خانه :: اساتید :: اخبار

بازدید:5581   بروزرسانی: 16-07-1397

Amir Reza Mohammadi

آزمایشگاه تخصصی فرآوری و استحصال فلزات پایه و گرانبها

1-  مقدمه 

    كانه‌آرايي و فرآوري مجموعه عملياتي است كه بر روي يك ماده معدني پس از استخراج انجام مي شود تا آن را  قابل مصرف در صنعت كند. اين مجموعه عمليات به دو دسته فيزيكي و شيميايي تقسيم بندي مي‌شوند. در روش‌هاي فيزيكي هدف جداكردن كاني يا كانيهاي با ارزش از گانگ است. در طي اين فرآيند پس از خردايش و آزاد سازي كاني‌ها از هم ديگر با استفاده از اختلاف خصوصيات فيزيكي مثل، رنگ، اختلاف در خصوصيات خردايش، وزن مخصوص، خاصيت مغناطيس، هدايت الكتريكي، خصوصيات شيمي-فيزيكي سطح و اختلاف در خواص رنگي و غيره به روش‌هاي سنگ جوري، شستشو و اسكراب، جداكننده‌هاي ثقلي، جداكننده مغناطيسي، جداكننده الكتروستاتيكي، فلوتاسيون كانيهاي با ارزش از باطله جدا مي‌شود. محصول بدست آمده كنسانتره ناميده مي‌شود. در روش‌هاي شيميايي كه به هيدرومتالورژي معروف است هدف بازيابي يك فلز يا تركيب با ارزش و يا خذف آن از ماده معدني است. در اين روش پس از خردايش تا اندازه مناسب فلز يا تركيب با ارزش ويا مزاحم به وسيله معرف‌هاي شيميايي مختلف حل شده و به محلول انتقال مي‌يابد. در مراحل بعدي بسته به هدف فرآيند تركيب يا فلز مورد نظر پس از تصفيه و تغليظ به روش‌هاي مختلف از محلول بازيابي مي‌شود.

استان زنجان یکی از مناطق معدن‌ خیز کشور بوده و در یکی از زون‌های کانی‌سازی شده مهم کشور قرار دارد. در این بین کانسارهای فلزات پایه و گران‌بها از نظر پتانسیل و هم از نظر ارزش افزوده از اهمیت بخصوصی برخوردار هستند. با وجود پتانسیل بالای استان از این نظر، آزمایشگاه تخصصی در این مورد در سطح استان وجود ندارد. به همین علت لزوم تاسیس آزمایشگاهی مجهز و کاربردی در استان احساس می‌شود. احداث این آزمایشگاه در دانشگاه زنجان نیز در همین راستاست.

2- اهداف

2-1 اهداف اوليه

هدف اولیه در مورد كاني‌هاي فلزي از جمله فلزات پایه و گران‌بها آماده‌سازي كانه و استخراج فلزات با ارزش از آن می‌باشد. این کار با احداث کارخانه‌های فرآوری امکان‌پذیر است. اما جهت احداث کارخانه‌ در مقیاس صنعتی باید ابتدا مطالعات امکان‌سنجی در مقیاس آزمایشگاهی انجام شود که این کار در آزمایشگاه‌های تخصصی مثل آزمایشگاه فوق قابل انجام است. در مرحله بهینه ‌سازی کارخانه‌های موجود نیز از این آزمایشگاه می‌توان استفاده کرد.

