سودمندی عنصر ردیاب موجود در فازهای کانی شناسی مختلف و استفاده از آن در اکتشافات ژئوشیمیایی است به خوبی شناخته شده است. آپاتیت یک کانی فرعی در بسیاری از انواع مختلف سنگ­ها و به ویژه در ترکیبات گرانیتی می­باشد. حضور عناصر شیمیایی در آپاتیت و پتانسیل بالای آن در اکتشافات ژئوشیمیایی با توجه به جانشینی تعداد زیادی از کاتیون­ها و آنیون­ها ممکن است در درون ساختار آن جایگزین شده است. اخیرأ در یک مطالعه ثابت شده است که آپاتیت­های موجود در انواع مختلف گرانیت را می­توان به طور ژئوشیمیایی با توجه به عناصر Sr، Y، Mn و REE که موجود در شبکه کرسیتالی آن­ها می­باشد، از هم تشخیص داد.غلظت عناصر نادر خاکی در محلول حاصل از لیچینگ با نسبت آپاتیت اضافه شده در نمونه­های فرضی و یا مصنوعی سازگار هستند و با حضور فسفر در نمونه­های طبیعی شناسایی شد­ه­اند. آزاد شدن عناصر نادر خاکی از فاز­­های مختلف کانی­شناسی در مورد آپاتیت حاصل از لیچینگ مداوم سنگ­های گرانیتی، مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از میزان آزاد شدن عناصر نادر خاکی از آپاتیت برای اندازه­گیری الگوی توزیع آن­ها در خاک و در سنگ­های گرانیتی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. 6/0 مول بر لیتر HCl برای لیچینگ در زمان­های مختلف واکنش، از 24 تا 800 ساعت مورد استفاده قرار گرفته است. لیچینگ آپاتیت از پگماتیت­ها و گرانیت با استفاده از اسید نیتریک در غلظت­های 14، 7، 4/1و 14/0 مول بر لیتر انجام شده است. کمتر از 14/0 مول بر لیتر از اسید نیتریک، عملیات لیچینگ به علت مشکل شدن بازیابی کل عناصر نادر خاکی موجود در آپاتیت نمی­تواند انجام شود. این اولین باری است که این نوع فرآیند، یعنی، انحلال جزیی آپاتیت با استفاده از اسید نیتریک انجام می­شود. بنابراین، می­توان نتیجه گرفت که لیچینگ اسیدی، با استفاده از 14/0 مول بر لیتر اسید نیتریک، برای انحلال انتخابی و تولید آپاتیت از نمونه اصلی، مناسب است. همچنین روش پیشنهادی دارای مزایایی از قبیل، هزینه کم، سرعت و سادگی، در مقایسه با آنالیز کامل سنگ می­باشد. آزمایش­های لیچینگ با استیک اسید به منظور حذف گانگ کربناته و افزایش عیار P₂O₅ انجام شده و تاثیر عوامل مختلف همچون، زمان، غلظت استیک اسید و نسبت مایع/جامد مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات کانی­شناسی کانسنگ فسفات حاوی گانگ کربناته نشان داده است که بخش اعظم  باطله را کانی­­­های کربناته و سیلیکاته تشکیل می­دهند. میزان ترکیبات اصلی آن عبارتند از،  P₂O₅ حدود 19 تا 20 درصد، CaO تقریبا 48 تا 50 درصد، SiO₂، 9 تا 11 درصد به همراه Fe₂O₃ به مقدار 2 تا 3 درصد. کربنات­های موجود در سنگ­های فسفاته، به سادگی با هر اسید قوی قابل انحلال­اند. متأسفانه اسیدهای قوی در هنگام لیچینگ کربنات­ها، آپاتیت را هم حل می­کنند. این موضوع یکی از موانع اصلی برای بکارگیری فرآیندهای لیچینگ اسیدی در جداسازی کربنات­ها، مخصوصا دولومیت از کانسنگ­های فسفات است. برای جلوگیری از لیچینگ فسفات، اسیدهای ضعیف به عنوان عوامل لیچینگ، تاثیر مناسبی دارند. معمولا این اسیدها بسیار هزینه بر هستند. با این وجود، به دلیل پایین بودن هزینه سرمایه­ای آن و اثر بالای آن در حذف کربنات­ها، لیچینگ اسیدی به کرات مورد مطالعه قرار گرفته است. اسیدهای آلی ضعیف مانند اسید استیک، اسید سیتریک و اسید فرمیک نیز می­توانند برای لیچینگ کربنات­ها استفاده شوند. به نظر می­رسد که اسید استیک مزیت­های بیشتری دارد. اسید استیک مصرف شده در فرآیند با واکنش استات کلسیم و اسید سولفوریک بازیابی می­شود. نتیجه اینکه استفاده از روش لیچینگ با اسید استیک تاثیر زیادی در افزایش P₂O₅ داشته است، به گونه­ای که با استفاده از استیک اسید با غلظت 10 درصد و با نسبت جامد به مایع 5/1، محصولی با عیار 19/31 درصد P₂O₅ و بازیابی 9/99 درصد به دست آمده است.(کليني، محمد جواد. 1384)

