بخشی از مقاله
چکیده:
اثر روش خردایش به کمک پالسهای الکتریکی ولتاژ بالا از لحاظ اثرات مخرب زیستمحیطی بر روی سنگهای حاوی مواد معدنی، در مقایسه با روش رایج مکانیکی، بررسی شد. خردایش به کمک پالسهای الکتریکی ولتاژ بالا توسط دستگاه خردایش الکتریکی که شامل یک مدار تولید کننده پالس های الکتریکی ولتاژ بالا و یک مخزن خردایش است، انجام میگیرد. مطالعات بر روی نمونههای مختلفی نظیر کانسنگ اکسیدی آهن، سنگ گرانیت، کانسنگ و کانسنگ حاوی طلا به منظور بررسی میزان تولید ذرات ریز و انتشار گرد و غبار انجام شد. نتایج همگی نشاندهنده کاهش میزان تولید ذرات و کاهش اثرات مخرب زیست محیطی در روش خردایش به کمک پالسهای الکتریکی ولتاژ بالا در مقایسه با روش مکانیکی بود. همچنین تاثیر این روش بر روی میزان مصرف انرژی نسبت به روش مکانیکی نیز بررسی شد. نتایج آزمایشات انجام گرفته بر روی نمونههای کانسنگهای مس، سرب وروی، طلا، فسفات و همچنین سنگ های حاوی بلورهای الماس نشان داد که روش خردایش به کمک پالسهای الکتریکی ولتاژ بالا به علت مکانیزم خاص خردایش، سبب کاهش میزان مصرف انرژی در مقایسه با روش مکانیکی میشود.
واژههای کلیدی: محیط زیست، انرژی، گرد و غبار، خردایش الکتریکی، فرآوری مواد معدنی
-1 مقدمه
بازیابی عنصر باارزش از کانسنگها و تولید محصول پرعیار شده با کیفیت مناسب با فرایند آزادسازی آنها از کانسنگ توسط فرایند خردایش آغاز میشود. میزان بازدهی این فرایند بر روی عملکرد نهایی عملیات فرآوری و ویژگیهای متالورژیکی محصول پرعیارشده نهایی بسیار تاثیرگذار است. بازدهی فرایند آزادسازی کانی ها به اندازه ذرات، توزیع ذرات، نحوه درگیری کانیهای باارزش با گانگ، ویژگیهای مکانیکی کانیهای تشکیلدهنده کانسنگ و روش مورد استفاده برای آزادسازی کانیهای باارزش از کانسنگ بستگی دارد . - Andres & Bialecki, 1986 - در طول دوره طولانی پیشرفت فرایند فرآوری مواد معدنی، انواع مختلفی از سنگشکنها و آسیاها با مکانیزم شکست مبتنی بر تنشهای فشاری ابداع شدهاند . - Andres, 2010 - سنگشکنهای فکی، ژیراتوری و مخروطی که در قرن 19 ساخته شدند و تا امروز پیشرفتهای زیادی داشتهاند از آن جملهاند . - Lynch & Rowland, 2005 -
بر اساس این فرضیه که کاهش بیشتر اندازه قطعات کانسنگ باعث آزادسازی بیشتر کانیها میشود، در شروع قرن 21 انواع مختلفی از آسیاهای بسیار خردکننده، طراحی و تولید شدند که بر اساس فرایند سایش- فرسایش1 قادر به کاهش ابعاد ذرات از 100 تا 150 میکرون به کمتر از 10 میکرون میباشند. - Andres, 2010 - در فرایندهای خردایش مکانیکی، امکان کنترل مستقیم آزادسازی کانیها وجود ندارد. تنها پارامتر قابلکنترل در فرایند آزادسازی، ماکزیمم ابعاد ذرات در محصول خردایش است که باید در حدی باشد که اطمینان حاصل شود درصد قابلقبولی از ذرات برای فرایندهای جداسازی بعدی آزاد شدهاند . - Andres et al., 2001b - از طرفی افزایش میزان کاهش اندازه ذرات توسط فرایند خردایش مکانیکی ضرورتا همیشه بهمعنی افزایش درجه آزادی ذرات نیست.
