بخشی از مقاله
چکیده
زغالسنگ ماده ای است که به طور طبیعی ابران شناخته شده و مواد معدنی که همراه آن وجود دارد آبدوست میباشند.
خاکستر بهعنوان یک ناخالصی برای زغال محسوب میشود که باید از ترکیبات زغالسنگ حذف شود. فلوتاسیون روشی است که بر مبنای اختلاف آبرانی سطح ترکیبات مختلف عمل جدایش را انجام می دهد و همچنین روشی بسیار موثر برای شست و شوی زغالسنگ و حذف خاکستر آن است.
جداسازی ذرات آبران طبیعی ازجمله زغال توسط فلوتاسیون، با افزایش محلول نمک به داخل سیستم افزایش پیدا می کند. با توجه به کمبود آب تمیز و مقررات سخت گیرانه بر کیفیت آب تخلیه، اکثر کارخانه های فلوتاسیون مواد، مجبور به استفاده از آب های زیرزمینی، آب دریا یا آب بازیافتی با غلظت بالایی از نمک است. در این مطالعه فلوتاسیون نمونه ای از زغال البرز شرقی در حضورهمزمان پتاسیم کلرید، 1500 گرم بر تن کلکتور نفت سفید و 150 گرم بر تن کفساز MIBC انجام شد که مقادیر کلکتور و کفساز در طول آزمایش ثابت نگه داشته شد تا مکانیسم تاثیر نمک ها در طول فرایند مشخص شود.
میزان تاثیر افزایش غلظت نمک بر درصد خاکستر باطله و کنسانتره و درنتیجه میزان نهایی بازیابی کنسانتره محاسبه شد. نتایج نشان داد که رفتار فلوتاسیون زغال با افزایش غلظت محلول کلرید پتاسیم تا حدود قابل توجهی تحت تاثیرقرارگرفته به گونه ای که مقدار خاکستر محصولات با افزایش غلظت نمک افزایش می یابد که این را میتوان به دنبالهروی کانیهای خاکستر در محلول نمکی خصوصا در غلظت بالای نمک مرتبط دانست.
-1 مقدمه
غلظت بالای نمک تاثیر زیادی روی ساختار سطحی آب دارد و باعث به وجود آمدن یک سری واکنش های کلوئیدی بین حباب و ذرات محلول در آب میشود، بنابراین روی فلوتاسیون مواد معدنی تاثیر گذار است. تحقیقات مختلف نشان میدهد که یونهای حلشده در سیستم فلوتاسیون تاثیر فراوان ای بر فلوتاسیون مواد معدنی در محلولهای نمکی و زغالسنگ در آبشور دارند .
فلوتاسیون ذرات ابران طبیعی در محلولهای الکترولیت معدنی اولین بار در دهه 1930 در اتحاد جماهیر شوروی ثبت شد. این کار بیشتر مربوط به فلوتاسیون زغال سنگ در آب شور بود. همچنین، به نظر رسید که الکترولیت ها باعث پایداری حبابها برخلاف همبستگی حبابها میشود. به دنبال این مطالعات اولیه، موارد بسیار دیگری گزارش شدند که عبارتاند از :
ازدمیر - Ozdemir,2013 - تاثیر نمک های منیزیم کلرید، کلسیم کلرید، سدیم کلرید و پتاسیم کلرید را بر رفتار فلوتاسیون زغالسنگ بدون استفاده از هیچ نوع ماده شیمیایی موردبررسی قرارداد و به این نتیجه رسید که رفتار فلوتاسیون زغال تحت تاثیر این نمکهای حلشده قرار گرفت بطوریکه منیزیم کلرید و پتاسیم کلرید، بیشترین و کمترین پیشرفت را در عملکرد فلوتاسیون نشان دادند. همچنین نتیجه شد که یون های منیزیم، سدیم، پتاسیم، کلسیم تاثیر یونی قوی بر بازیابی ذرات زغال داشتند .
