درس مبانی کانه ارایی از دورس مهمی است که توسط اقایان دکتر ابریشمی فر و مهندس اب خشک تدریس می شود این درس شامل ۲ واحد نظری و ۱ واحد عملی است

کانه آرایی مجموعه عملیاتی است که بر روی ماده معدنی ، پس از استخراج انجام می‌شود تا آن ماده را قابل مصرف کند. هر ماده معدنی که بطور اقتصادی قابل بهره برداری باشد کانه (ore) نامیده می‌شود. هر کانه متشکل از تعدادی کانی است که حداقل یکی از آنها کانی با ارزش موجود در ماده معدنی است و در حقیقت ماده معدنی برای دستیابی به آن کانی استخراج می‌شود، سایر کانیهای متشکله ماده معدنی را گانگ می‌نامند.

تاریخچه کانه آرایی
نخستین دوره زندگی بشر ، عصر حجر نام گرفته است. بشر اولیه برای ساخت آلات و ابزار مورد نیاز خود به موازات گیاهان از رنگ استفاده می‌کرد که آثار زیادی از آن در حفاریهای باستان شناسی بدست آمده است. برای ساخت این ادوات سنگی ، شناخت خواص آنها برای بشر اولیه ضروری بوده است. بنابراین یکی از اولین علومی که بشر سعی در فراگیری آن کرد، سنگ شناسی و کانی شناسی بود. در کنار این دانش انسان نیازمند فنونی برای جدا کردن سنگ یا کانی مورد نظر از سایر کانیها بود. بنابراین می‌توان گفت که انسان از عصر حجر در پی دستیابی به روشهای حتی‌المقدور ساده برای کانه آرایی بوده است. شواهد زیادی از کانه آرایی و ذوب مواد معدنی از دوران پیش از تاریخ موجود است.

هدف از کانه آرایی
هدف از عملیات کانه آرایی در بیشتر موارد جدا کردن کانی یا کانیهای با ارزش از گانگ است. کانه استخراج شده ، از شروع عملیات کانه آرایی ، بار اولیه نامیده می‌شود. پس از مجموعه عملیات کانه آرایی ، محصولی به نام محصول آراسته تولید می‌شود که مشخصات فی آن توسط مصرف کننده مشخص شده است. این مشخصات شامل عیار ، دانه بندی ، نوع و مقدار سایر کانیهای همراه ، میزان رطوبت و غیره است.

باقیمانده بار اولیه ، باطله نام دارد که باید برای انبار کردن آن محلی مناسبی را در حوالی کارخانه کانه آرایی پیش بینی کرد. با کاهش تدریجی ذخایر معدنی پرعیار ، اکتشاف و بهره برداری از کانسارهای بزرگ با کانیهای مخلوط ضروت پیدا می‌کند. به موازات آن ، کانه آرایی نیز دارای اهمیت بیشتری می‌شود که برای جوابگویی به نیازهای صنعتی ، باید به گسترش زمینه‌های تحقیقاتی پیشرفته‌تری دست یافت.

طراحی کارخانه کانه آرایی

برای طراحی یک کارخانه کانه آرایی ، لازم است ابتدا کانه مورد نظر در آزمایشگاه مورد بررسی قرار گیرد. درجه اطمینان به نتایج حاصل از این مطالعات ، بستگی به دقت نمونه برداری دارد. در عملیات مقدماتی اکتشافی ، با توجه به محدودیت در نمونه قابل دسترسی ، تهیه نمونه نماینده امکان پذیر نیست، لیکن این مطالعات به منظور بررسی قابلیتی آرایش سنگ معدنی ضروری است و در حقیقت عملیات اکتشافات تفضیلی در صورت مثبت بودن نتایج حاصل از این مرحله انجام می‌شود.