2-2 اهداف نهايي

  • استفاده بهينه از منابع ملي
  •  كاهش هزينه‌هاي حمل و نقل
  •   كاهش مصرف انرژي
  •   افزايش بازيابي فلز
  •   حذف عناصر مزاحم و سمي
  •  افزايش ارزش افزوده
  •  كاهش مخاطرات زيست محيطي
  •  در نهايت افزايش سود حاصله و توسعه پايدار در صنعت معدن

3- خدمات قابل ارائه

  •   انجام مطالعات آزمايشگاهي و نيمه‌صنعتي پروژه‌هاي فرآيندي: اين پروژه‌ها شامل كانسنگ هاي مي‌شوند كه به روش‌هاي مرسوم قابل فرآْوري هستند.
  • انجام مطالعات آمايشگاهي و نيمه صنعتي پروژه‌هاي پژوهشي- تحقيقاتي:در صورتي كه مواد معدني با روش‌هاي مرسوم قابل فرآوري نباشد و ماده معدني از ديدگاه ميزان ذخيره و يا مصرف جزء مواد معدني استراتژيك باشد. بررسي فرآوري آن با روش‌هاي نوين و غير مرسوم جزء اين دسته قرار مي‌گيرد.
  • ارئه فلوشيت، فلودياگرام، موازنه جرم و طراحي مدارهاي فرآوري به روش سنتي و شبيه سازي و مدلسازي
  •   مطالعات فني و اقتصادي(مطالعات امكان سنجي)
  • بررسي مدارهاي فرآوري كارخانه‌هاي موجود و بهينه سازي آنها
  •  بررسي امكان بازيافت مواد از پسماندهاي معدني و صنعتي
  •  ارائه خدمات متفرقه فرآوري به گروه های مختلف و بخش خصوصي

4- بخش‌های مختلف آزمایشگاه

آزمايشگاههاي فرآوری و استحصال فلزات پایه و گران‌بها داراي بخشهاي زير مي‌باشد:

4-1 بخش خردایش و آماده‌سازي نمونه:

در اين بخش خردايش, تقسيم, طبقه‌بندي, خشك كردن و نمونه‌گيري انجام مي‌گردد كه داراي تجهيزاتسنگ شكن فكي بزرگ, سنگ‌شكن فكي كوچك, سنگ شكن غلطكي, آسياي ميله‌اي, آسياي گلوله‌اي, پودکن رینگی, تقسيم‌كن ريفل كوچك و بزرگ, انواع سرند طبق استاندارد ASTM وخشك‌كن مي‌باشد.

4-2 بخش ثقلي

 در اين بخش تجهيزات لازم براي آزمايشات مختلف ثقلي وجود دارد كه عبارتند از:انواع جيگ كوچك و بزرگ با سيستم عبوري و روي سرند, ميز لرزان ويفلي, و واسطه سنگین می‌باشد.

4-3 بخش فلوتاسيون

در اين بخش تجهيزات و مواد شيميايي لازم براي آزمايشات مختلف فلوتاسيون وجود دارد كه عبارتند از :سلولهاي فلوتاسيون با ظرفيت 5/0 تا 2 كيلوگرم, دستگاه فيلتر مكشي, دستگاه اسكرابر, كلكتور كف‌ساز, بازداشت‌كننده , متفرق كننده و تنظيم‌كننده‌هاي گوناگون از شركت هاي مختلف است.

4-4 بخش هیدرومتالورژی

بخش ليچينگ براي انجام آزمايشات مربوطه داراي تجهيزات همزني پره‌اي , باتل رول، ستونهاي شبيه‌ساز هيپ(در حال ساخت)، SX،EW و مواد شيميايي مختلف است.

4-5 بخش آب گیری

این بخش شامل تجهیزات مختلف آب گیری شامل فیلتر خلاء و فیلتر پرس می باشد.

5- مراحل انجام كار در آزمایشگاه

پروژه‌هاي آزمایشگاهی به دو دسته پروژه‌هاي فرآيندي و پروژه‌هاي تحقيقاتي تقسيم مي‌شود. مراحل انجام كار براي اين دو نوع پروژه به شرح زير مي‌باشد:

1-     آماده‌سازي نمونه: آماده‌سازي نمونه شامل خردايش و تقسيم مرحله‌اي نمونه مي‌باشد. تعداد مراحل، دانه‌بندي و وزن هر مرحله بر اساس روشهاي آماري انجام مي‌گيرد.

