سلول فلوتاسیون چیست؟ معرفی انواع سلول فلوتاسیون
فلوتاسیون یا شناور‌سازی کف، فرآیندی برای جداسازی مواد آبگریز از آب دوست است. در قرن بیستم که صنعت معدن یکی از مهمترین و البته قدرتمند‌ترین صنایع به حساب می‌آمد، برای اولین بار در صنعت از این فرآیند استفاده شد. هدف از انجام این فرآیند تغلیظ کانی مورد نظر است. توسعه فلوتاسیون باعث بهبود بازیابی مواد معدنی باارزش مانند کانی‌های مس و سرب شده است و در کنار استخراج مکانیزه، امکان بازیابی اقتصادی فلزات با ارزش از سنگ معدنی با عیار بسیار پایین‌تر از گذشته فراهم شده است. این فرآیند بیشتر در صنایعی مانند: فرآوری مواد معدنی، بازیافت کاغذ، تصفیه فاضلاب و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سلول فلوتاسیون چیست؟
سلول فلوتاسیون مهمترین دستگاهی است که در کارخانجات فلوتاسیون مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این دستگاه با ایجاد حباب در پالپ، برای کانی‌هایی که آب گریز هستند شرایطی ایجاد می‌شود که خود را به حباب‌های هوا بچسبانند و به صورت کف بر روی سطح آب شناور شوند. در این ماشین‌ها به واسطه چرخش مکانیکی همزن، پالپ به خوبی مخلوط شده و حباب‌های هوا در ابعاد کوچک در داخل پالپ تولید خواهد شد. این اساس فرآوری و پرعیارسازی بسیاری از کانه های معدنی است.
اجزای سلول فلوتاسیون
هر سلول فلوتاسیون از یک چهارچوب نگهدارنده تشکیل شده است که موتور و لوله‌های تامین‌کننده هوا بر این چهارچوب استوار می‌شوند. بخش دیگر سلول، همزن یا Impeller است که با حرکت دورانی خود و تولید گردابه موجب توزیع فضایی ذره‌های جامد و حباب‌های هوا در پالپ شده و امکان برخورد بین ذره و حباب و اتصال آنها را فراهم می‌سازند. تعدادی تیغه عمودی به شکل شعاعی در اطراف همزن وجود دارد که به آنها Diffuser یا پراکنده‌ساز گفته می‌شود که اغلب در سلول‌های مکانیکی تعبیه می‌شوند. وظیفه این تیغه‌ها در کنار پراکنده کردن هوا این است که از چرخش پالپ داخل سلول جلو‌گیری کنند.
در سلول‌های فلوتاسیون یک دریچه اطمینان (Dart Valve) وجود دارد که وظیفه آن کنترل سطح پالپ و جریان خروجی است. همچنین قسمتی به نام کانال جمع‌کننده کف (Froth Launder) در قسمت فوقانی سلول فلوتاسیون وجود دارد که کف در آن جمع شده و از آنجا به مرحله بعد منتقل می‌شود. وظیفه لبه هدایت‌کننده کف (Froth Lip) این است که کف را به داخل کانال جمع‌کننده هدایت کند.
در طراحی برخی از سلول‌ها بین بخش بالایی دو سلول فلوتاسیون مجاور، صفحه‌ای به نام تیغه جداکننده کف (Froth Baffle Plate) تعبیه می‌شود. این تیغه‌ها با جدا کردن کف‌های ایجاد شده در دو سلول مجاور، از حرکت کف به دنبال جریان پالپ در سلول‌های بانک جلو‌گیری می‌کنند. لوله انتقال دهنده هوا (Stand Pipe) انتقال هوا به داخل سلول را انجام داده و همزن را داخل سلول نگه می‌دارد. در بخش پایینی لوله‌های انتقال دهنده هوا در برخی از طراحی‌ها قسمتی به نام هادی جریان (Hood) قرار دارد که موجب چرخش مجدد پالپ و برگشت مجدد آن به سمت همزن می‌شود. در نهایت در سلول فلوتاسیون، قطعه‌ای به نام کنترل‌کننده سطح پالپ (Weir) وجود دارد که وسیله‌ای انعطاف‌پذیر برای کنترل جریان و کنترل سطح پالپ است و در مدل سلول به سلول مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در تصویر زیر نحوه عملکرد اجزای سلول فلوتاسیون و جریان مواد در سلول را مشاهده می‌نمایید.