ماجر و همکاران - Majer et al . 1934 - به این نتیجه رسیدند که زغال میتواند با افزایش غلظت نمک بدون استفاده از مواد شیمیایی شناور شود .
کلاسن و پلاک سین - Klassen and Plaksin, 1954 - فرض کردند که یونهای نمک لایههای هیدراته اطراف زغال را ناپایدار می کنند و ازاینرو هیدراسیون سطحی زغال را کاهش می دهند. این بی ثبات سازی زغال را بیشتر آبگریز میکند و اتصال ذره-حباب را افزایش میدهد. آنها همچنین نتیجه گرفتند که استفاده از نمک در غلظتهای بسیار بالا کارایی نداشته و حتی باعث ایجاد یک کاهش در میزان آبگریزی زغال و درنتیجه کاهش فلوتاسیون زغال میشود
چارلاموو - Charlamow, 1957 - به این نتیجه رسید که فلوتاسیون در محلول های نمکی فقط برای کانیهایی که به طور طبیعی آبگریز هستند، امکانپذیراست و فلوتاسیون نمک بهطور قابلملاحظهای به طبیعت یونهای موجود در محلول نمکی مورداستفاده بستگی دارد .
لاسکوسکی - Laskowski 1962 and 1963 - مطرح کرد که فلوتاسیون نمک یک پدیدهی الکتروشیمیایی است؛ بنابراین حضور الکترولیتها دولایه الکتریکی - EDL - بین حبابها و ذرات را فشرده میکند که مربوط به کاهش پتانسیل زتا هر دو حباب و ذرات است .
ماروکی و نیکودمو - Marrucci and Nicodemo 1967 - دریافتند که حضور الکترولیتها در محلول آبی اندازه حباب را در فاز کف کاهش میدهد هنگامی که غلظت الکترولیت افزایش یافت. آنها پیشنهاد کردند که کاهش همبستگی حباب بستگی به ظرفیت الکترولیتها و همچنین میزان تنش سطحی دارد .
لی و سوماسونداران - Li and Somasundaran, 1991 - نشان دادند که بازدهی فلوتاسیون به زاویه بین حباب و ذرات بستگی دارد .آن ها ادعا کردند که درحالی که فلوتاسیون زغال در غلظت های پایین نمک کاهش مییابد، در غلظتهای بالای افزایش می یابد. برای مثال نشان دادند که در غلظت های بالاتر از 0/1 مولار نمک، هرگونه افزایش در غلظت نمک سبب افزایش قابلیت فلوتاسیون زغال میشود، درحالیکه در غلظتهای پایینتر از 0/1 مولار هرگونه افزایش در غلظت نمک سبب کاهش قابلیت فلوتاسیون زغال میگردد. آنها در سال 1993، قابلیت فلوتاسیون زغال بیتومین دار را در محلول های مختلف سدیم کلرید، جهت مشخص کردن نقش تأثیرات الکترواستاتیکی بین حباب و ذرات و آبران بودن زغال، بررسی کردند
کریگ و همکاران - Craig et al 1993 - کاهش همبستگی حباب در محلولهای نمکی موردبررسی قراردادند. نتایج آزمایشها نشان داد که رابطهای معین بین ظرفیت الکترولیتها و غلظت گذار وجود دارد، جایی که همبستگی حبابها 50 درصد کاهش مییابد .
ازدمیر و همکاران - Ozdemir,2009 - دریافتندکه افزایش فلوتاسیون زغال سنگ در آب هایپرسالین - یک مولار سدیم کلرید - را نمیتوان بهطور کامل به جنبههای شیمی سطح نسبت داد. نتایج آن ها نیز نتایج قبلی از - Laskowski and Iscra,1970 - را ثابت کرد که زاویه تماس زغالسنگ در آب نمکی در مقایسه با آب دی یونیزه - DI - تغییر نکرده است. نتایج میکروسکوپ نیروی اتمی - AFM - همچنین نشان داد که نیروی دافعه میان حباب و ذرات زغالسنگ در آبشور کاهش یافت .