2-     شناسايي نمونه: شناسايي نمونه شامل سه سطح كلي زير مي‌باشد:

الف: خصوصيات فيزيكي: شامل وزن مخصوص ظاهري، وزن مخصوص واقعي،رطوبت، دانه‌بندي، انديس سايندگي، انديس باند، رابطه زمان-دانه‌بندي.

ب: تعيين خصوصيات و تركيب شيميايي: شامل تعيين عيار عناصر اصلي، تعيين عيار عناصر باارزش از ديدگاه فرآيند؛ تعيين عناصر مضر از ديدگاه فرآيند و محيط زيست بوسيله روشهاي مختلف تخريبي و غير تخريبي تر يا دستگاهي.

ج: مطالعات كاني‌شناسي فرآيند: شامل كليه اندازه‌گيريهاي كمي و كيفي كاني ‌شناسي، ساخت و بافت نمونه‌ها، درجه آزادي، ليچينگهاي تشخيصي، توزيع عناصر مفيد در فازهاي مختلف، توزيع عناصر مضر در فازهاي مختلف.

3-     مطالعات كتابخانه‌اي و ارزيابي اوليه نتايج شناسايي جهت تعيين سطح فعاليت(فرآيندي يا پژوهشي)

4-     مطالعات آزمايشگاهي

الف: پروژه‌هاي فرآيندي

  •    انتخاب اوليه روشهاي فرآوري مرسوم و بررسي امكان فرآوري نمونه با اين روشها و انتخاب يك يا چند گزينه جهت مطالعات گسترده.
  •   انجام آزمايشات تشخيصي
  •   بهينه‌سازي و تعيين پارامترهاي طراحي و اقتصادي براي روشهاي منتخب و انتخاب روش نهايي
  •   ارائه فلوشيت و موازنه جرم و انرژي
  •   طراحي و تعيين اندازه دستگاهها
  •   ارزيابي فني و اقتصادي
  •   ارائه گزارش

ب: پروژه‌هاي تحقيقاتي

  • بررسي جامع مطالعات قبلي در اين صنعت و حتي صنايع ديگر جهت گرفتن ايده
  •  انتخاب روشهاي ممكن و عوامل موثر بر فرآيند
  •  بررسي تاثير عوامل موثر بر روي فرآيندهاي منتخب و بهينه‌سازي آنها به روش طراحي آزمايشات.
  •  تعيين پارامترهاي عملياتي و بررسي مقدماتي فني و اقتصادي( مرتبه‌ بزرگي)

6- مشخصات فنی گزیده‌ای از تجهیزات

لیست تجهیزات آزمایشگاهی فاز اول به همراه مشخصات فنی آن‌ها به صوزت جدول(2) می‌باشد.

  جدول(1): لیست تجهیزات و مشخصات فنی فاز اول

 

سنگ‌شکن فکی آزمایشگاهی 90×100

 بار ورودی این سنگ‌شکن بسته تا 9 سانتیمتر متغییر بوده و محصول آن تا زیر 2 میلیمتر قابل تنظیم است.

 

آسياي میله‌ای آزمایشگاهی

آسياي میله‌ای آزمایشگاهی جهت شبیه‌سازی عملکرد آسیای میله‌ای و گلوله‌اي در مدار بسته با كلاسيفاير و يا هيدروسيكلون طراحی شده است. استفاده از این آسیا در دانه‌بندی‌های بزرگتر از 100 مش با دقت بیشتری عملکرد آسیای صنعتی در مدار بسته با کلاسیفایرها را شبیه‌سازی می‌کند. بدنه‌ و میله‌های اين آسيا از فولاد آلياژي ضد سايش است و در اندازه‌های مختلف قابل ساخت است. محرکه این دستگاه موتور گیربکس از نوع اروپایی است.

