پرعیارسازی ذرات ریز کرومیت با جداکننده مغناطیسی گرادیان بالای اسلون

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد فرآوری مواد معدنی، گروه مهندسی معدن، واحد سیرجان، دانشگاه آزاد اسلامی، سیرجان، ایران

2 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد سیرجان، دانشگاه آزاد اسلامی، سیرجان، ایران

چکیده

بخش عمده کرومیت تولید شده در معادن به صورت ذرات ریز (200- میکرون) هستند که پرعیارسازی آنها به کمک روش‌های ثقلی بسیار چالش برانگیز است. از سوی دیگر این مواد بسیار باارزش با هدف افزایش سوددهی فرایند و کاهش آسیب‌های زیست محیطی باید بازیابی شوند. جداکننده‌ مغناطیسی گرادیان بالای اسلون می‌تواند برای پرعیارسازی مواد با خاصیت مغناطیسی کم مورد استفاده قرار گیرد. در این پژوهش، امکان بازیابی ذرات ریز کرومیت به کمک جداکننده اسلون در مقیاس آزمایشگاهی بررسی شده است. در این راستا، تاثیر پارامترهایی مانند شدت میدان مغناطیسی، ابعاد ذرات، ابعاد ماتریس و نوسانات پالس به کمک طراحی آزمایش‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش شدت میدان مغناطیسی عیار کنسانتره کاهش یافت. همچنین با افزایش فرکانس پالس و کاهش ابعاد ماتریس عیار کنسانتره افزایش یافت. علاوه بر آن مشاهده شد که به کمک اسلون در مقیاس آزمایشگاهی عیار کرومیت بالای 40 درصد و بازیابی 65 تا 90 درصد قابل دستیابی است. از این‌رو می‌توان گفت فراوری ذرات ریز کرومیت به کمک دستگاه اسلون امکان پذیر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

*Recovery of Chromite Fines Utilizing Slon High Gradient Magnetic Separator

نویسندگان [English]

  • Sharif Hossein Keramat 1
  • Mohammad Reza Garmsiri 2
1 Department of mining engineering, Sirjan branch, Islamic Azad University, Sirjan, Iran
چکیده [English]

A major fraction of Chromite mine production is fine particles (-200 μm) which cause a serious challenge during the processing using gravity separators. From the other hands, these values need to be recovered to enhance the profitability of process and reduce the environmental impacts. Slon high gradient magnetic separator could be utilized in the processing of paramagnetic materials. In this work, the possibility of recovery of Chromite fines using a laboratory scale Slon was investigated. In this order, the effect of variables such as magnetic field intensity, particle size, matrix size and pulsing frequency was studied using the design of experiments. Results indicated that concentrate grade was dropped with increasing the magnetic field intensity. Furthermore, with a rise in pulsing frequency and a reduction in the matrix size, the concentrate grade was increased. Moreover, it was found that the concentrate grade higher than 40 % and recovery of 65-90 percent was achieved using laboratory scale Slon. Thus, it could be concluded that processing of Chromite fines using Slon is viable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chromite
  • Slon
  • Recovery
  • Magnetic field intensity
  • Particle Size

پرعیارسازی ذرات ریز کرومیت با استفاده از جداکننده مغناطیسی گرادیان بالای اسلون

شریف حسن کرامت1، محمدرضا گرمسیری2[*]

1 کارشناسی ارشد باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد سیرجان، دانشگاه آزاد اسلامی، سیرجان، ایران، sharifkeramat@gmail.com

2 استاد گروه مهندسی معدن، واحد سیرجان، دانشگاه آزاد اسلامی، سیرجان، ایران، m.r.garmsiri@gmail.com

 

 

 (دریافت: 19/02/1397، پذیرش: 21-01-1398)

چکیده

بخش عمده کرومیت تولید شده در معادن به صورت ذرات ریز (200 میکرون) است که پرعیارسازی آن­ها به کمک روش‌های ثقلی بسیار چالش برانگیز است. از سوی دیگر این مواد بسیار باارزش با هدف افزایش سوددهی فرآیند و کاهش آسیب‌های زیست­محیطی باید بازیابی شوند. جداکننده‌ مغناطیسی گرادیان بالای اسلون می‌تواند برای پرعیارسازی مواد با خاصیت مغناطیسی کم مورد استفاده قرار گیرد. در این مقاله، امکان بازیابی ذرات ریز کرومیت به کمک جداکننده اسلون در مقیاس آزمایشگاهی بررسی شده است. برای این منظور، تاثیر پارامترهایی مانند شدت میدان مغناطیسی، ابعاد ذرات، ابعاد ماتریس و نوسانات دستگاه به کمک طراحی آزمایش‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش شدت میدان مغناطیسی عیار کنسانتره کاهش می­یابد، همچنین با افزایش فرکانس و کاهش ابعاد ماتریس، عیار کنسانتره افزایش می­یابد. علاوه بر آن مشاهده شد که به کمک اسلون در مقیاس آزمایشگاهی عیار کرومیت بالای 40 درصد و بازیابی 65 تا 90 درصد قابل دستیابی است. از این­رو می‌توان گفت فرآوری ذرات ریز کرومیت به کمک دستگاه اسلون امکان­پذیر است.

