بخشی از مقاله
چکیده
معدن سنگ آهن بند نرگس در شمال استان اصفهان، در حدود 70 کیلومتری شمال شرقی شهرستان بادرود واقع گردیده است از آن-جا که سنگ آهن بندنرگس از نوع مگنتیت میباشد لذا میتوان با دانهبندی مناسب و استفاده از جداکننده مغناطیسی، عیار آنرا بالا برد. در بیشتر سنگهای معدنی، تجمع اولیه کانی با ارزش کمتر از آن است که بتوان آنرا مستقیماً برای تولید محصولات نهائی به روش متالورژی یا شیمیایی مورد استفاده قرار داد. نخستین گام در آرایش بیشتر مواد معدنی، خرد کردن آن ماده با هدف آزاد کردن کانی یا کانیهای با ارزش، از سایر کانیهای تشکیل دهنده سنگ معدنی است. همراه با کاهش ابعاد سنگ معدن، کانیهای با ارزش به صورت آزاد نمایان میشوند. در عمل آزادسازی کامل کانیها بهندرت حاصل میشود، حتی اگر سنگ معدن به اندازه ابعاد دانههای کانی مدنظر خرد شود. بنابراین تعیین درجه آزادی کانیهای با ارزش سنگ معدن آسیا شده، برای مشخص کردن کارآیی عملکرد فرآیند جدایش مغناطیسی در فرآوری مواد، از اهمیت ویژهای برخوردار است. در پرعیارسازی به روش مغناطیسی، کلیه ذرات تشکیل دهندهی یک کانسنگ تحت تأثیر نیروی مغناطیسی قرار میگیرند. نیروی مغناطیسی تنها برروی ذراتی با خواص مغناطیسی اعمال میشود و نیروی ثانویه و یا ترکیبی از نیروهای مختلف بر کلیه ذرات - مغناطیسی و غیر مغناطیسی - در جهات مختلف مؤثر هستند. در این تحقیق با مطالعهی مقاطع صیقلی تهیه شده از تجزیه سرندی و آزمایش لوله دیویس، جهت تعیین درجه آزادی و شدت میدان، و نیز تستهای انجام شده، مشخص گردید که میتوان در ابعاد بهینه - 150 میکرون - و شدت میدان مغناطیسی 2000 گوس، بعد از سه مرحله جدایش مغناطیسی به عیار 60,85 درصد آهن که قابل استفاده در صنعت میباشد با بازیابی 85,21 درصد دست یافت.
.1 مقدمه
بازیابی اقتصادی کانیهای باارزش به چندین عامل بستگی دارد. در مکانیزم خردایش مهمترین عامل، قابلیت خردایش است که خود شامل عملیات سنگشکنی و نرمکنی میشود . یکی از اهداف این فرآیندها، آزادسازی - - Liberation، یا رهاسازی - - Release کانی-های باارزش از کانیهای باطله در بزرگترین ابعاد ذره ممکن است.[13] پس از فرآیند خردایش که به منظور آزادسازی مواد معدنی صورت میگیرد، فرآیند جداسازی مواد معدنی باارزش از گانگ انجام میپذیرد.[14] با توجه به مفهوم شکست، دو نوع آزادسازی میتواند وجود داشته باشد . اول، زمانی که فصل مشترک بین دانهها ضعیف است و شکست بین دانهای - - Intergranular روی میدهد. دوم، زمانی است که شکست درون دانهای - - Transgranular یا خارج از فصل مشترک اتفاق میافتد. این نوع شکست رایجترین نوع شکست است
شکل -1 مکانیزم شکست ذرات - الف - - شکست بین دانهای - ب - - شکست درون دانهای
با توجه به نیاز روزافزون جامعه به مواد خام - فلزی و غیر فلزی - و نقش عمدهی این مواد در رشد و توسعه کشور، شاهد تلاش فراوان و صرف هزینههای بالا به منظور بهرهبرداری از ذخایر معدنی هستیم. در این بین، فلز آهن بهدلیل مصرف فراوان در صنعت بسیار مورد توجه است. 98 درصد سنگ آهن استخراج شده در سطح جهان برای تولید فولاد بهکار میرود[2]، عنصر آهن با علامت اختصاری Fe، 5 درصد از پوستهی زمین را تشکیل میدهد.[3] هماتیت و منیتیت، عمدهترین کانیهای آهن هستند، که در رنگهای خاکستری تا زرد و قرمز متغیر هستند. تا کنون بیش از 200 معدن، کانسار و اندیس معدنی آهن در ایران شناسایی شده است، که مجموع ذخایر آن بیش از 4 میلیارد تن میباشد. روشهای پرعیارسازی آهن شامل روشهای فیزیکی - مغناطیسی - ، فیزیکی- شیمیایی - فلوتاسیون - و شیمیایی است که روشهای فیزیکی ارزانترین روش هستند.[2] کانیهای آهندار که دارای خاصیت فرومغناطیسی باشند با هزینه کمتری نسبت به کانیهای پارامغناطیس قابل پرعیار شدن هستند. توزیع ناخالصیها در سنگ معدن نیز در هزینه پرعیار کردن اثر میگذارد. به هر میزان توزیع دانهبندی ناخالصیها درشتتر باشند، امکان پرعیار کردن در ابعاد درشتتری وجود داشته و هزینه آن کمتر خواهد بود. قابلیت پرعیار شدن سنگ و هزینه پرعیارسازی از عوامل مهم در ارزشیابی سنگ آهن میباشد.