 

آسياي گلوله‌اي خمره‌اي 13×30 (طول×قطر)

آسياي گلوله‌اي خمره‌اي مشابه آسياي گلوله‌اي مدل 5×12 شركت دنور مي‌باشد. با اين آسيا مي‌توان آسياي گلوله‌اي در مدار بسته با كلاسيفاير و يا هيدروسيكلون را شبيه ‌سازي كرد. بدنه‌اي خمره‌اي اين آسيا از فولاد آلياژي ضد سايش ريخته‌گري شده است و داراي ظرفيت 4-2 كيلوگرم در هر نوبت آسيا مي‌باشد. ميزان گلوله‌اي پيشنهادي براي اين آسيا 18 كيلوگرم گلوله با اندازه‌هاي مختلف مي‌باشد.

 

آسیای باند گلوله‌ای

جهت تعیین اندازه آسیای گلوله‌ای، توان مورد نیاز، حداکثر اندازه گلوله و ترکیب آن در شروع به کار آسیا در مقیاس صنعتی از شاخص استانداری به نام اندیس باند گلوله‌ای استفاده می‌شود. برای اندازه‌گیری این شاخص از آسیای استاندار باند استفاده می‌شود. اندازه این آسیا (قطر×طول) 305×305 میلی‌متر بوده و سرعت دوران آن 70 دور در دقیقه می‌باشد. بار خردکننده آن 285 عدد گلوله فولادی به وزن 125/20 کیلوگرم با ترکیب استاندار است.

 

 

پودرکن رینگی پنوماتیکی

جهت تهيه نمونه معرف براي آناليز شيميايي همگن سازي و كاهش اندازه از اهميت بسزاي برخوردار است. استفاده از پودركن ديسكي بهترين گزينه براي اين منظور مي‌باشد. بار ورودی این دستگاه زیر 5 میلی‌متر و ابعاد محصول آن زیر 75 میکرون می‌باشد.اين دستگاه در مدل‌هاي مختلف، دستي، پنوماتيكي،‌ تك‌دور، دو دور،‌ هاون با حجم‌هاي مختلف و جنس‌هاي مختلف و تعداد هاون‌های مختلف توليد مي‌شود.

 

شیکر سرند آویز

کنترل کارآمد مدار آسیاکنی بستگی به آنالیز سرندی دقیق با ورودی و محصول آن دارد. با سرند آویز کانی‌کاران امکان آنالیز سرندی تعدادی زیادی نمونه در زمان و هزینه کم فراهم می‌شود. دستگاه شامل نگهدارنده سرند، پایه، مکانیزم لرزاننده سرند‌ها می‌باشد. این دستگاه ظرفیت 8 سرند را داراست که در صورت استفاده از سرند‌های نیم‌قد تعداد آن تا 16 سرند قابل افزایش است. مدل استاندارد این دستگاه استفاده از سرند‌های 20 سانتمتر است اما دستگاه قابل ساخت برای هر اندازه سرند می‌باشد.

 

فیلتر پرس آزمایشگاهی

فیلتر پرس آزمایشگاهی در اندازه‌های مختلف مطابق با نیازمندی‌های عمومی فیلتراسیون در آزمایشگاه‌های فرآوری و شیمیایی طراحی شده است. این دستگاه شامل پایه اصلی‏ با شیارهای مناسب برای زه‌کشی سیال‏، توری استنلس استیل‏، پارچه فیلتر مقاوم در برابر اسید‏، شیر اطمینان فشار‏، فشار سنج‏، شیر یک‌طرفه اتصال هوای فشرده و شیر تخلیه هوای و سیال می‌باشد. جنس بدنه و تمام قسمت‌های آن از استنلس‌استیل بوده در مقابل اسید و باز از مقاومت بالای برخوردار است.

 