کلمات کلیدی

کرومیت، اسلون، بازیابی، شدت میدان مغناطیسی، ابعاد ذرات.

 

 

1- مقدمه

کروم یکی از اجزای ضروری صنایع فولادسازی است که در تولید فولادهای خاص و آلیاژهای فروکروم، مواد نسوز، مواد شیمیایی و رنگ‌ها کاربرد دارد[1]. کرومیت مهم‌ترین کانی کروم است و حدود 90 درصد از کرومیت استخراج شده از معادن به فروکروم تبدیل می‌شود. همچنین 80 درصد از فروکروم تولید شده در صنعت فولادسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. رایج‌ترین روش فرآوری کرومیت استفاده از روش‌های ثقلی مانند میز لرزان و مارپیچ است[2] اما این روش‌ها حساسیت زیادی به ابعاد ذرات دارند. با کاهش ابعاد ذرات (برای مثال ذرات ریزتر از 100 میکرون) راندمان روش‌های ثقلی به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد[2-4] به طوری­که اغلب ذرات ریز به جریان باطله منتقل می‌شوند. علاوه بر آن مشکل دیگر روش‌های ثقلی این است که ظرفیت آن­ها در مقایسه با سایر روش‌های پرعیارسازی کم است. برای مثال ظرفیت یک میز لرزان برای ذرات ریز کمتر از یک تن بر ساعت است که در مقیاس صنعتی ناچیز است[2].

بخش زیادی از ذرات ریز تولید شده در حین معدنکاری و فرآوری کرومیت، در اثر جریان آب به جریان باطله منتقل می‌شوند[4]. از این رو یافتن روشی برای فرآوری ذرات ریز کرومیت اهمیت بسیار زیادی دارد. هدرروی ذرات ریز کرومیت نه تنها از منظر اقتصادی بلکه از نظر زیست­محیطی نیز بسیار مهم است[5].

یکی از کاربردهای گسترده کرومیت، تولید ماسه‌های کرومیتی است که در فرآیندهای ریخته‌گری به طور گسترده استفاده می‌شود. باقیمانده فرآیند تولید ماسه کرومیتی ذرات بسیار ریز کرومیت است که در صورت پرعیارسازی ارزش اقتصادی قابل توجهی دارد. علاوه بر آن ماسه‌های کرومیتی مستهلک شده که غالبا در صنایع کاشی [6] و بتن [7, 8] استفاده می‌شوند نیز پتانسیل بازیابی و استحصال مجدد دارند. از این رو می‌توان گفت که پرعیارسازی ذرات ریز کرومیت اهمیت بسیار زیادی دارد.

فنگ و آلدریچ برای بازیابی ذرات ریز کرومیت از فلوتاسیون ستونی استفاده کردند[9]. در این پژوهش با استفاده از مواد شیمیایی مختلف بازیابی 30 تا 40 درصد و عیار کنسانتره 43 تا 45 درصد به دست آمد. در فرآوری و خرید و فروش کرومیت، همواره عیار Cr2O3 بیان می‌شود و مد نظر است. همچنین استفاده از فلوکولاسیون- فلوتاسیون برای بازیابی ذرات بسیارریز کرومیت نیز مورد توجه قرار گرفته است[10]. علاوه بر آن گزارش‌هایی مبنی بر استفاده از جداکننده موزلی برای استحصال ذرات ریز کرومیت منتشر شده [11] که در آن بازیابی 65 تا 80 درصد به دست آمده است.تریپاتی و همکاران [12] استفاده از ترکیبی از روش‌های ثقلی، فلوتاسیون و مغناطیسی را برای پرعیارکنی ذرات ریز کرومیت بررسی کردند و نشان دادند با هدف دستیابی به عیار بالای 40 درصد، بازیابی در بازه 17 تا 23 درصد حاصل می‌شود که این مقدار بازیابی ناچیز است[12].