با ادامه عملیات اکتشافی ، نمونه‌های تهیه شده از ترانشه‌ها ، تونلها یا چاههای اکتشافی و مغزه‌های حفاری قابل اعتمادتر می‌شوند و بر مبنای نتایج حاصل از مطالعات آزمایشگاهی بر روی نمونه‌ها می‌توان شمای عملیات مقدماتی کارخانه را تهیه کرد. پس از خاتمه مطالعات آزمایشگاهی در بیشتر حالات ، لازم است آزمایشهایی بر روی نمونه‌هایی با حجم بیشتر و بطور پیوسته در کارخانه نیمه صنعتی انجام شود و بر مبنای نتایج حاصل از این بخش شمای عملیات نهایی کارخانه تهیه می‌شود. با توجه به اینکه نتایج حاصل از عملیات کانه آرایی در مراحل آزمایشگاهی و نیمه صنعتی بستگی به نمونه برداشت شده دارد. لذا دقت در انتخاب روش مناسب نمونه برداری و اجرای صحیح آن اهمیت زیادی در طرای کارخانه دارد.

فلوتاسيون يک روش فيزيکي شيميايي مکانيکي است وفرايند فلوتاسيون شامل آماده سازي کانيها با مواد شيميايي است. دراين آماده سازي سطح ذرات يک کاني مشخص، آبران ميشود. اين ذرات به حبابهاي هوا در سطح گل-آب (مخلوط آب وذرات کاني) چسبيده وتوسط آنها به سطح گل-آب حمل مي شوند. درسطح گلاب لايه اي از کف غني از ذرات کاني تشکيل ميشود. اين لايه کف از روي سطح گلاب جمع آوري ميشود،درحاليکه ذرات کاني يا کانيهاي ديگر در داخل گلاب باقي مي مانند. (در تصفيه اب هم اهميت دارد).

ازلحاظ نظري، اين روش را مي توان براي جدايش کاني هاي هر کانسنگي در شرايط خاص بکار برد. ذرات کاني بايد به اندازه کافي کوچک باشند تا بتوانند توسط حبابهاب هوا حمل شوند ونيز کانيهاي مختلف بايد ازهم جداشده باشند. (توجه:ذرات کوچکتر از ده ويا بيست ميکرون نرمه اند). کارايي روش فلوتاسيون براي ذرات نرمه بسيار محدود است. شرط لازم براي فرايند فلوتاسيون،اتصال ذرات کاني به حبابهاي هوا است به نحوي که بتوانند همراه با حبابهاب هوا به سطح گلاب،جايي که بتوان آنها را جدا وجمع آوري نمود،انتقال يابند.

بسته به نوع کانه و مشخصات مورد نظر در محصول آراسته ، عمليات کانه آرائي ممکن است شامل مراحلي ساده يا بسيار پيچيده باشد. نخستين مرحله اين عمليات آزاد کردن ( liberation ) کاني هاي با ارزش موجود در کانه از کاني هاي گانگ است. براي نيل به اين هدف با يد کانه را طي يک يا چند مرحله توسط انواع سنگ شکن ها و آسيا خرد کرد. براي خرد کردن يک جسم جامد به قطعات کوچکتر ، اصطلاحات خاصي وجود دارد که هر يک از آنها براي ابعاد مشخصي مورد استفاده قرار مي گيرد.

مراحل مختلف خرد کردن و اصطلاحات رايج براي آنها :

 عمليات خرد کردن معمولا همراه با عمليات طبقه بندي از نظر ابعاد است که به منظور بدست آوردن محصولي با دانه بندي مشخص و يا براي خارج کردن دانه هائي که به ميزان لازم خرد شده اند انجام مي شود. بدين ترتيب از خرد شدن بيش از حد دانه ها جلوگيري مي شود. مرحله دوم شامل عمليات ( پر عيار کردن ) ( concentration ) يا ( جدا کردن ) ( separation ) کاني هاي با ارزش کاني هاي گانگ است. اين عمليات بر مبناي مشخصات کاني ها پايه گذاري شده اند و با استفاده از اختلاف خواص فيزيکي ، شيميايي يا شيمي فيزيک کاني ها با يکديگر مي توان آنها را جدا کرد. اين عمليات که به طور جامع تر روش هاي آرايش ناميده مي شوند شامل روشهاي سنگجوري ، ثقلي ، الکتريکي ، مغناطيسي ، فلوتاسيون ، هيدرومتالورژي و غيره مي شوند.
با توجه به اينکه بيشتر روش هاي آرايش به طريقه تر انجام مي شوند ، بنابراين مرحله سوم عمليت را مي توان شامل جداکردن فازهاي جامد و مايع از يکديگر يا به عبارت ديگر ( آبکش کردن ) و ( خشک کردن ) محصولات آراسته دانست که توسط ( تيکنر ) ( thickener ) ، ( فيلتر ) (filter ) و( خشک کن ) (dryer) انجام مي شود. مرحله نهائي نيز شامل عمليت تخليه کاني هاي گانگ ( باطله ) و در بيشتر حالات بازيابي آب موجود در اين بخش از مواد است. اين کار در ( سد باطله ) ( tailing dam ) انجام مي شود.