◊◊◊◊◊◊◊

نتيجه گيري :

مقداری از فسفات در معادن و ذخایر مختلف زمین­شناسی در طی معدنکاری و خردایش به ذرات ریز و فوق ریز تبدیل می­شوند. این ذرات به علت ریز بودن دارای درجه آزادی مطلوب و همچنین عیار نسبتا بالایی از فسفات می­باشند. فرآوری این مواد نرمه با توجه به حجم تشکیل آن­ها توجیه اقتصادی و زیست محیطی دارد، روش­های متفاوتی در کارخانه­های فرآوری  در عرصه جهانی جهت فرآوری نرمه فسفات به وجود آمده و یا مورد بررسی قرار گرفته است. روش­های مورد استفاده در این زمینه شامل فلوتاسیون نرمه، فلوکولاسیون انتخابی نرمه و لیچینگ اسیدی نرمه فسفات است که جوابگوی تولید فسفات در ابعاد زیر 40 میکرون بوده است. در میان روش­های مورد استفاده، فلوتاسیون توأم با فلوکولاسیون و همچنین لیچینگ نرمه فسفات روش­های مقرون به صرفه­ای محسوب می­شوند که بازیابی مطلوبی به همراه دارند.

◊◊◊◊◊◊◊

منابع فارسي :

رضایی، بهرام. 1377، تکنولوژی فرآوری مواد معدنی( پرعیارسازی ثقلی)، انتشارات دانشگاه هرمزگان.

رضایی، بهرام. 1376، تکنولوژی فرآوری مواد معدنی (خردایش و طبقه­بندی)، انتشارات مؤسسه تحقیقاتی و انتشاراتی نور.

رضایی، بهرام. 1375، فلوتاسیون، انتشارات دانشگاه هرمزگان.

کليني، محمدجواد. آئين پور، ابوالفضل. رئيسي، عليرضا. 1386، پرعیار سازی کانسنگ فسفات موندون به روش­های لیچینگ، کلسیناسیون و مغناطیسی: نشريه علمی-پژوهشی مهندسي معدن، دوره دوم، شماره سوم، صفحه ١١ تا ١٩.

کیان ارثی، محمد. نوع پرست، محمد. شفائی، سید ضیاءالدین. امینی، احمد. 1389، پرعیار سازی کانسنگ فسفات رسوبی پارسا با استفاده از میز لرزان و لیچینگ با اسید استیک.

◊◊◊◊◊◊◊

References:

Al-Thyabat,S. 2010, Column Flotation of Non-Slimed Jordanian Siliceous Phosphate, Jordan Journal of Earth and Environmental Sciences, Vol. 3, No 1(17-24).

Gasquez,J.  DeLima, E., Olsina, R., Martinez, L., Guardia, M., 2005, A fast method for apapatite selective leaching from granitic rocks followed through rare earth elements and  phosphorus determination by inductively coupled plasma optical emission spectrometr: Talanta.

Gasquez,J.  DeLima, E., Olsina, R., Martinez, L., Guardia, M., 2005, A fast method for apatite selective leaching from granitic rocks followed through rare earth elements and phosphorus determination by inductively coupled plasma optical emission spectrometr: Talanta, 67, 824-828.