برای جداسازی مواد با خاصیت پارامگنتیک یا ذرات ریز از جداکننده‌های مغناطیسی گرادیان بالا، مانند اسلون[2] استفاده می‌شود[13]. در جداکننده اسلون دوغاب روی رینگ عمودی که ماتریس‌ها روی آن قرار دارند، وارد می‌شود. در اثر میدان و گرادیان مغناطیسی، ذرات با ارزش به ماتریس‌ها متصل می‌شوند و با حرکت رینگ به سمت فوقانی منتقل شده و با آب شسته و از ماتریس جدا شده و درون جعبه جمع‌آوری کنسانتره ریخته می‌شود[2]. در دستگاه اسلون از سیستم ایجاد پالس و ماتریس‌ها برای افزایش کارایی جدایش استفاده می‌شود. به کمک پالس‌ها نه تنها از به تله افتادن ذرات غیرمغناطیسی در میان ذرات مغناطیسی جلوگیری می­شود و نتیجتا دنباله‌روی کاهش می‌یابد، بلکه برخورد ذرات با ماتریس‌ها افزایش می­یابد و امکان جمع‌آوری ذرات با ارزش در کلیه سطوح ماتریس‌ها و افزایش احتمال بازیابی آن­ها فراهم می‌آید[13]. ماتریس‌ها نیز نقش بهبود تاثیر میدان/ گرادیان مغناطیسی و کمینه‌سازی ریسک به تله افتادن ذرات را دارند. این موارد مزایای اسلون نسبت به جداکننده مغناطیسی شدت بالا است و بدین ترتیب جدایش مطلوب‌تر ماده مغناطیسی به دست می‌آید[14]. این ویژگی­ها موجب شده تا استفاده از این دستگاه روشی امیدبخش برای فرآوری ذرات ریز کانی‌های با خاصیت مغناطیسی کم مانند هماتیت، سیدریت، ایلمنیت و لیمونیت باشد[15]. برای مثال حاجی‌زاده و قربان نژاد به کمک دستگاه اسلون در مقیاس نیمه‌صنعتی و به کمک باطله کارخانه هماتیت گل‌گهر اظهار کردند که حدود 58 درصد از آهن محتوای باطله با عیار 53 درصد قابل بازیابی است[16]. شکل 1 نمایی از ساختار و اجزای جداکننده گرادیان بالای اسلون را نشان می‌دهد.

در اکثر صنایع مصرف‌کننده کرومیت، عیار بالاتر از 42 درصد مطلوب است و مقادیر بالاتر از 44 درصد ارزش بسیار زیادی دارد[17]. با توجه به اینکه ذرات ریز کرومیت حاصل از استخراج و یا پسماند تولید ماسه کرومیتی عیار نسبتا کمی دارند، در بازار قابل عرضه نیستند و باید پرعیارسازی انجام شود. از آنجا که کرومیت نوعی کانی پارامغناطیس است، یکی از روش‌های پرعیارسازی آن جدایش مغناطیسی است اما فرآوری ذرات ریز کرومیت با روش مغناطیسی گرادیان پایین مشکل‌ساز خواهد بود.

شرل و دون اظهار کردند امکان بازیابی نرمه‌های کرومیت به کمک اسلون با شدت میدان حداکثر یک تسلا وجود دارد به طوری که بازیابی 68 درصد قابل دستیابی است[17] اما اشاره‌ای به جزییات فرآیند جدایش نشده است.

در این مقاله امکان پرعیار‎سازی ذرات کرومیت به وسیله جداکننده مغناطیسی گرادیان بالای اسلون مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین امکان پرعیارکنی ذرات ریزتر از 200 میکرون کرومیت به کمک اسلون بررسی شد. دلیل استفاده از ذرات ریزتر از 200 میکرون این است که بر مبنای تجارب گذشته راندمان جدایش این ذرات در روش ثقلی مطلوب نیست. با توجه به کارآیی و ظرفیت نسبتا بالای جداکننده‌های مغناطیسی نسبت به جداکننده‌های ثقلی و همچنین منابع معدنی قابل توجه کرومیت در استان کرمان، در صورت مثبت بودن نتایج، این روش می‌تواند جایگزین یا مکمل روش‌های ثقلی شود و بدین ترتیب گامی قابل توجه در فرآوری ذرات ریز کرومیت برداشته شود.

2- مواد و روش کار

نمونه معرف ذرات ریز کرومیت به میزان 100 کیلوگرم از کنسانتره کارخانه آریاداد فرآور جمع‌آوری شد. این کارخانه در منطقه آبدشت منطقه ارزوییه استان کرمان واقع شده و خوراک آن از سنگ‌های کم عیار تشکیل شده است. در این کارخانه از مارپیچ برای پرعیارکنی کرومیت استفاده می‌شود. عیار Cr2O3 در کنسانتره ریزتر از 180 میکرون حدود 35 درصد است (که قابل قبول نیست، عیار قابل قبول بیشتر از 40 درصد است) و به همین منظور در این مقاله مورد استفاده قرار گرفت. نمونه جمع­آوری شده پس از همگن‌سازی تقسیم شد. آنالیز سرندی نمونه معرف در فراکسیون‌های مختلف انجام و مشخص شد که d80 نمونه 163 میکرون است. شکل 2 نتیجه آنالیز ابعاد ذرات را نشان می‌دهد. با هدف ارزیابی تاثیر ابعاد ذرات، نمونه معرف به سه بخش با فراوانی نسبتا برابر در اندازه‌های 150+، 106-150+ و 106- میکرون تقسیم شد. عیار Cr2O3 در همه بازه‌های ابعادی تقریبا برابر و حدود 5/35 درصد بود.