انواع سلول فلوتاسیون
به طور کلی دو نوع سلول فلوتاسیون وجود دارد؛ سلول فلوتاسیون مکانیکی و سلول فلوتاسیون ستونی که در ادامه به تشریح این دو مدل می‌پردازیم.
سلول فلوتاسیون مکانیکی
سلول‌های مكانيكی اولين ماشين‌هايی هستند كه در كارخانه‌های فلوتاسيون مورد استفاده قرار گرفته اند. در این نوع سلول‌ها با چرخش مکانیکی همزن پالپ به خوبی مخلوط شده و حباب‌های هوا با ابعاد کوچک در داخل پالپ توزیع می‌شوند. این سلول‌ها ممکن است خودهواده یا خودمکش باشند که در این صورت هوادهی ناشی از فشار گریز از مرکزی است که توسط همزن ایجاد می‌شود و حباب‌های هوا را متفرق می‌سازد. همچنین ممکن است هوادهی توسط دمنده‌های خارج از سلول انجام شود. هوادهی باید به گونه‌ای باشد که قبل از توزیع هوا در داخل پالپ ابتدا به حباب‌های کوچکتری تقسیم شده و سپس وارد پالپ شود.
هر سلول مکانیکی از اجزا خاصی تشکیل شده است. بدنه سلول، کف جمع کن، هادی جریان هوا، همزن و متفرق‌کننده؛ در ادامه به تشریح تمام اجزای سلول فلوتاسیون مکانیکی می‌پردازیم.
- بدنه سلول: در اکثر موارد بدنه سلول فلوتاسیون مکانیکی به شکل استوانه‌ای و یا مکعبی ساخته می‌شود. در بدنه این نوع سلول‌ها یک ورودی پالپ و دو خروجی وجود دارد. دلیل این امر خارج کردن کف روی سلول از یکی از خروجی‌ها و خارج کردن پالپ باقی مانده در سلول از خروجی دوم می‌باشد.
- کف جمع کن: در برخی از مدل‌های سلول فلوتاسیون مکانیکی، بر روی سطح پالپ پارو‌هایی معروف به پارو‌های کف جمع کن تعبیه شده است. همان‌گونه که از نام این پارو‌ها مشخص است وظیفه آنها جمع‌آوری کف از روی سطح پالپ است.
- همزن: چرخش همزن توسط موتور، سبب ایجاد جریان چرخشی در پالپ می‌شود. این چرخش باعث جلو‌گیری از ته نشین شدن ذرات جامد شده و همچنین سبب می‌شود که هوا با پالپ بهتر تماس برقرار کند.
- هادی جریان هوا: وسیله‌ای برای هدایت جریان هوا به داخل پالپ است. معمولا جریان هوا به دو روش وارد سلول می‌شود. برخی از سلول‌های فلوتاسیون به صورت خودمکش ساخته می‌شوند. در این نوع سلول‌ها طراحی پره همزن به گونه‌ای است که با چرخش موجب ایجاد خلا شده و هوا به صورت خودکار به داخل سلول کشیده می‌شود. در دیگر سلول‌های مکانیکی از ونتیلاتور برای کمپرس جریان هوا استفاده می‌کنند.