King. R. P., 1982, Principles of Flotation, Published by the South African Institute of Mining and Metallurgy.

King. R. P.,1986, the Principles of Flotation, Flotation of Fine Particle,P.215-225.

Levlin, E., Hultman, B., 2005, PHOSPHORUS RECOVERY FROM SEWAGE SLUDGE–IDEAS FOR FURTHER STUDIES TO IMPROVE LEACHING: Dep. of Land and Water Resources Engineering, Royal Institute of Technology, S-100 44 Stockholm, Sweden. 

Matis, k., Gallios,G., Kydros,K., 1993, Separation of fines by flotation techniques, Separation Technology, Vol.3, Issues.2(76-90).

Pradip,Moudgil, B.M.,1991, Selective flocculation of tribasic calcium phosphate from mixtures with quartz using polyacrylic acid flocculant, International Journal of Mineral Processing. Vol. 32. Issues.3-4(271-281).

P. somasundaran, 1980, fine particle processing, Henry Krumb School of mines Columbia University New York, pp.669-705

Sekhar, D.M.R., Srinivas, K., Prabhulingaiah G. and Yasser Dassin, 2009, Urea as promoter in the soap flotation of phosphate ores.  Transactions of The Indian Institute of Metals, Vol.62 .No.6 (555-557).

Shaikh, A. Dixit,S.G.,1992, Beneficiation of phosphate ores using high gradient magnetic separation, International Journal of Mineral Processing, Vol.37, Issues.1-2.(149-162).

Shaw, Douglas,R., 1987, Selective flocculation process for the recovery of phosphate, Resource Technology Associates.

Shibata, J., Fuerstenau, D.W., 2003, Flocculation and flotation characteristics of fine hematite with sodium oleate: Int. J. Miner. Process. 72 ,25– 32.

Singh, R., Pradip, Sankar,T.A,P., 1992, Selective flotation of Maton (India) phosphate ore slimes with particular reference to the effects of particle size, Vol.36, issues 3-4.(283-293).

Sis, H., Chander,S., 2003, Reagents used in the flotation of phosphate ores: a critical review: Minerals Engineering 16, 577-585.

Sivamohan, R., 1990, The problem of recovering very fineparticles in mineral processing — A review,International Journal of Mineral Processing,Vol.28, Issues3-4.(247-288).

Snow, R., Zhang, p., 2001, Surface Modification for Improved Phophate Flotation: Journal of Colloid and interface Science, 256, 132-136.

Song, Sh., Lopez-Valdivieso, A., Ding, Y., 1999, Effects of nonpolar oil on hydrophobic flocculation of hematite and rhodochrosite fines: Powder Technology 101, 73-80.

Tahar, W.J. and warren L.J., 1976, The Floatability of very fine particles- A Review, International Journal of mineral processing. Vol .3, P.103.

Wang, Q., Heiskanen,K., 2003, Selective hydrophobic flocculation in apatite-hematite system by sodium oleate, Minerals Engineering, Vol. 5, Issues 3-5.(493-501).

Wills, A., Napier-Munn, T., 2006, Mineral Processing Technology, Elsevier Science & Technology book, seventh Edition.

Wyslouzil, H., 2009, THE USE OF COLUMN FLOTATION FOR THE RECOVERY OF ULTRA-FINE PHOSPHATES ,Canadian Process Technologies Inc.

Wyslouzil, H.E., Kohmeunch, J., Christodoulou, L., Fan, M., 2010, COARCE AND FINE PARTICLE FLOTATION, Canadian Process Technologies Inc.

Zhang,p. ,2003, ANIONIC ROUGHER-CLEANER FLOTATION, FLORIDA INSTITUTE OF PHOSPHATE RESEARCH.

Zhang, P., 2001, IMPROVED PHOSPHATE FLOTATION WITH NONIONIC POLYMERS, FLORIDA INSTITUTE OF PHOSPHATE RESEARCH.

Zhang, P., Snow, R., 2001, RECOVERY OF PHOSPHATE FROM FLORIDA PHOSPHATIC CLAYS, Florida Institute of Phosphate Research.