 

شکل 1- نمای شماتیک از یک جداکننده گرادیان بالای اسلون.

 

شکل 2- آنالیز ابعاد نمونه کرومیت مورد استفاده در این پژوهش

برای ارزیابی محتوای دقیق نمونه خوراک، آنالیز XRD به کمک دستگاه PHILIPS PW 1800 ساخت کشور هلند انجام شد (شکل 3). نتایج نشان داد کرومیت، منیزیوکرومیت و آنتیگوریت کانی‌های اصلی تشکیل­دهنده نمونه­اند. کرومیت یک کانی پارامغناطیس است در حالی که منیزیوکرومیت و آنتیگوریت دیامغناطیس­اند.

 

شکل3-  نتایج آنالیز XRD نمونه خوراک آزمایش‌ها

آزمایش‌ها به کمک دستگاه اسلون در مقیاس آزمایشگاهی و در آزمایشگاه شرکت دانش فرآور کانسار واقع در کرمان انجام شد. شکل 4نمایی از جداکننده آزمایشگاهی اسلون را نشان می‌دهد. برای انجام هر آزمایش 100 گرم نمونه از فراکسیون مدنظر مورد استفاده قرار گرفت. پس از انجام آزمایش نمونه‌های کنسانتره و باطله حاصل از آزمایش، خشک و توزین شدند، سپس محصول مغناطیسی هر آزمایش برای تعیین عیار به روش شیمی‌تر به آزمایشگاه ارسال شد.

 

شکل 4- نمایی از دستگاه آزمایشگاهی اسلون

در این مقاله ابتدا آزمایش‌های غربالگری اولیه برای ارزیابی امکان‌سنجی پرعیارسازی ذرات ریز کرومیت به کمک دستگاه اسلون انجام شد و سپس شدت میدان مغناطیسی مطلوب که در آن بهترین نتایج اقتصادی حاصل می‌شود، ارزیابی شد. بدین منظور آزمایش‌ها به کمک چهار متغیر شدت میدان مغناطیسی، بازه ابعادی ذرات، نوع ماتریس و شدت فرکانس نوسان‌کننده در سه سطح به کمک روش تاگوچی در نرم­افزار DX7 طراحی شد. جدول 1 متغیرها و سطوح مورد استفاده در این پژوهش را نشان می‌دهد.

جدول 1- متغیرها و مقادیر سطوح استفاده شده در این پژوهش

شماره آزمایش

سطح پایین

سطح میانی

سطح بالا

شدت میدان مغناطیسی(تسلا)

5/0

75/0

1

ابعاد ذرات (میکرون)

106-

106-150+

150+

فرکانس پالس

(دور بر دقیقه)

100

200

300

ابعاد ماتریس

(میلی­متر)

1

2

3

 

3- ارایه یافته‌ها و تحلیل نتایج

برای بررسی تاثیر پارامترهای مختلف در مرحله غربالگری، نتایج نرم­افزار DX7 در نظر گرفته شد.

3-1- تاثیر ابعاد ذرات و شدت میدان مغناطیسی

از آنجا که در این پژوهش از نوعی از جداکننده‌های مغناطیسی استفاده شده است، طبیعتا شدت میدان مغناطیسی یکی از مهم‌ترین پارامترهای موثر بر فرآیند است. علاوه بر آن یکی از اهداف اصلی این مقاله بررسی تاثیر ابعاد ذرات بر فرآیند جدایش در دستگاه اسلون بوده است. از این‌ رو با توجه به اهمیت ابعاد ذرات و شدت میدان مغناطیسی، در این بخش تاثیر این دو پارامتر مورد ارزیابی قرار گرفت. شکل 5 تاثیر شدت میدان مغناطیسی و ابعاد ذرات بر عیار کرومیت و شکل 6 تاثیر این دو پارامتر بر بازیابی را نشان می‌دهد.

 

شکل 5- تاثیربازه ابعادیذراتوشدت میدانمغناطیسیبرعیارکرومیت.

با توجه به شکل 5 ملاحظه می‌شود که با افزایش شدت میدان مغناطیسی از 5/0 تا 1 تسلا، عیار کرومیت در کنسانتره کاهش یافته است. این رفتار در همه بازه‌های ابعادی مشاهده می‌شود. دلیل این مشاهده این است که با افزایش شدت میدان مغناطیسی، علاوه بر مواد با خاصیت مغناطیسی بالا، مواد با خاصیت مغناطیسی کمتر نیز به کنسانتره منتقل شده و بدین ترتیب عیار کاهش یافته است. علاوه بر آن شکل 6 نشان می‌دهد که با افزایش شدت میدان مغناطیسی بازیابی افزایش یافته است. با توجه به رابطه معکوس عیار و بازیابی نتایج به دست آمده در شکل 6 قابل انتظار بود. بررسی همزمان شکل‌های 5 و 6 نشان می‌دهد که اگر جداکننده اسلون در نقش رمق­گیر به کار گرفته شود، بازیابی بالاتر و در نتیجه شدت میدان بیشتری مورد نیاز است ولی در صورتی که هدف به دست آوردن عیار محصول بالاتر است، شدت میدان کمتری باید اعمال شود. بدیهی است که در میانه این دو حالت شرایط بهینه رخ می‌دهد.

