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 )

مواد معدنی استخراج شده از معادن برای اینکه قابل استفاده در صنعت باشند باید فرآوری شوند. بخش فرآوری در معدن با هدف حذف مواد ناخواسته (باطله) و افزایش عیار ماده معدنی (تولید کنسانتره) نقش واسطه بخش معدن و صنایع مختلف را ایفا می‌نماید. اهمیت فلزات یا کاربردهای متعدد بویژه در مصارف جدید بر هیچ کس پوشیده نیست و بخش فرآوری معدن فراهم کننده خوراک اولیه تمام کارخانجات ذوب و تغلیظ فلزات در صنعت متالورژی می‌باشد.
در مورد مواد غیر فلزی یا همان کانیهای صنعتی نیز تقریباً تمامی صنایع مهم اقتصادی کشورها مانند صنایع شیمیایی، کشاورزی، ساختمان، سرامیک، ذوب فلزات و حتی پزشکی، تماماً به گونه‌ای مصرف کننده مواد معدنی هستند و اولین مرحله از خالص‌سازی این مواد در بخش فرآوری معدن صورت می‌گیرد.
اهداف و زمینه‌های فعالیت مرکز فرآوری مواد معدنی.

با سنگ شکنهای اولیه قبلا اشنا شدیم اما سنگ شکنهای ثانویه :

در ازمایشگاه دانشکده فنی یک نوع سنگ شکن ثانویه از نوع مخروطی داریم . در اینجا با سنگ شکن غلتکی , ضربه ای و چکشی نیز اشنا می شویم :

سنگ شکن مخروطی  (Cone Crusher):

سنگ شکن مخروطی در مرحله دوم و سوم و چهارم مورد استفاده قرار می گیرد و بدین ترتیب قادر به تولید سنگ های ریز بوده و معمولا برای خرد کردن سنگ های سخت کاربرد دارد. این سنگ شکن از نظر عملکرد شباهت زیادی به سنگ شکن ژیراتوری دارد .لذا آن را از نوع سنگ شکن ژیراتوری نیز می توان به حساب آورد که در آنها زاویه راس هسته مخروطی تا حدود 100 درجه افزایش یافته و همزمان با آن به منظور متناسب نگه داشتن فضای داخل سنگ شکن انحنای داخلی بدنه تغییر کرده و محفظه خرد کردن مسطح شده و سرعت دوران آن نیز بیشتر از سنگ شکن ژیراتوری است.

بعد از اکتشاف یک معدن و تهیه مدل زمین‌شناسی از کانسار، در صورتی‌که روش روباز برای استخراج آن کانسار در نظر گرفته شود، نوبت به طراحی و برنامه‌ریزی تولید می‌رسد. در این مرحله، محدوده نهایی معدن مشخص شده و سپس با توجه به عیار یا عیارهای حد بهینه در سال‌های مختلف و همچنین ظرفیت‌های موجود، برنامه‌ریزی برای تولید انجام می‌شود.هدف از برنامه‌ریزی تولید در معادن، تعیین الگوی استخراج بهینه از معدن است به گونه‌ای که علاوه بر این که بالاترین سود اقتصادی عاید معدن می‌شود، محدودیت‌های تولیدی موجود نیز ارضاء شود. این محدودیت‌ها شامل موارد زیر است:

•     محدودیت ظرفیت استخراج
•     محدودیت ظرفیت کارخانه فرآوری
•     محدودیت‌های مربوط به عیار/ عیارهای کارخانه فرآوری
•     محدودیت‌ زاویه شیب

زمان استخراج بلوک‌ها و مقصد آنها بعد از استخراج، نه‌تنها مقدار جریان نقدینگی معدن را در هر سال تعیین می‌کند، بلکه برنامه‌ریزی برای تولید در سال‌های بعد را نیز متاثر خواهد ساخت. پس تصمیمی که امروز برای استخراج یک قسمت از معدن گرفته می‌شود، بر عملیات استخراج و بهره‌برداری از معدن در سال‌های آتی، تاثیر خواهد گذاشت.اما محدوده نهایی معدن با بالاترین ارزش اقتصادی، زمانی مشخص می‌شود که ارزش اقتصادی بلوک‌ها مشخص شده باشد. ارزش اقتصادی بلوک‌ها نیز وابسته به زمان استخراج (سکانس استخراج) آن‌ها است و سکانس استخراج بلوک‌ها نیز زمانی مشخص می‌شود که محدوده نهایی معدن قبلاً به‌دست آمده باشد رابطه بین این سه پارامتر در شکل (۱-۱) نشان داده شده است.

پس فرآیند طراحی و برنامه‌ریزی معدن، یک فرآیند بهینه‌سازی چند متغیره بوده و نیازمند حل همزمان است. متاسفانه این مسئله به راحتی قابل حل نیست. بعد از سه دهه تلاش مستمر، هنوز مسئله طراحی و برنامه‌ریزی تولید در معادن روباز با در نظر گرفتن همه جوانب به صورت همزمان، یک مسئله لاینحل باقی مانده است. روش معمول برای حل این مسئله بدین صورت است که با فرض یک عیار حد مشخص و تخصیص ارزش اقتصادی به هر بلوک، محدوده نهایی معدن با الگوریتم‌های کارآ مثل الگوریتم لرچ و گراسمن  یا جریان شبکه حل می‌شود. بعد از تعیین محدوده نهایی معدن، سکانس‌ استخراج بلوک‌ها مشخص خواهد شد. حال دوباره با استفاده از سکانس استخراج به دست آمده در مرحله قبل، ارزش اقتصادی بلوک‌ها به دست آورده شده و این فرآیند آنقدر ادامه می‌یابد تا پس از دو مرحله تکرار به طرح واحدی برای استخراج برسیم. این برنامه، در واقع همان برنامه نهایی برای استخراج معدن است. پس مراحل طراحی و برنامه‌ریزی تولید برای یک معدن به شرح زیر خلاصه می‌شود :

برای مشاهده کامل این مطلب به ادامه مطلب بروید