[8] دامنهی فرآوری و مراحل آن بستگی به سنگ معدن و پیچیدگی آن دارد. بهطور کلی مراحل اولیه پرعیارسازی کانسنگهای آهن مگنتیتی شامل سنگ شکنی در دو یا سه مرحله و جدایش مغناطیسی خشک میباشد. با توجه به نیاز مبرم صنایع مصرف کننده آهن به کنسانترهای با کیفیت مطلوب، کاهش ذخایر پرعیار معدنی با ترکیب کانیشناختی ساده و همچنین تعدد ذخایر اسکارنی آهن در ایران، ارزیابی و بررسی علمی و دقیق شیوههای پرعیارسازی آن ضروری به نظر می-رسد. ارزانترین و کارآمدترین روش پرعیارسازی آهن و حذف ناخالصیها از کانهای آهن خصوصاً اکسیدهای آهنی، روش پرعیارسازی مغناطیسی است. ناخالصیهای کانسنگهای آهن مانند انواع فسفاتها و سولفیدها - به استثنای پیروتیت - ، فاقد خاصیت مغناطیسی بوده و در صورتی که درجه آزادی مناسبی داشته باشند، بهراحتی حذف میشوند.[2] بهدلیل خاصیت پارامغناطیسی کانی هماتیت، با قرار گرفتن در میدان مغناطیسی شدت بالا، قابلیت القاپذیری مغناطیسی این کانی افزایش مییابد. یکی از روشهای فرآوری هماتیت، استفاده از جداکننده مغناطیسی شدت بالا - - WHIMS است که برای جدایش مواد و کانیهای پارامغناطیس به کار میرود. فنآوری جدایش مغناطیسی گرادیان بالا - - HGMS نیز در اوایل سال 1980 وارد حوزه جدایش ذرات ریز پارامغناطیس شد. ولی بهدلیل پرهزینه بودن آن برای فرآوری کانیهای کمعیارتر و همچنین عدم کارایی برای ظرفیتهای بالا و نیز افزایش مشکلات تعمیر و نگهداری، استفاده از آن با مشکلاتی همراه بوده است.در یک جداکننده مغناطیسی، چندین نیرو از جمله نیروی گرانش، اینرسی، مقاومت هیدرودینامیکی و نیروهای سطح و درون ذرهای وجود دارد، که روی ذره اثر میگذارد. این حالت بهصورت شماتیک در شکل - - 2 نشان داده شده است.
شکل -2 شمای کلی عملیات جدایش مغناطیسی
بهطور کلی خاصیت مغناطیسی مواد مختلف به میزان بارالکتریکی و گشتاور مغناطیسی الکترونها - اسپین - بستگی دارد. زیرا حرکت ابر الکترونی اطراف هسته اتم در قالب اوربیتالهای مخالف منجربه ایجاد گشتاور دوقطبی مغناطیسی میگردد. مجموع گشتاورهای مغناطیسی ایجاد شده توسط اسپینها در هنگام حرکت دور هسته و گشتاورهای دوقطبی مغناطیسی ناشی از یک میدان مغناطیسی خارجی، تشکیل گشتاور دوقطبی القایی میدهند. جداکنندههای مغناطیسی براساس میزان شدت جریان مغناطیسی مورد نیاز جهت جدایش و نوع سیال به شش دستهی زیر تقسیم میشوند
- 1 جداکنندههای مغناطیسی خشک با شدت کم
- 2 جداکنندههای مغناطیسی خشک با شدت بالا
- 3 جداکنندههای مغناطیسی تر با شدت کم
- 4 جداکنندههای مغناطیسی تر با شدت بالا/ گرادیان زیاد
- 5 جداکنندههای مغناطیسی تر با گرادیان زیاد
- 6 ابررساناها
فرآیند جدایش مغناطیسی به دو طریق خشک و تر انجام میگیرد. جدایش مغناطیسی در گذشته برای مواد فرو مغناطیسی که شدت میل جذب بالایی در یک میدان مغناطیسی را دارا بودهاند، - منیتیت - کاربرد داشته است[16]، اما امروزه طیف وسیعی از جداکننده-های مغناطیسی ساخته شده و پیشرفتهای قابل توجهی در آنها صورت گرفته است.[2] از اینرو این روش، علاوه بر آهن، یک روش یا فرآیند مهم و سودمند برای کانههایی مانند منگنز، فسفات، تیتانیوم، کروم، تنگستن، مولیبدن، کوارتز، لیمونیت، فلدسپات، عناصر نادر خاکی، نیکل، بوکسیت، و نیوبیوم- تانتالیوم است.[20-17] از ویژگیهای جدایش مغناطیسی که آنرا از سایر روشها متمایز کرده است، میتوان به سادگی فرآیند، مقرون به صرفه بودن، سرعت بالا و عدم وجود آلودگیهای زیست محیطی اشاره کرد.در پرعیارسازی بهروش مغناطیسی، کلیه ذرات تشکیل دهندهی یک کانسنگ، تحت تأثیر نیروی مغناطیسی قرار میگیرند. نیروی مغناطیسی تنها بر ذراتی با خواص مغناطیسی اعمال میشود و نیروی ثانویه و یا ترکیبی از نیروهای مختلف بر کلیه ذرات - مغناطیسی و غیر مغناطیسی - در جهتهای مختلف، تأثیر میگذارند.
. 2 روش تحقیق
.1 .2 شناسایی نمونه
.1 .1 .2 آنالیز XRD, XRF
نمونهها پس از آنالیز سرندی، برای شناسایی با استفاده از پراش اشعه ایکس، به آزمایشگاه فرستاده شدهاند. در هر دو روش، در راستای تأیید مطالعات میکروسکوپی، محصول حاصل از تجزیه سرندی، از ویژگیهای پرتو ایکس برای شناسایی استفاده میشود . با این تفاوت که XRD، جهت شناسایی ترکیبات کانی شناسی بهکار میرود و XRFآنالیز عنصری - معمولاً از سدیم تا اورانیوم - را انجام می-دهد.