 

شکل 6- تاثیرابعادذراتومیدانمغناطیسیبربازیابیکرومیت

علاوه بر آن شکل 5 نشان می‌دهد که به کمک بازه ابعادی ذرات 150-106+ میکرون، بیشترین عیار کرومیت حاصل شد. دلیل این مساله این است که ذرات 150+ میکرون نسبتا درشت و ذرات 106- میکرون نسبتا ریزند و بدین ترتیب به کمک این دو بازه ابعادی کنسانتره با عیار کمتری به دست آمده است. از یک سو عیار Cr2O3 در کنسانتره به دست آمده از ذرات نسبتا درشت به دلیل درجه آزادی کمتر آن­ها با چالش مواجه است و از سوی دیگر ذرات ریز با مسایلی مانند به تله افتادن ذرات ریز گانگ در میان ذرات با ارزش و انتقال ذرات گانگ آن­ها به کنسانتره مواجه است، بنابراین می‌توان گفت ابعاد ذرات 150-106+ مناسب‌ترین بازه ابعادی ذرات برای پرعیارکنی به کمک دستگاه اسلون است. همچنین در آزمایش‌های انجام شده در شکل 6 مقدار بازیابی در بازه‌های ابعادی بررسی شده بسته به سایر پارامترهای عملیاتی در بازه 64 تا 82 به دست آمد. این مقدار بازیابی در مقایسه با بازیابی ناچیز ذرات 106- میکرون در روش‌های معمول ثقلی [1]، چشمگیر است. از سوی ظرفیت روش‌های ثقلی نسبتا کم است درحالی­که به کمک دستگاه‌های اسلون موجود امکان فرآوری 50 تن بر ساعت مواد وجود دارد. از این رو می‌توان گفت اسلون نه تنها از منظر کارایی بلکه از منظر ظرفیت نیز نسبت به روش‌های ثقلی برتری دارند.

2-3-تاثیر فرکانس پالس و ابعاد ماتریس

در بخش قبل تاثیر ابعاد ذرات و شدت میدان مغناطیسی بر کارایی فرآیند جدایش اسلون مورد بررسی قرار گرفت. در این بخش تاثیر فرکانس پالس و ابعاد ماتریس به عنوان دو ویژگی اصلی جداکننده اسلون به ترتیب برعیار کنسانتره (شکل 7) و بازیابی(شکل 8) بررسی شده است.

 

شکل7- تاثیرفرکانسپالس‌هاوابعادماتریسبرعیارکرومیت.

 

شکل8- تاثیرفرکانسپالس‌هاوابعادماتریسبربازیابی کرومیت.

شکل 7 نشان می‌دهد که با استفاده از ماتریس با ابعاد 1 میلی­متر نسبت به سایر ابعاد ماتریس بیشترین عیار کرومیت به دست آمده است. دلیل این مساله این است که سطحموثرماتریس 1 میلی­متری کمترازسایرماتریس‌ها است و بدین ترتیب ذرات جذب شده خلوص بالاتری دارند. به عبارت دیگر با کاهش ابعاد ماتریس تاثیر گرادیان مغناطیسی بر فرآیند جدایش افزایش می‌یابد. از این رو کاهش ابعاد ماتریس راه حل موثری برای دستیابی به عیار بالاتر کرومیت است.

همچنین از شکل 7 مشاهده می‌شود به کمک فرکانس 300 دور بر دقیقه عیار بیشتری نسبت به سایر فرکانس‌ها حاصل شده است. دلیل این مساله این است که فرکانس بالاتر موجب می‌شود تا از به دام افتادن ذرات گانگو همچنین ذرات با خاصیت مغناطیسی کم درمیان ذرات مغناطیسی جذب شده روی سطح ماتریس جلوگیری شود. بنابراین می‌توان گفت که در اینجا به کمک فرکانس 300 دور بر دقیقه و ابعاد ماتریس یک میلی­متر عیار کرومیت افزایش می‌یابد به طوری­که عیار حدود 45 درصد نیز قابل دستیابی است. این مقدار عیار کرومیت بسیار مطلوب است اما در عمل با توجه به رابطه معکوس عیار و بازیابی شرایط باید به گونه‌ای تنظیم شود که از ترکیب عیار و بازیابی بیشترین سوددهی اقتصادی حاصل شود. علاوه بر آن شکل 8 نشان می‌دهد که بیشترین بازیابی در ابعاد ماتریس 3 میلی­متر به دست آمده است. دلیل این مشاهده این است که با افزایش فاصله ماتریس‌ها، ذرات قفل شده با خاصیت مغناطیسی نسبتا کم می‌توانند به کنسانتره راه یابند اگرچه این مساله موجب کاهش عیار کنسانتره خواهد شد. علاوه بر آن شکل 8 نشان می‌دهد مقدار بازیابی در آزمایش‌های انجام شده در بازه 66 تا 83 درصد بود که نسبت به روش‌های ثقلی بسیار بالاتر است.