سلول آزمايشگاهي طرح D-12 دنور

سلول فلوتاسيون آزمايشگاهي طرح D-12 شركت دنور آمريكا مي‌باشد. اين سلول تركيب مدل D-1 و D-2 اين شركت مي‌باشد. مدل D-1 براي انجام آزمايش‌هاي فلوتاسيون تا وزن يك كيلوگرم و D-2 براي دو كيلوگرم نمونه طراحي شده است. سلول D-12 با قابليت تعويض ايمپلر و استاتور قابل استفاده به عنوان هر دو سلول مي‌باشد. بنابراين براي آزمايش‌هاي رافر و اسكونجر مي‌توان از پره و استاتور بزرگ و براي اهداف شستشو از مكانيزم كوچك استفاده كرد. پايه اين سلول از فولاد ريخته‌گري با محافظ لاستيكي، ستون و بازوي نگهدارنده آن از جنس آلومينيم بوده و تمام قسمت‌هاي تماس با محلول از جنس استنلس‌استيل ضد سايش مي‌باشد. اين مدل سلول داري ظروف فلوتاسيون با ظرفيت 250، 500، 1000 و 2000 گرم از جنس استنلس استيل مي‌باشد. همراه این دستگاه اسکراب نیز ارائه خواهد شد.

 

دستگاه غرق و شناور سازی ناپیوسته

دستگاه غرق و شناور سازی ناپیوسته شرکت کانی‌کاران برای ارزیابی و تعیین قابلیت کاربرد فرآیند غرق و شناور صنعتی (واسطه سنگین) برای کانسنگ مورد مطالعه طراحی شده است. دستگاه به صورت کامل شامل پمپ، قیف، سبدها‏‏، لوله‌ها، پایه نگهدارنده و موتور ساخته می‌شود

 

جیگ آزمایشگاهی مدل هارتس

جیگ هارتس معمولا برای جدایش ثقلی مواد بالای یک میلیمتر استفاده می‌شود. موادی شبیه سرب و روی‏، منگنز، فلورین و غیره که در دانه‌بندی درشت از باطله آزاد می‌شوند با این جیگ قابل فرآوری است. در این دستگاه امکان تغییر سرعت‏ و دامنه نوسان و مقدار آب مخزن فراهم شده است. علاوه بر این در این دستگاه دو محفظه کنسانتره با دهانه سرند متفاوت به همراه گلوله جهت بستر سازی مناسب طراحی شده است تا آزمایش در دانه‌بندی و شرایط مختلف امکان‌پذیر شود.

 

جیگ آزمایشگاهی مدل Denver Selective Mineral

جیگ Selective Mineral جهت بازیابی مواد سنگین از کانسنگ بدون طبقه‌بندی اولیه و از پالپ با درصد جامد بالا طراحی شده است. به همین خاطر این دستگاه در مدارهای آسیا جهت بازیابی مواد سنگین آزاد شده به طور گسترده استفاده شده است. برای این منظور محصول آسیا و یا ته ریز سیکلون به این دستگاه منتقل می‌شود. جیگ آزمایشگاهی شرکت کانی‌کاران آسیا با ساختار مشابه مدل آزمایشگاهی دنور در دو مدل 1M و مدل 15×10طراحی و ساخته شده است .

 

میز لرزان ویفلی آزمایشگاهی

میز لرزان آزمایشگاهی مدل ویفلی برای جدایش ثقلی مواد در ابعاد 1000-45 میکرون طراحی شده است. کنترل شرایط آزمایش از جمله فرکانس و دامنه ارتعاش‏، شیب، میزان آب شستشو و نرخ باردهی بسیار ساده و کارامد بود و در حین انجام آزمایش تاثیر آنها قابل مشاهده است. در صورت نیاز میز لرزان به همراه دبی‌سنج آب جهت کنترل و اندازه‌گیری آب شستشو و آب همراه پالپ به همراه همزن جهت آماده‌سازی پالپ قابل ارائه است.

 

 

باتل رول

باتل رول دستگاهی است که در ارزیابی اولیه کانسارها و غربالگری فرآیند در روش لیچینگ استفاده می‌شود. این دستگاه شامل دو تا چهار غلتک بوده و همزمان می‌توان دو تا چهار آزمایش را انجام داد. غلتک‌های این آسیا از لاستیک یک تکه ساخته شده که باعث کارکرد نرم آن و طولانی شده عمر غلتک‌ها شده است.