- متفرق‌کننده: وظیفه اصلی متفرق‌کننده، کنترل تلاطم محیط پالپ در قسمت بالایی سلول است. دیفیوزر یا همان متفرق‌کننده مانند یک استاتور همزن را در برمی‌گیرد و تلاطم ایجاد شده در پالپ را کنترل می‌کند.
از بهترین مدل‌های سلول‌های فلوتاسیون مکانیکی قابل ارائه توسط شرکت صدرا تجهیز مهرگان می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
سلول فلوتاسیون طرح ومکو
در سالیان اخیر، با توجه به پیشرفت سطح تکنولوژی فرآوری به روش فلوتاسیون و با توجه به راندمان بسیار بالای سلول‌های استوانه‌ای، در اکثر کشورهای پیشرفته سلول‌های فلوتاسیون از نوع استوانه‌ای، طراحی و ساخته می‌شوند. شرکت صدرا تجهیز مهرگان نیز همگام با این پیشرفت، اقدام به طراحی و ساخت سلول‌های استوانه‌ای نمود، که در این راستا دستاوردهای بسیار خوبی حاصل شده و این دستگاه‌ها با ابعاد و مشخصات مختلف توسط این مجموعه تولید می‌شوند. از مزایای این سلول‌ها به طور خلاصه می‌توان به راندمان بسیار بالاتر، مصرف انرژی کمتر، استهلاک بسیار کمتر، خودمکشی هوا و عدم نیاز به هواساز، عملکرد یکنواخت و استفاده از تکنولوژی روز دنیا اشاره کرد. با این وجود در مقایسه با سلول‌های طرح سالا هزینه اولیه این سلول‌ها بیشتر می‌باشد، که این مورد از معایب این دستگاه به شمار می‌رود.
شما می‌توانید با مراجعه به صفحه سلول فلوتاسیون طرح ومکو، با این محصول بیشتر آشنا شده و مشخصات فنی سلول‌های ساخت شرکت صدرا تجهیز مهرگان را مشاهده نمایید.
سلول فلوتاسیون طرح سالا
سلول‌های طرح سالا از تکنولوژی ساده‌تر و همچنین قیمت پایین‌تری نسبت به سلول‌های نسل جدید برخوردارند. پره‌های سلول‌های سالا به نحوی طراحی شده‌اند که هوا را به بهترین صورت پراکنده می‌کنند و شرایطی فراهم می‌کنند که حباب‌های ریز سرعت گرفته و به ذرات معلق هیدروفوب بچسبند و عمل فلوته شدن انجام گیرد. سلول‌های فلوتاسیون طرح سالا برای فلوتاسیون فلزات گوناگونی از قبیل سرب، روی، مس ، آهن و همچنین ذغال‌سنگ و کانی‌های غیرفلزی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
شما می‌توانید با مراجعه به صفحه سلول فلوتاسیون طرح سالا، با این محصول بیشتر آشنا شده و مشخصات فنی سلول‌های ساخت شرکت صدرا تجهیز مهرگان را مشاهده نمایید.
سلول فلوتاسیون طرح متسو
طراحی این سلول‌ها نیز برخلاف دو نوع سلول اول به صورت استوانه‌ای می‌باشد. عمده‌ترین مزیت این سلول‌ها راندمان بالاتر، مصرف انرژی کمتر، کارکرد یکنواخت و امکان کنترل اتوماتیک این سلول‌ها نسبت به سلول‌های نسل قبل می‌باشد. در صورت استفاده از این سلول‌ها با توجه به راندمان بالای این طرح، در دراز مدت استفاده از این سلول‌ها به صرفه می‌باشد، اما با توجه به گرانتر بودن این نوع از سلول‌ها برخی صاحبان صنایع هنوز از سلول‌های قدیمی‌تر استفاده می‌کنند.
شما می‌توانید با مراجعه به صفحه سلول فلوتاسیون طرح متسو، با این محصول بیشتر آشنا شده و مشخصات فنی سلول‌های ساخت شرکت صدرا تجهیز مهرگان را مشاهده نمایید.
