تغلیظ مواد معدنی

چکیده مقاله
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

مقدمه
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
هدف از تأسیس مرکز فرآوری مواد معدنی در دراز مدت پایه‌گذاری اصولی صنایع معدنی و شتاب‌دهی به توسعه کمی و کیفی این صنعت با استفاده از فن‌آوری نوین در استحصال مواد معدنی و تأمین مواد اولیه مورد نیاز صنایع مختلف در کشور و در نتیجه کاهش وابستگی به واردات در این زمینه می‌باشد. در راستای این اهداف، موارد زیر نیز بعنوان هدفهای کوتاه مدت مطرح شده‌اند:
§ استقرار مرکز تحقیقات فرآوری مواد معدنی با قابلیتهای زیر، به عنوان رکن اساسی در امر تحقیق و توسعه و ارائه خدمات ضروری در زمینه اهداف دراز مدت:
-گسترش و بهینه‌سازی فرآیندهای فرآوری مواد معدنی یا انجام تحقیقات و مطالعات آزمایشگاهی و نیمه صنعتی و تهیه طرحهای فرآوری در مقیاس صنعتی
- انجام آزمایشهای مختلف کانی‌شناسی و شیمیایی بر روی نمونه‌های زمین‌شناسی، معدنی و مربوط به فرآیندهای فرآوری
- آموزش فارغ‌التحصیلان دانشگاهها و شاغلین بخش معدن و تأمین نیروهای متخصص در زمینه فرآوری مواد معدنی
- تدوین و تهیه استانداردها در زمینه فرآوری مواد معدنی
-کمک به توسعه و تکمیل مراکز تحقیقاتی موجود در کشور
زمینه‌های فعالیت مرکز
از لحاظ نوع مواد معدنی، دامنه فعالیتهای مرکز در زمینه فرآوری تمام مواد معدنی، فلزی؛ غیرفلزی، کانیهای با ارزش و زغال‌سنگ می‌باشد.
در واحدهای آزمایشگاهی و نیمه صنعتی عملیات زیر انجام می‌گیرد:
§ سنگ شکنی و آسیا
§ دانه‌بندی: سرند، هیدروسیکلون، کلاسیفایر
§ روشهای جداسازی فیزیکی: ثقلی، مغناطیسی و الکتروستاتیکی
§ فلوتاسیون
§ هیدرومتالورژی
§ پیرومتالورژی
§ جدایش جامد – مایع
§ مطالعات زیست محیطی
§ بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی
§ پردازش داده‌ها
آزمایشگاهها و امکانات تحقیقات آزمایشگاهی
واحد آزمایشگاه مرکز قابلیت انجام آزمایشهای مختلف فرآوری انواع مختلف کانسنگهای فلزی، غیر فلزی و مواد معدنی گرانبها را دارا است. این بخش با بهره‌گیری از جدیدترین تجهیزات و روشهای فنی اهداف زیر را دنبال می‌نماید:
1- شناخت ترکیب مواد معدنی مختلف و بررسی مشکلات فرآوری آنها
2- توسعه مدارهای مورد نیاز برای فرآوری مواد معدنی
3- تولید نمونه و داده‌های مربوط به محصولات فرآوری برای انجام مطالعات امکان‌پذیری
4- شناسایی اثرات محتمل زیست محیطی در فرآوری مواد معدنی مختلف در مقیاس نیمه صنعتی
5- ارایه راهکارهایی برای کارخانه‌های فرآوری مواد معدنی در کاهش هزینه‌ها وافزایش کیفیت محصول با رعایت بهترین شرایط زیست محیطی
لازم به ذکر است که بررسی فرآوری مواد معدنی در آزمایشگاه می‌تواند مستقلاً و یا مرتبط با آزمایشهای واحد نیمه صنعتی صورت گیرد. زمانی که این واحد (نیمه صنعتی) فعال می‌باشد، امکانات آزمایشگاهی بعنوان پشتیبان عملیات نیمه صنعتی در زمینه آنالیز نمونه‌ها و محصولات فرآوری و راهگشایی برای مشکلات فنی احتمالی در فرآیند پیوسته در واحد نیمه صنعتی (پایلوت پلنت) می‌باشد.