از ارزیابی شکل 5 و شکل 7 می‌توان نتیجه گرفت که با استفاده از جداکننده اسلون، پرعیارسازی ذرات ریز کرومیت با راندمان قابل توجهی انجام می‌شود. این مساله چشم‌انداز روشنی برای بازیابی این ذرات، افزایش بهره اقتصادی تولید و کاهش آسیب‌های زیست­محیطی دارد. از آسیب‌های زیست محیطی کروم و وجود یون‌های کروم در بدن انسان می‌توان به مشکلات پوستی، گوارشی، تنفسی، کلیه و کبد اشاره کرد.

3-3-شرایط بهینه اقتصادی بر حسب شدت میدان مغناطیسی

با توجه به اینکه هدف از این مقاله ارزیابی استحصال ذرات ریز کرومیت به کمک جداکننده اسلون است، در این بخش با ثابت قرار دادن ابعاد ماتریس و فرکانس، رفتار دو فراکسیون 106-، 106-150+ میکرون در شدت میدان‌های مختلف بررسی شد. در بخش 3-1 نشان داده شد که با افزایش شدت میدان مغناطیسی عیار کرومیت در کنسانتره کاهش و بازیابی افزایش می‌یابد. سوال این است که شدت میدان مغناطیسی چقدر باشد تا بیشترین سود اقتصادی حاصل شود. به عبارت دیگر با تغییر شدت میدان مغناطیسی در چه ترکیب عیار و بازیابی بیشترین سوددهی اقتصادی حاصل می‌شود. برای بررسی این موضوع، آهنگ بازدهی کارخانه ذوب[3] به عنوان یک شاخص اقتصادی تعیین‌کننده به ازای مقادیر مختلف عیار و بازیابی محاسبه شد (شکل 9). جدول 2 قیمت کرومیت در سال 2017 بر اساس عیار را نشان می‌دهد. هزینه‌های مورد نیاز برای محاسبه شاخص بازدهی کارخانه ذوب بر مبنای هزینه‌های رایج تولید در ایران در سال 2017 در نظر گرفته شده است [18]. برای محاسبه بازدهی کارخانه ذوب، ارزش یک تن کنسانتره با توجه به قیمت‌های یاد شده در جدول 2 و با توجه به عیار و بازیابی فرآیند محاسبه شد، سپس هزینه حمل و ذوب به ترتیب 20 و 280 دلار در نظر گرفته شده و از ارزش کنسانتره کم شد. جداول 3 و 4 جزییات محاسبات انجام شده برای دو بازه ابعادی یاد شده را نشان می‌دهد. نتایج جدول 3 و 4 در شرایط بهینه عملیاتی که شامل ماتریس 1 میلی­متر و فرکانس 300 به دست آمده است.

جدول 2- قیمت هر تن کنسانتره کرومیت بر حسب عیار آن در سال 2017 [18].

قیمت (دلار)

عیار

350

38-36

380

40-38

410

42-40

425

44-42

430

46-44

435

48-46

 

 

 

 

 

 

جدول 3- نتایج آزمایش‌هادر بازه ابعادی 106- میکرونو محاسبه آهنگ بازده کارخانه ذوب.

Magnetic

Field

Cr2O3

(درصد)

Recovery

(درصد)

Yield

(درصد)

NSR

4/0

5/44

0/85

1/66

9/85

5/0

2/43

0/87

7/69

1/87

6/0

1/42

8/89

8/73

3/92

7/0

5/40

2/91

9/77

7/85

8/0

3/39

6/92

5/81

2/65

0/1

6/37

8/94

2/87

6/43

 

جدول 4- نتایج آزمایش‌هادربازه ابعادی 150- 106+میکرونو محاسبه آهنگ بازده کارخانه ذوب

Magnetic

Field

Cr2O3

(درصد)

Recovery

(درصد)

Yield

(درصد)

NSR

4/0

7/46

0/77

5/58

0/79

5/0

7/45

9/82

4/64

7/83

6/0

5/44

5/87

8/69

7/90

7/0

0/43

8/90

0/75

8/93

8/0

8/41

5/90

6/78

5/86

0/1

9/39

8/93

5/83

8/66

 

برای سهولت تحلیل نتایج به دست آمده نتایج جداول 3 و 4 در شکل 9 ترسیم شده است.

 

شکل9- تاثیر شدت میدان مغناطیسی بر آهنگ بازده کارخانه ذوب به دست آمده برای ذرات  150-106+ و 106- میکرون.