لی و همکاران - Guosheng Li et al.,2017 - تاثیر سدیم کلرید را ر فلوتاسیون ذرات ریز زغال موردبررسی قرارداد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت سدیم کلرید بازیابی قابلاحتراق و مقدار خاکستر کنسانتره افزایشیافته است .
وانگ و پنگ - Wang and Peng 2013 - نشان دادند که آبهای شور حاوی یونهای نمکی معدنی فراوانی است که بهطور قابلتوجهی به دام افتادن مواد معدنی را با تراکم درات زغال افزایش میدهد .
قائدی و کارآموزیان در سال 1395 تاثیر نمک سدیم کلرید را بر رفتار فلوتاسیون زغالسنگ موردبررسی قرارداد و به این نتیجه رسید که با افزایش غلظت نمک بازیابی قابلاحتراق افزایش مییابد .
-2مواد و روشها
نمونه زغال استفاده شده در این تحقیق دارای 10/54 درصد خاکستر از معدن طزره واقع در شهرستان شاهرود تهیه و در اندازه های مختلفی توسط الکهای مخصوص 30 - تا 200 مش - دانهبندی شد. سپس برای هر آزمایش با استفاده از ترازوی دیجیتال، 150 گرم از نمونه زغال دانهبندی شده برداشته شد. روش انجام آزمایش مطابق با استاندارد ASTM- D5114 بوده است. عملیات فلوتاسیون با استفاده از یک سلول فلوتاسیون آزمایشگاهی کوچک انجام شد.
برای هر آزمایش فلوتاسیون 150 گرم از نمونه زغال دانهبندی شده به سلول اضافه شد .در ادامه محلول نمکی تهیه شده از آب مقطر - pH=7 - با غلظت مشخص به سلول تزریق شد. سپس محتویات سلول با همزن با دور ثابت، به مدت 2 دقیقه بدون اضافه کردن هیچگونه مواد شیمیایی به هم زده شد. درنهایت کلکتور نفت سفید به مقدار 150 گرم بر تن به آن اضافه شد و پس از 1 دقیقه و اختلاط کامل، کف ساز MIBC به مقدار 1500 گرم بر تن به سلول اضافه شد و بعد از گذشت 1 دقیقه شیر هوا بازشده و به مدت 2 دقیقه کف گیری انجام شد. کنسانتره و باطله به دستآمده پس از فیلتر شدن برای آبگیری به مدت 24 ساعت در آون قرار گرفتند تا رطوبت آنها صفر شود. سپس بهصورت جداگانه 1 گرم از کنسانتره و باطله به مدت 1/5 ساعت در کوره با دمای 850 درجه سانتیگراد حرارت داده شدند. وزن خاکستر باقیمانده برای محاسبه درصد خاکستر موجود درکنسانتره و باطله اندازهگیری شد.
-3 نتایج -1-3آزمایشهای فلوتاسیون با کلکتور و کفساز
فلوتاسیون زغال در آب مقطر به عنوان تابعی از غلظت متغیر کلکتور با کفساز انجام شد. همانطور که در شکل 1 مشخص است با افزایش غلظت کلکتور و کف ساز یک روند قابل ملاحظه ای در بازیابی کنسانتره ایجادشده و از یک غلظتی به بعد مقدار بازیابی کاهش می یابدکه این به دلیل پدیدهی مسیل شدن رخ میدهد.
شکل :1 تاثیر مقدارکلکتور و کفساز روی بازیابی کنسانتره.
شکل 2 نشان میدهد که مقدار خاکسترکنسانتره و بازیابی با افزایش غلظت کلکتور و کف ساز افزایش و از یک غلظتی به بعد مقدار خاکستر کنسانتره کاهش مییابد.