از این رو علاوه براین که باعث افزایش درصد ذرات ریز و تولید گرد و غبار که احیانا حاوی عناصر مضر و سمی هستند میشوند، با خردایش بیش از حد ذرات سبب اتلاف بیهوده انرژی نیز میشوند . - Chanturia & Bunin, 2007 - در کل خردایش مکانیکی بهعنوان بخشی از عملیات فرآوری مواد معدنی بیشترین میزان انرژی را مصرف میکند و اغلب بیش از 70 درصد انرژی کل لازم برای فرآوری مواد معدنی را به خود اختصاص میدهد - Chanturiya et al., 2005; Chanturiya et al., 2007; Norgate & . - Jahanshahi, 2011; Wielen, 2013 مصرف انرژی ویژه در این بخش از چند کیلووات ساعت بر تن برای مرحله سنگ شکنی تا بین 10 تا 60 کیلووات ساعت بر تن برای آسیاهای خودشکن، نیمهخودشکن و گلولهای و بیش از 100 کیلووات ساعت بر تن برای آسیای بسیار خردکننده متغیر است . - Wang et al., 2011 -
بهمنظور اطمینان از آزادسازی کامل ذرات کانی باارزش، کاهش اتلاف آن به صورت ذرات نرمه و همچنین کاهش میزان مصرف انرژی، توسعه یک روش خردایش انتخابی که مبتنی بر شکست ترجیحی بین ذرات کانیهای مختلف یک کانسنگ باشد، ضروریبهنظر میرسید . - Potsyapun et al., 2004; Chanturiya, 2007; Chanturiya, 2008; Chanturia & Bunin, 2008 - در این میان استفاده از تنشهای کششی به عنوان یک روش موثر برای خردایش انتخابی و کاهش مصرف انرژی از سوی محققان، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.از میان تلاشهای صورت گرفته با هدف خردایش انتخابی مواد بر اساس اعمال تنشهای کششی، میتوان به یک فرایند منحصربهفرد که شامل شکست ذرات یک کانسنگ غوطهور در داخل یک دی الکتریک2 مایع توسط پالس های الکتریکی ولتاژ بالا3 است اشاره نمود. این فرایند بهعنوان یک روش موثرتر برای خردایش انتخابی قطعات یک کانسنگ شناخته شده است.
مطالعات در زمینه روش خردایش الکتریکی و با استفاده از پالسهای الکتریکی ولتاژ بالا بر روی اجسام جامد غوطهور در آب، ابتدا در سال 1955 توسط یوتکین4 در روسیه آغاز شد. وی در تحقیقاتی که با هدف تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن از طریق شکست الکتریکی5 توسط پالسهای الکتریکی ولتاژ بالا انجام میشد، بهصورت اتفاقی به توانایی خردکنندگی امواج ضربهای آب پی برد . - Yutkin, 1955 - در دهههای 1960 و 1970 روش جدید خردایش سنگ توسط پالسهای الکتریکی مورد توجه چندین مرکز تحقیقاتی در نقاط مختلف جهان قرار گرفت. در کشورهای روسیه، انگلستان، هند و امریکا فیزیکدانان شروع به انجام تحقیقات در این زمینه نمودند . - Andres, 2010 - در دهه 1990 چندین موسسه تحقیقاتی نظیر FZK6 آلمان، کالج سلطنتی لندن7 و شرکت CNT-MC کانادا شروع به انجام تحقیقاتی در رابطه با تکنولوژی شکست ولتاژ بالا، پتانسیل کاربرد آن و همچنین امکان تجاریسازی آن نمودند . - Wielen et al., 2013 - از سال 2008 مرکز تحقیقات JKMRC8 واقع در استرلیا، انجام مطالعات بر روی