 منبع:کانه ارایی دکتر نعمت اللهی

منبع درسی این درس کتاب کانه ارایی دکتر نعمت اللهی و همچنین کتاب Wills' Mineral Processing Technology, می باشد که این کتاب مورد تدریس دکتر ابریشمی فر و مهندس اب خشک می باشد.

عناوين درسي:

آشنايي با كانه آرايي و توجيه اقتصادي آن

اصول خردايش: قوانين خردايش و كاربرد آنها

عمليات خردايش: انواع سنگ شكن ها

عمليات نرم كردن: انواع آسياها، مكانيزم هاي نرم شدن مواد

تعيين مشخصه ذرات: اندازه ذرات، دانه بندي، انواع سرند ها

اصول و مكانيزم هاي طبقه بندي مواد: كلاسيفايرها و هيدروسيكلون ها

موازنه جرم در مدارهاي كانه آرايي

روش هاي جدايش ثقلي

فلوتاسيون

روش هاي جدايش مغناطيسي و الكتريكي

جداكردن فازهاي جامد از مايع

(Deposite) كانسار:تمركز كافي كاني ها بطوريكه شرايط براي استخراج آنها مناسب باشد.

(Ore ) كانه :كانساري كه مورد تقاضا است و استخراج آن اقتصادي است. هر كانه متشكل از تعدادي كاني است كه حداقل يكي از آنها با ارزش است.

(Gange ) گانگ: مواد اضافي و ناخواسته موجود در كانه كه به آن باطله نيز گفته مي شود.

(Mineral Processing) كانه آرايي

به مجموعه عمليات عمدتا فيزيكي گفته مي شود كه بر روي يك ماده معدني خام انجام مي شود تا از آن يك يا چند محصول قابل فروش بدست آيد.بنابراين كانه آرايي به تعبيري، جدا كردن كاني هاي با ارزش موجود در بار اوليه از كاني هاي هاي گانگ مي باشد بطوريكه يك يا چند محصول با خصوصيات كيفي (Feed)و كمي معين، با توجيه اقتصادي بدست آيد.كنسانتره حاصل از عمليات كانه آرايي كه حاوي كاني با ارزش مي باشد، براي استحصال فلز به مراحل بعدي فرستاده مي شود.

آزادسازي (Liberation )

يكي از مهمترين اهداف خردايش، آزاد كردن كاني هاي با ارزش از گانگ در بزرگترين اندازه ممكن می باشد.

آزاد كردن كاني ها با خرد كردن كانه در طي چند مرحله سنگ شكني و آسيا كردن بدست مي آيد .

درجهآزادي  ( Degree of Liberation)

درصدي از كل كاني با ارزش كه بصورت آزاد وجود دارد . بعبارت ديگر درجه آزادي برابر با نسبت دانه هاي آزاد شده كاني با ارزش به كل دانه هاي كاني هاي با ا رزش مي باشد .

تعييندرجهآزادي

معمول ترين روش تعيين درجه آزادي از طريق مطالعات ميكروسكپي مي باشد

نمونه خرد شده تحت مطالعات ميكروسكپي قرار گرفته و دانه هاي حاوي كاني با ارزش به تفكيك دانه هاي آزاد و درگير شمارش مي شوند.