به طور کلی چهار واحد اصلی آزمایشگاهی در مرکز وجود دارد:
1- آزمایشگاه کانی‌شناسی
2- آزمایشگاه شیمی تجزیه و محیط زیست
3- آزمایشگاه کانه آرایی
4- آزمایشگاه بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی
آزمایشگاه کانی‌شناسی
در این آزمایشگاه در مرحله اول با استفاده از تجهیزات پیشرفته، مطالعات کانی‌شناسی انجام گرفته و نتایج آن مبنای مطالعات فرآوری قرار می‌گیرد. در واقع پس از انجام بررسیهای دقیق شناسایی ترکیب و بافت ماده معدنی و پس از تعیین ناخالصی‌های همراه و همچنین وضعیت درگیری کانی یا کانه با ارزش با مواد باطله، روشهای مناسب فرآوری انتخاب و بهینه‌سازی می‌گردند. در این آزمایشگاه تجهیزات زیر برای انجام مطالعات کانی‌شناسی فراهم است:
- دستگاههای تهیه مقاطع صیقلی ونازک از نمونه‌های معدنی، شامل: دستگاههای قالب‌گیری، پرس و صیقل
- ابزار شناسایی خواص ظاهری کانیها شامل جعبه مقیاس سختی موس، ماوراء بنفش و میکروسکوپهای دو چشمی
- میکروسکوپ پلاریزان برای مطالعه مقاطع نازک و صیقلی و بررسیهای کانی شناسی نوری
- دستگاه الکترون میکرو آنالیزور (EPMA) برای تجزیه شیمیایی (عنصری) نمونه‌های معدنی
دستگاه پراش اشعه ایکس (XRD) برای بررسی کانی‌شناسی نمونه‌های مختلف
میکروسکوپ الکترونی با قابلیت آنالیز (تصویری – عنصری)، مجهز به نرم افزار نوین (QemScan)
دستگاههای تجزیه حرارتی و وزنی (DTA/TGA)
- امکانات مطالعات تکمیلی کانی‌شناسی شامل مایع سنگین، فلوتاسیون، انحلال و مغناطیسی
- دستگاههای تهیه نمونه برای آنالیز فلئورسانس و پراش اشعه ایکس
- دستگاههای اندازه‌گیری گرانروی
- تعیین مشخصات کانیهای صنعتی (سفیدی، مدول شکست، انقباض ، ......)
آزمایشگاه شیمی تجزیه و محیط زیست
در این بخش تجزیه شیمیایی و عنصری مواد معدنی توسط دستگاههای مجهز انجام می‌گیرد. البته این مطالعات بجز در مراحل فرآوری و شناسایی نمونه‌های بخشهای مختلف مدار پرعیارسازی، در مرحله اکتشافات نیز به کار می‌رود و لذا نمونه‌های برداشت شده از مناطق تحت اکتشاف نیز در این آزمایشگاه مورد آزمایش تجزیه شیمیایی قرار می‌گیرند. دستگاههای موجود در این بخش شامل موارد ذیل است:
- تجهیزات خردایش، نمونه‌گیری و آماده‌سازی نمونه
- فلورسانس اشعه ایکس (XRF)
- پلاسمای زوج القایی (ICP) و همچنین طیف سنجی نشر اتمی (AES)
- طیف سنجی جذب اتمی (AAS) با تجهیزات کوره گرافیتی و هیدراسیون
- دستگاه کروماتوگرافی گاز
- کوره انحلال امواج کوتاه
- دستگاه اندازه‌گیری کربن و گوگرد (لکو)
- امکانات آنالیز و شناسایی فلزات گرانبها
- دستگاه کروماتوگرافی یونی
- روش طیف سنجی نوری
- ظروف و لوازم مختلف حجم سنجی مانند ارلن، بورت، کندانسور، بالن و غیره
- ابزار و وسایل حرارتی نظیر کوره‌ها، حمامها، گرم‌کن و خشک‌کنها
آزمایشگاه کانه آرایی
این آزمایشگاه شامل تجهیزات مرتبط با بخشهای پذیرش و انبار نمونه‌های معدنی، آماده‌سازی، تعیین اندیسهای خردایش، سنگ شکنی، آسیا، دانه‌بندی، فلوتاسیون، جدایش فیزیکی (ثقلی، مغناطیسی و الکترواستاتیکی) هیدرومتالورژی و بخش جدایش جامد – مایع می‌باشد.
آزمایشگاه نانو - بایو تکنولوژی
امروزه در دنیا از نانوتکنولوژی بعنوان روند کلیدی و تأثیرگذار در علم، فناوری و صنعت یاد می‌شود، بویژه با همگرایی علوم در مقیاس نانو و تأثیر این فناوری در رشته‌های مختلف از جمله فرآوری مواد معدنی، زمینه ایجاد حوزه‌های بین رشته‌ای جدید در عرصه آموزش، تحقیقات و صنعت ایجاد شده است.
اکسیداسیون و انحلال میکروبی سنگهای معدنی بویژه سنگهای سولفیدی از جدیدترین جنبه‌های کاربرد میکروارگانیسمها به منظور افزایش بازیابی فروشویی و اکسیداسیون کانسنگهای کم عیار می‌باشد و در مورد کانسنگهای مس، طلا و اورانیوم از پیشرفت چشمگیری برخوردار بوده است. به طور کلی از روشهای میکروبی در فرآوری مواد معدنی در بخشهایی فلوتاسیون، فروشویی (لیچینگ)، پیرومتالورژی و تصفیه پسابها بیشترین بهره گرفته می‌شود. در همین راستا در مرکز تحقیقات فرآوری مواد معدنی تجهیزات و امکانات لازم برای تحقیقات مختلف در زمینه نانو و بیوتکنولوژی فراهم گردیده است، که برخی از آنها به قرار زیر است:
- محیط‌های کشت باکتریها و مواد لازم برای آن
- امکانات انجام فروشویی میکروبی به روشهای مختلف از جمله ستونی و همزنی
- انکوباتور
- سانتریفوژ
- تجهیزات خردایش و طبقه‌بندی مواد معدنی
- وسایل آماده سازی نمونه