سلول فلوتاسیون طرح دنور
از دیگر سلول‌های پرکاربرد در صنعت فلوتاسیون که البته طراحی قدیمی‌تری نسبت به سلول‌های استوانه‌ای دارند، سلول‌های مکعبی طرح دنور می باشد. از لحاظ شکل ظاهری و هندسی با توجه به مکعبی بودن سلول‌ها، سلول‌های دنور، شباهت زیادی به سلول‌های مکعبی طرح سالا دارند و تفاوت عمده این سلول‌ها در هندسه روتور و استاتور و همچنین در نحوه ورود هوا به سلول می‌باشد. بزرگترین مزیت سلول‌های طرح دنور نسبت به سلول‌های طرح سالا، خودمکش بودن این سلول‌ها می‌باشد. به نحوی که برای تامین هوای داخل سلول، نیازی به دمنده هوا داخل سلول نیست. امروزه با توجه به هزینه اولیه و هزینه‌های مصرفی تعمیر و نگهداری، استفاده از سلول‌های طرح دنور مرسوم نیست و این سلول‌ها استفاده کمتری در صنعت دارند.
شما می‌توانید با مراجعه به صفحه سلول فلوتاسیون طرح دنور، با این محصول بیشتر آشنا شده و مشخصات فنی سلول‌های ساخت شرکت صدرا تجهیز مهرگان را مشاهده نمایید.
سلول فلوتاسیون ستونی
بر خلاف سلول‌های فلوتاسیون مکانیکی، در این نوع سلول‌ها برای هم زدن پالپ و متفرق کردن دانه‌های جامد و حباب‌های هوا از همزن استفاده نمی‌شود. در این سلول‌ها جریان هوا یا همراه با جریان متلاطم پالپ بوده و یا هوا به داخل سلول تزریق می‌شود. سلول‌های فلوتاسیون ستونی معمولا کنسانتره با عیار کم تولید می‌کنند، ولی عملیات فلوتاسیون در آنها با مشکلات کمتری انجام می‌شود. در این سلول‌ها هوا علاوه بر اینکه نقش هوادهی و ایجاد کف را بر‌عهده دارد، باید مواد را در پالپ شناور نگه‌دارد. در سلول‌های فلوتاسیون ستونی (هوایی) برای اینکه تماس میان پالپ و هوا به خوبی صورت گیرد از ارتفاع بسیار زیاد استفاده می‌شود. استفاده از سلول‌های فلوتاسیون ستونی مزایا و معایب خود را دارد. از بارزترین معایب سلول‌های ستونی این است که در مواردی که ماده‌ی معدنی خیلی سنگین و میزان ته نشینی آن زیاد است، قابل استفاده نیستند. در ادامه تعدادی از این سلول‌ها را برای شما معرفی خواهیم کرد.
- سلول جیمسون
- سلول داوکرا
- سلول سودآلا _ مولتوتک
در تصویر روبرو قسمت‌های مختلف سلول فلوتاسیون ستونی نمایش داده شده‌اند.
انواع مدار فلوتاسیون
در خط تولید، سلول‌ها برای منظورهای مختلفی استفاده می شوند که با توجه به اینکه هر کدام در چه مرحله ای هستند، نامگذاری می‌شوند. هر کدام از سلول فلوتاسیون موجود، با ظاهری مشابه کاربردهای متفاوتی دارند.
مدار ساده فلوتاسيون
در اين نوع مدار، سلول‌های فلوتاسيون، فقط يک محصول توليد می‌كنند. در اين نوع مدار بار اوليه پس از آماده سازی وارد سلول يا سلول‌های اوليه فلوتاسيون كه به آنها رافر (Rougher) می‌گويند، می‌شوند. سلول‌های رافر وظيفۀ پرعيار كردن بار اوليه را دارند. محصول توليدی از رافرها در مدارهای ساده، محصول نهايی نام دارد و باطلۀ آنها به سلول‌های فلوتاسيون رمق گير (Scavenger) انتقال پيدا می‌كند. سلول‌های رمق گير وظيفۀ بازيابی مقادیری از كانی مورد نظر كه وارد باطله‌های سلول‌های رافر شده‌اند را دارد. محصول رمق گير مجدداً وارد چرخه آماده سازی و بازگشت به سلول‌های رافر می‌شود.
