فصل المعادن (Separation of Minerals) عن بعضها البعض هومجال رئيسى من مجالات هجريز الخامات. ويعتمد فصل المعادن عن بعضها البعض، تمهيداً لاستخلاص الفلزات منها، على اختلاف خواصها الطبيعية والطبيعية-الكيميائية. من بين الخواص الطبيعية المستغلة بكثرة في عمليات الفصل الثقل النوعى والخواص المغناطيسية والخواص الكهربية الساكنة والنشاط الإشعاعى. وتعتمد طرق الفصل الطبيعية-الكيميائية على خواص المعادن السطحية، وهى طرق محدودة الفاعلية ولكنها غير مكلفة وسريعة. ولكل خاصية تعتمد عليها عملية من عمليات الفصل حجم مثالى لجسيمات الخامة المُغَذَّاة تتعاظم عنده فاعلية العملية. وتستخدم عادة أكثر من طريقة لإنجاز عملية الفصل.

الاسترداد والدرجة

الاسترداد والدرجة هما مَعْلَمَان مهمان في أى عملية فصل. الاسترداد هوالنسبة المئوية من الفلز الثمين التى تم استردادها في الركاز. والدرجة هى محتوى الفلز في الركاز معبراً عنه بالنسبة المئوية. توجد علاقة عكسية بين الاسترداد والدرجة. فللحصول على ركاز عالى الدرجة، يرتفع الفاقد من الفلز القيم في النفايات وبالتالى ينخفض الاسترداد. وتوجد علاقة طردية بين قيمة الركاز ودرجته، لأن تكلفة استخلاص الفلز من الركاز تُحدَد بشكل كبير بتكلفة التخلص من الشوائب الموجودة فيه. وبالتالى يُلتَمَس التوفيق بشكل عام بين قيمة الفلز المفقود في النفايات وسهولة معالجات الركاز اللاحقة.

الخواص التي يعتمد عليها فصل المعادن

اللون والمظهر العام

يُعد الالتقاط اليدوى أبسط طرق الفصل ويستخدم أحياناً لإزالة إما المواد الغنية أوالنفايات من الخامة أثناء مرورها على السير الناقل. يتيح الاختلاف في لون ومظهر المعدن المطلوب عن النفايات امكانية استغلال ذلك لإجراء الفصل يدوياً ويمكن ذلك لكتل الخامات المتوسطة الحجم.

الصلادة

تستخدم صلادة المادة أحياناً لإنجازعملية الفصل بالغربلة، وذلك عند التصاق المعادن الثمينة بالشوائب المعدنية. يتم الفصل بسحق الخامة، فيسحق المعدن الرِخْوسحقاً تفضيلياً، في حين يستعيد المعدن الأصلد حجمة الأصلى. فتؤدى الغربلة إلى فصل الركاز الغنى بالمعدن الأصلد على سطح الغربال بينما تتساقط بتر المعدن الرخومن فتحات الغربال.

الثقل النوعي

يتيح الاختلاف في الثقل النوعى للمعادن طريقة بسيطة لفصلها. ويستخدم لذلك عدة معدات صناعية مثل الخضاضة الميكانيكية واللوح الهزاز. يتكون الأخير من سطح يشبه المنضدة يميل قليلاً عن المستوى الأفقى، وله حركة ترددية تدفع اللوح في إتجاه المحور الطويل فتسبب انتنطق المعادن الثقيلة لنهاية اللوح، بينما تنجرف المعادن الأخف على السطح المنزلق بعمل الماء. الوسط الثقيل أيضا من طرق الفصل بالثقل النوعى وتعتمد على قدرة الجسيمات الناعمة الثقيلة، المعلقة في الماء، على العوم. وتستخدم فيها جسيمات ناعمة من مادة ثقيلة نسبياً مثل المگنتيت والماء. يتصرف خليط المگنتيت والماء كما لوكان مائعاً ذوثقل نوعى ظاهرى أقل من المعدن المراد هجريزه وأعلى من الشوائب المعدنية. فتنفصل الخامة المفتتة إلى منتج مترسب وآخر عائم يفصل بينهما الوسط الثقيل. طرق الفصل الحلزونية ويستخدم فيها حوض حلزوني ذوقاع منحني، يعهد ب"حلزون همفري" نسبة لمخترعه. وعند تغذيته بخليط من الماء والخامة تتعلق المواد الخفيفة بسهولة في الماء ومن ثم تُدفع لخارج الحلزون، بينما تميل الجسيمات الأثقل للبقاء على مقربة من القاع داخل الحوض. المدومات المائية ويتم فيها الفصل اعتماداً على مبدأ الدوامة. التصويل الهوائى ويستخدم لفصل المعادن الخفيفة مثل الميكا والأسبستوس عن الشوائب الثقيلة.

الخواص المغناطيسية

الفصل المغناطيسى هوطريقة فعالة لهجريز الكثير من المعادن المحتوية على الحديد.

الخواص الكهربية الساكنة

تستعمل هذه الطرق قوة المجال الكهربى الساكن لإنجاز عملية الفصل بين معادن مختلفة الخواص الكهربية.