از شکل 9 مشاهده می‌شود که برای هر دو بازه ابعادی، شدت میدان بهینه‌ای وجود دارد که در آن بیشترین NSR حاصل شده است. برای ذرات با ابعاد 150-106+ و 106- میکرون، بیشترین مقدار NSR به ترتیب در شدت میدان مغناطیسی 7/0 و 6/0 تسلا حاصل شد که نشان­دهنده بیشترین سود اقتصادی است. علاوه بر آن مشاهده ‌شد که ذرات 106- میکرون به شدت میدان مغناطیسی کمتری برای دستیابی به شرایط بهینه اقتصادی نیاز است.

مشاهده می‎شود برای ذرات 106- میکرون عیار و بازیابی Cr2O3 در شدت میدان مغناطیسی بهینه به ترتیب معادل با 1/42 و 8/89 درصد به دست آمد. علاوه بر آن مشاهده شد که برای بازه ابعادی 106-150+ میکرون عیار و بازیابی در مقدار بهینه شدت میدان مغناطیسی به ترتیب معادل 43 و 8/90 درصد به دست آمد. از این رو می‌توان گفت جداکننده اسلون می‌تواند با کارایی نسبتا مطلوبی فرآیند پرعیارکنی ذرات ریز کرومیت را انجام دهد.

4- نتیجه­گیری

در این مقاله امکان به کارگیری دستگاه اسلون برای پرعیارکنی ذرات ریز کرومیت ارزیابی شد. در این راستا تاثیر شدت میدان مغناطیسی، ابعاد ذرات، نوسان و ابعاد ماتریس بر پرعیارکنی ذرات ریز کرومیت به کمک جداکننده اسلون در مقیاس آزمایشگاهی بررسی شد. برای این منظور نمونه با ابعاد ریزتر از 180 میکرون پس از جمع­آوری به سه فراکسیون با فراوانی برابر تقسیم شد. نتایج نشان داد ابعاد ذرات 150-106+ میکرون نتایج بهتری نسبت به سایر بازه‌های ابعادی داشتند. علاوه بر آن مشاهده شد که با افزایش فرکانس و کاهش ابعاد ماتریس، عیار کرومیت در کنسانتره افزایش یافت. همچنین نشان داده شد به کمک دستگاه اسلون عیار کرومیت بالای 40 درصد و بازیابی 65 تا 90 درصد در شرایط مختلف عملیاتی قابل دستیابی است. در نهایت با محاسبه آهنگ بازده کارخانه ذوب مشاهده شد که مناسب‌ترین شدت میدان برای بازه‌های ابعادی  106-150+ و 106- میکرون در ابعاد ماتریس و نوسان پالس ثابت حدود 7/0 تا 6/0 تسلا است.

منابع و مراجع

  1. Y.R. Murthy, S.K. Tripathy, C.R. Kumar, 2011, "Chrome ore beneficiation challenges & opportunities – A review", Miner. Eng., 24(5)  375-380.
  2. B.A. Wills, J.A. Finch, 2016, "Mineral processing technology", Eighth ed., Butterworth-Heinemann, 2016.
  3. S.K. Tripathy, Y. Rama Murthy, 2012, "Modeling and optimization of spiral concentrator for separation of ultrafine chromite", Powder Technol., 221  387-394.
  4. A. Güney, G. Önal, T. Atmaca, 2001, "New aspect of chromite gravity tailings re-processing", Miner. Eng., 14(11)  1527-1530.
  5. M. Jaishankar, T. Tseten, N. Anbalagan, B.B. Mathew, K.N. Beeregowda, 2014, "Toxicity, mechanism and health effects of some heavy metals", Interdiscip Toxicol., 7(2)  60-72.
  6. H.-L. Luo, D.-F. Lin, M.-L. Chung, L.Y. Chen, 2014, "Waste Foundry Sand Reused as Clay Replacement for Tile Manufacture", Int. J. Transp. Sci. Technol., 3(4)  339-351.
  7. B. Bhardwaj, P. Kumar, 2017, "Waste foundry sand in concrete: A review", Constr. Build. Mater., 156  661-674.
  8. R. Siddique, G. Singh, 2011, "Utilization of waste foundry sand (WFS) in concrete manufacturing", Resour. Conserv. Recycl.  , 55(11)  885-892.
  9. D. Feng, C. Aldrich, 2004, "Recovery of chromite fines from wastewater streams by column flotation", Hydrometallurgy, 72(3)  319-325.
  10. Ü. Akdemir, C. Hiçyilmaz, 1996, "Shear flocculation of chromite fines in sodium oleate solutions", Colloids Surf., A, 110(1)  87-93.
  11. T. Çiçek, I. Cöcen, 2002, "Applicability of Mozley multigravity separator (MGS) to fine chromite tailings of Turkish chromite concentrating plants", Miner. Eng., 15(1)  91-93.
  12. S.K. Tripathy, Y.R. Murthy, V. Singh, 2013, "Characterisation and separation studies of Indian chromite beneficiation plant tailing", Int. J. Miner. Process., 122  47-53.
  13. D. Xiong, S. Liu, J. Chen, 1998, "New technology of pulsating high gradient magnetic separation", Int. J. Miner. Process., 54(2)  111-127.
  14. M. Dobbins, P. Dunn, I. Sherrell, Recent advances in magnetic separator designs and applications, in:  The 7th International Heavy Minerals Conference, 2009, pp. 63-70.
  15. X. Dahe, 2004, "SLon Magnetic Separators Applied in the Ilmenite Processing Industry", Physical Separation in Science and Engineering, 13(3-4)  119-126.
  16. A. Hajizadeh, M. Ghorban Nejad, 2017, "Recovery of Hematite from fine tailings at Golegohar mine using Slon Magnetic separator", Iranian Journal of Mining Engineering, 12(34)  61-67 (In persian).
  17. I. Sherrell, P. Dunn, 2012, "Recent advances in high gradient magnetic separators", in: C.A. Young, G.H. Luttrell (Eds.) Separation technologies for minerals, coal, and earth resources, SME, pp. 241-248.
  18. Global chrome ore market prices, in: http://www.mining-bulletin.com/index.php/product_2.html (Ed.), 2017.