فلوتاسيون با يک مرحله شستشو
در اين نوع مدار فلوتاسيون نيز يک محصول توليد می‌شود. اما محصول به دست آمده از بانک سلولی رافر، قبل از تبديل شدن به محصول نهايی نياز به انجام يک عمليات پرعيارسازی مجدد دارد كه اين عمل توسط سلول‌های فلوتاسيون کلینر (Cleaner) انجام می‌شود. بنابراين سلول‌های فلوتاسيون کلینر وظيفه پرعيارسازی بيشتر محصول به دست آمده از مرحله رافر را دارند.
فلوتاسيون با چند مرحله شستشو
در مورد برخی از مواد معدنی با توجه به خصوصيات درگيری كانی و باطله‌ها با يكديگر و به جهت افزايش بازيابی و عيار نهايی ماده معدنی نياز به چندين مرحله شستشو وجود دارد. در اين صورت محصول کلینر مرحله اول مجدداً نياز به يک يا چند مرحله شستشو خواهد داشت. مدارهای فلوتاسيون با چند مرحله شستشو می تواند بسيار پيچيده و متفاوت باشد و حتی ممكن است نياز به آسيا كني مجدد نيز داشته باشد.
ویژگی های یک سلول فلوتاسیون مطلوب
در واقع برای اینکه یک سلول فلوتاسیون کار جداسازی را با بالاترین کیفیت و بهره وری انجام دهد، شرایطی وجود دارد که باید به آنها توجه شود. در ادامه به بررسی این شرایط می‌پردازیم. یکی از نکات کلیدی این است که سلول باید تمام ذرات را معلق نگه دارد. به همین دلیل باید سرعت صعود پالپ از سرعت ته‌نشین شدن تمام ذرات موجود در سلول بیشتر باشد.
نکته بسیار مهم دیگری که باید به آن توجه کرد این است که تمام ذراتی که وارد سلول می‌شوند باید قابلیت شناور شدن را داشته باشند و گذرگاه‌های فرعی و یا حتی مسیر‌های کوتاه در درون سلول به کمترین حد ممکن برسند. در کنار این موضوع وجود فضا‌های مرده و بدون استفاده در سلول فلوتاسیون، سبب کاهش حجم موثر سلول می‌شود. همان‌گونه که گفته شد سلول فلوتاسیون باید حباب‌های ریز هوا را در تمام پالپ پخش کند. لازم به ذکر است که میزان هوادهی لازم، به سیستم کانی خاص و جرمی که باید شناور شود بستگی دارد.
یک سلول فلوتاسیون سالم، باید برخورد حباب و ذره را بهبود بخشد. هدف از این کار این است که ذرات آبگریز به حباب چسبیده و با صعود در کف ظاهر شوند. این فرآیند با هم زدن شدید و جریان مخالف و یا جداسازی توسط هوای حل شده صورت می‌گیرد.
از نکات مهم دیگری که باید به آن اشاره کنیم این است که یک سلول فلوتاسیون خوب برای اینکه انتقال پالپ به بخش حاوی کف کاهش یابد، باید در نزدیک کف یک منطقه آرام در پالپ ایجاد کند. همچنین برای اینکه زهکشی ذرات باطله به درون پالپ راحت باشد، باید عمق مناسبی برای لایه کف ایجاد شود. در کنار این موارد سلول برای بازیابی جزء ارزشمند باید زمان ماند مناسب ایجاد کند.