براي مطالعه دقيق تر براي كاني هاي كدر، با قرار دادن ذرات خرد شده در مواد پلاستيكی مانند پودر سيليكون و سپس تهيه مقطع صيقلي از آن و براي كاني هاي نازك با تهيه مقاطع نازك، مي توان آنها را آماده كرد و توسط ميكروسكپ مطالعه نمود.

با پيشرفت تكنولوژي، با استفاده از روش ”آناليز تصوير“ مي توان تشخيص و شمارش ذرات را بطور اتوماتيك انجام داد.

هدف از انجام اين آزمايش تعيين حدودی از اندازه ذرات موجود در خاک که به صورت درصدی از وزن خشک خاک بيان می شود.اين آزمايش در طبقه بندی خاک ها نقش بسيار مهمی را ايفا می کند.زيرا در طبقه بندی خاک بايد از اندازه ذرات آن خاک تا حدودی آشنايی داشته باشيم.موارد ديگر استفاده از دانه بندي در طرح بتن وآسفالت است.خاكي كه خوب دانه بندي شده باشد داراي فضاي خالي كمتري بوده ودر نتيجه با به كار بردن آن در ساخت بتن سيمان كمتري مصرف مي شود.همين طور در ساخت آسفالت نيز قضيه به همين شكل است وخاك با دانه بندي خوب به قير كمتري نياز دارد. منظور از دانه بندی مکانيکی خاک جدا سازی دانه های خاک در اندازه های مختلف است .

وسايل مورد نياز :

1. الک: يک سری الک استاندارد مطابق آنچه که در جدول شماره 1 آورده شده است.

2. خاک : مقدار لازمی خاک جهت انجام آزمايش.

3. ترازو : با دقت 0.01 گرم.

4. گرمخانه يا owen .

5. وسايل شستشو - ظروفی تميز برای ريختن خاک در آنها-چکش پلاستيکی-فرچه.

سنگ شکنی اولین مرحله از خردایش مواد معدنی استخراج شده به منظور ازادسازی کانی ھای با ارزش از گانگ می باشد.

نسبت خردایش R  = بزرگترین سایز خروجی / بزگترین سایز ورودی

در صنعت قبل از ورود بار به داخل سنگ شکن ھا از سرندھایی برای جدا کردن موادی که باعث افزایش ظرفیت سنگ شکن می شود استفاده می کنند(Grizzly).سنگ شکن ھا به 2 دسته سنگ شکن ھای اولیه و ثانویه تقسیم می شوند.در سنگ شکن ھای ثانویه محصول سنگ شکن ھای اولیه ریزتر می شوند.

در صنعت معمولا 2 نوع مدار برای سنگ شکنی تعریف می کنند :

- مدار باز :خوراک اسیای میله ای محصول سنگ شکن ثانویه است

- مدار بسته : خوراک اسیای گلوله ای محصول سنگ شکن ثانویه است

مراحل مختلف خرد کردن و اصطلاحات رايج براي آنها:عمليات خرد کردن معمولا همراه با عمليات طبقه بندي از نظر ابعاد است که به منظور بدست آوردن محصولي با دانه بندي مشخص و يا براي خارج کردن دانه هائي که به ميزان لازم خرد شده اند انجام مي شود. بدين ترتيب از خرد شدن بيش از حد دانه ها جلوگيري مي شود. مرحله دوم شامل عمليات ( پر عيار کردن ) ( concentration ) يا ( جدا کردن ) ( separation ) کاني هاي با ارزش کاني هاي گانگ است. اين عمليات بر مبناي مشخصات کاني ها پايه گذاري شده اند و با استفاده از اختلاف خواص فيزيکي ، شيميايي يا شيمي فيزيک کاني ها با يکديگر مي توان آنها را جدا کرد. اين عمليات که به طور جامع تر روش هاي آرايش ناميده مي شوند شامل روشهاي سنگجوري ، ثقلي ، الکتريکي ، مغناطيسي ، فلوتاسيون ، هيدرومتالورژي و غيره مي شوند.
با توجه به اينکه بيشتر روش هاي آرايش به طريقه تر انجام مي شوند ، بنابراين مرحله سوم عمليت را مي توان شامل جداکردن فازهاي جامد و مايع از يکديگر يا به عبارت ديگر ( آبکش کردن ) و ( خشک کردن ) محصولات آراسته دانست که توسط ( تيکنر ) ( thickener ) ، ( فيلتر ) (filter ) و( خشک کن ) (dryer) انجام مي شود. مرحله نهائي نيز شامل عمليت تخليه کاني هاي گانگ ( باطله ) و در بيشتر حالات بازيابي آب موجود در اين بخش از مواد است. اين کار در ( سد باطله ) ( tailing dam ) انجام مي شود.