 

ستون‌های هیپ لیچینگ

این ستون‌ها برای شبیه‌سازی هیپ لیچینگ استفاده خواهد شد. قطر این ستون‌ها از 10 تا 12 سانتیمتر و ارتفاع آن از 1تا 2 متر متغییر است. جنس‌ آنها از پلگسی گلس و قیف آن از تفلن خواهد بود.

 

تقسیم کن شانه‌ای(Riffle)

تقسیم کن شانه‌ای کاهش وزن نمونه برای تهیه نمونه برای آنالیز شیمیایی و همچنین تقسیم و تهیه نمونه برای آزمایش‌های فرآوری طراحی شده است. این دستگاه شامل قیف‌ شانه‌‌ای تقسیم نمونه‏، پایه، ظروف نمونه ، بیلچه نمونه‌بردای و فرچه تمیزکاری می‌باشد.

 

 

تقسیم کن گردان

کاهش وزن نمونه برای تهیه نمونه برای تهیه نمونه برای آزمایش‌های فرآوری طراحی شده است. این دستگاه شامل مخزن نمونه‏، پایه متحرک، ظروف نمونه ،فیدر است.

 

 

قفسه نمونه‌ها

جهت ساماندهی و انبار نمونه‌های بدست آمده از آماده‌سازی نمونه قفسه‌ای با تعداد مناسب خانه طراحی و به صورت فلزی فراهم است.

 

11- تعرفه ارائه خدمات آزمایشگاه

تعرفه خدمات قابل ارائه توسط آزمایشگاه تخصصی فرآوری و استحصال فلزات پایه و گرانبها به شرح جدول(4) می‌باشد.

جدول(2): تعرفه هاي خدمات آزمايشگاه تخصصی فرآوری و استحصال عناصر پایه و گران‌بها

نوع عمليات

 نوع آزمايش

مراحل آزمايش

وزن نمونه
(كيلو گرم)

قيمت

(هزار تومان)

خردايش

سنگ شكني

خردايش تا حدود یک سانتي‌متر

1

4

خردايش تا حدود 3 ميلي‌متر

7

آسيای گلوله‌اي/ ميله‌اي

ريزتر از 500 ميكرون

2

15

ريزتر از 300 ميكرون

25

ريزتر از 150 ميكرون

30

ريزتر از 75 ميكرون

35

ريزتر از 38 ميكرون

50

تعيين انديس كار

20

400

آسياي جارميل

1-2

40

آسياي پين ميل

خردايش تا زير 500 ميكرون

1

6

 

پودرکن دیسکی

پودر کردن برای آنالیز

0/1

5

خصوصيات فيزيكي

تجزيه سرندي تر

حداكثر 8 سرند

2

100

تجزيه سرندي خشك

حداكثر 8 سرند

2

80

وزن مخصوص

استوانه مدرج- ظاهري

0/5

10

پيكنومتر - واقعي

30

جدايش‌هاي ثقلي

جيگ

هر جدايش

0/5

50

ميز

هر جدايش

4

85

 

 

 

واسطه سنگين

1

150

مايع سنگين (تا gr/cm3 9/2)

0/1

100

مايع سنگين (gr/cm3  3/3 -9/2 )

0/1

250

فلوتاسيون

فلوتاسيون مستقيم
 يا معكوس

بدون شستشو

1

85

يك بار شستشو

100

دو بار شستشو

120

سه بار شستشو

150

لیچینگ

فروشويي با اسيد یا باز

لیچینگ تشخیصی

1/0

30

لیچینگ همزنی تا 2 ساعت

2

100

لیچینگ بطری غلتان هر ساعت

2

50

لیچینگ مخزنی هر روز

2

50

لیچینگ ستونی هر هفته

هر بچ

200

سيانوراسیون

هم زني با بطري غلتان (2-1 ساعت)

1

100

هم زني با بطري غلتان24 ساعت

1

150

هم زني با بطري غلتان 48 ساعت

1

200

هم زني با بطري غلتان72 ساعت

1

250

ستوني هر هفته

7

250

سايش

سايش و
دانه‌بندي

بدون دانه بندي

0/5

25

 با دانه بندي

0/5

75