 

 

 



[*]نویسنده مسئول مکاتبات

[2]Slon

[3]Net smelter return (NSR)

منابع و مراجع

  1. Y.R. Murthy, S.K. Tripathy, C.R. Kumar, 2011, "Chrome ore beneficiation challenges & opportunities – A review", Miner. Eng., 24(5)  375-380.
  2. B.A. Wills, J.A. Finch, 2016, "Mineral processing technology", Eighth ed., Butterworth-Heinemann, 2016.
  3. S.K. Tripathy, Y. Rama Murthy, 2012, "Modeling and optimization of spiral concentrator for separation of ultrafine chromite", Powder Technol., 221  387-394.
  4. A. Güney, G. Önal, T. Atmaca, 2001, "New aspect of chromite gravity tailings re-processing", Miner. Eng., 14(11)  1527-1530.
  5. M. Jaishankar, T. Tseten, N. Anbalagan, B.B. Mathew, K.N. Beeregowda, 2014, "Toxicity, mechanism and health effects of some heavy metals", Interdiscip Toxicol., 7(2)  60-72.
  6. H.-L. Luo, D.-F. Lin, M.-L. Chung, L.Y. Chen, 2014, "Waste Foundry Sand Reused as Clay Replacement for Tile Manufacture", Int. J. Transp. Sci. Technol., 3(4)  339-351.
  7. B. Bhardwaj, P. Kumar, 2017, "Waste foundry sand in concrete: A review", Constr. Build. Mater., 156  661-674.
  8. R. Siddique, G. Singh, 2011, "Utilization of waste foundry sand (WFS) in concrete manufacturing", Resour. Conserv. Recycl.  , 55(11)  885-892.
  9. D. Feng, C. Aldrich, 2004, "Recovery of chromite fines from wastewater streams by column flotation", Hydrometallurgy, 72(3)  319-325.
  10. Ü. Akdemir, C. Hiçyilmaz, 1996, "Shear flocculation of chromite fines in sodium oleate solutions", Colloids Surf., A, 110(1)  87-93.
  11. T. Çiçek, I. Cöcen, 2002, "Applicability of Mozley multigravity separator (MGS) to fine chromite tailings of Turkish chromite concentrating plants", Miner. Eng., 15(1)  91-93.
  12. S.K. Tripathy, Y.R. Murthy, V. Singh, 2013, "Characterisation and separation studies of Indian chromite beneficiation plant tailing", Int. J. Miner. Process., 122  47-53.
  13. D. Xiong, S. Liu, J. Chen, 1998, "New technology of pulsating high gradient magnetic separation", Int. J. Miner. Process., 54(2)  111-127.
  14. M. Dobbins, P. Dunn, I. Sherrell, Recent advances in magnetic separator designs and applications, in:  The 7th International Heavy Minerals Conference, 2009, pp. 63-70.
  15. X. Dahe, 2004, "SLon Magnetic Separators Applied in the Ilmenite Processing Industry", Physical Separation in Science and Engineering, 13(3-4)  119-126.
  16. A. Hajizadeh, M. Ghorban Nejad, 2017, "Recovery of Hematite from fine tailings at Golegohar mine using Slon Magnetic separator", Iranian Journal of Mining Engineering, 12(34)  61-67 (In persian).
  17. I. Sherrell, P. Dunn, 2012, "Recent advances in high gradient magnetic separators", in: C.A. Young, G.H. Luttrell (Eds.) Separation technologies for minerals, coal, and earth resources, SME, pp. 241-248.
  18. Global chrome ore market prices, in: http://www.mining-bulletin.com/index.php/product_2.html (Ed.), 2017.