( Jaw Crusher ) سنگ شکن فکی

در سنگ شکن های فکی عمل خرد کردن سنگ توسط نیروی فشاری و برشی که به وسیله دو فک صاف و موج دار که یکی ثابت و دیگری متحرک است اعمال می شود انجام می گیرد. سنگ شکن های فکی بر اساس ابعاد دهانه ورودی معرفی می گردند.نسبت خردایش این سنگ شکن 2 الی 3 می باشد.یک سنگ شکن فکی از قسمتهای زیر تشکیل شده است :
• دستگاه مولد قدرت
• بدنه
• اجزای انتقال قدرت
• فک ها – میله کششی و فنر
• وسیله تنظیم دانه بندی محصول

سنگ شکنهای فکی به صورت دو تیپ مهم و اصلی دسته بندی شده اند:

(Single toggle) نوع تک بازوئی

(Double toggle or Blake crusher) نوع دو بازوئی 

در نوع تک بازویی حرکت فکها به طرف جلو وعقب و بالا و پایین می باشد و بدلیل اینکه حرکت به آرامی صورت می گیرد فشار بر روی فکها کمتر از نوع بازویی دوبله می باشد و نسبت دهانه تغذیه آن نیز کوچکتر می باشد و برای سنگهای سخت مورد استفاده قرار می گیرد. در نوع دو بازوئی حرکت در فکها بصورت نوسانی و به طرف عقب و جلو است و برای سنگهای سخت و خیلی سخت مورد استفاده قرار می گیرد. دهانه تغذیه نسبت به نوع تک بازوئی بزرگتر و فشار در بین فکها بیشتر خواهد بود. 

 سنگ شکن ژیراتوری :

از سنگ شکن ژیراتوری معمولا بعنوان سنگ شکن اولیه در تاسیسات بزرگ ودر مواردی که ظرفیت و احتمالا نسبت خرد کنندگی بیشتر از سنگ شکن های فکی مورد نظر باشد استفاده می شود و معمولا در مدارهای باز مورد استفاده قرار می گیرد.
قیمت –سرعت-مدت کار مفید-ظرفیت-قدرت و ضریب خرد کنندگی آن نسبت به سنگ شکن فکی بیشتر و لرزش و فرسایش آن کمتر می باشد.این سنگ شکن از یک بدنه ثابت مخروطی شکل و یک هسته میانی که حرکتی ژیراتوری (حرکتی دورانی در حول محوری که خود جابجا می شود) دارد تشکیل شده است.مواد مورد نظر در فاصله بین بدنه ثابت و متحرک خرد می شود.

در ازمایشگاه کانه ارایی دانشکده بعد از سنگ شکنی نمونه که قبلا توضیح داده شده نوبت به فرایند اسیا کردن می رسد :

برای خرد كردن بیشتر محصول به‌دست آمده در مسیرهای سنگ‌شكنی، از انواع آسیاها استفاده می‌شود. آسیاها ممكن است به طریقه خشك یا تر كار كنند كه انتخاب آن بستگی به نوع كانه و مراحل بعدی عملیات دارد. از انواع آسیا‌های متداول در صنعتی می‌توان به آسیاهای میله‌ای، آسیاهای گلوله‌ای، آسیاهای لوله‌ای، آسیاهای خودشكن، آسیاهای نیمه خودشكن، آسیاهای قائم، آسیاهای غلتكی، آسیاهای دمشی و... اشاره كرد. 

در ازمایشگاه دانشکده با دو نوع اسیا میله ای و گلوله ای اشنا می شویم ( حتما صدای اسیا را هم موقع اسیا کردن نمونه تجربه کردید یا خواهید کرد )