الخواص الحرارية

عند تعرض خليط من المعادن لتأثير إشعاع حرارى لمدة معينة من الوقت يتم تسخين انتقائي لبعض المعادن ولا تتأثر معادن أخرى، فيتم فصل الشوائب المسخنة بإمرارها على سير ناقل، مطلى براتينج حرارى التلدن، حساس للحرارة ، فتلتصق المعادن المسخنة بالسير فيحملها معه وبذلك يمكن فصلها عن المعادن الأخرى.

النشاط الإشعاعى

تُستخدم هذه الطريقة لفصل المعادن المشعة مثل معادن اليورانيوم والثوريوم. تتكون وحدة الفصل من "أنبوبة گايگر" أوكشَّاف للوَمَضَات، ودائرة تكوين وتضخيم نبضات، وتجهيزات ميكانيكية أخرى مثل تيار هوائى ينشط بإشارة إلكترونية لتحريك بتر الصخر عالية الدرجة من مسارها أثناء سقوطها الحر مما يؤدى لفصل المعادن عن بعضها.

الضيائية

وحدة الفصل المبنية على هذه الخاصية تستخدم لهجريز الماس خاصة وتعتمد على لمعان الماس عند سقوط حزمة من الأشعة السينية عليه فيتم تحديده ويفصل بتسليط نفاث هوائى عليه فيحركه بعيداً عن الشوائب الأخرى.

الخواص السطحية

هذه الخواص هى الأساس لعملية التعويم – أبرز عمليات الهجريز الحالية – وبها تُركَّز عدد خامات أكثر من أى طريقة أخرى. وتعتمد على القدرة على إبقاء بعض المعادن غير مبتلة بالماء بشكل انتقائى بينما تبتل معادن أخرى، فتلتصق الجسيمات الغير مبتلة بفقاعات الهواء فتحملها معها إلى السطح ومن ثم تُنقل مُرَكَّزَة مع الرغوة. أما الجسيمات المبتلة فلا تلتصق بفقاعات الهواء وتظل في الأسفل. تخضع الجسيمات الموجودة في الرغوة بعد ذلك للترشيح للحصول على الركاز. لا يقتصر التعويم على المعادن التى لا تذوب في الماء، فيمكن أيضاً فصل الأملاح الذوابة في الماء.

التعويم

يعتمد التعويم Dissolved air flotation على المبادىء الآتية:

• التبلل الانتقائى للمواد الصلبة. يوصف سطح المعدن بأنه إما محب للماء مثل الزجاج أوكاره للماء مثل سطح البارافين.

• الالتصاق الانتقائى لفقاعات الهواء بالمواد الصلبة. يتم ذلك حسب زاوية التلامس بينهما. والقاعدة هنا حتى المعدن المحب للماء لا يُعَوَّم لعدم قدرته على الالتصاق بفقاعات الهواء، أما المعدن الكاره للماء فيلتصق بفقاعة هواء ويعوم معها.

تعديل سطح المعادن

لجعل جسيمات المعدن الناعمة الطحن غير مبتللة تُقَلَّب الخامة في ماء محتوٍ على مادة كيميائية تسمى المُجَمِّع. أثناء ذلك تتفاعل الكيماويات مع سطح المعادن المراد تعويمها كى تكون سطح مُنْفِر للماء يشبه البارافين وتعهد عملية الالتصاق بسطح المادة الصلبة هذه بالامتزاز. عند إضافة هذه المجمعات بنسبة ضئيلة (5 إلى 100 جزء في المليون بالنسبة للخامة) يمكن تنشيط عملية التعويم.

المُجَمِّعات

المُجَمِّعات مركبات عضوية تحتوى على الكبريت أوالفوسفور أوالنيتروجين أوالزرنيخ. وتعتمد طبيعتها الكيميائية على طبيعة سطح المعدن المراد تعويمه، وللمجمعات نوعان رئيسيان:

• أنيونية. وتنقسم إلى مجموعتين: المجمعات المحتوية على مجموعة SH-، وتعهد باسم المِرْكَبْتُوأوالثيول أومجموعة الكبريتيد الحمضى والمجمعات المحتوية على مجموعة الهيدروكسيد (OH-). ينتشر استخدام الكواشف الأنيونية بكثرة وعلى نطاق واسع لجدواها الاقتصادية.

• كاتيونية. هذه المجمعات قواعد عضوية مثل الأمينات، وهى فعالة في الأوساط الحامضية الضعيفة فقط.

المجمعات الشائعة الاستعمال هى الزنتات وهى أملاح حمض الصفراويك (الزانثيك). وباختصار تستخدم المجمعات الأنيونية المحتوية على مجموعة الكبريتيد الحمضى (SH) لتعويم خامات الكبريتيدات، بينما تستخدم المجمعات الكاتيونية المحتوية على مجموعة الهيدروكسيد (OH) لكافة المعادن الأخرى.

الكواشف الأخرى

تستخدم بالإضافة للمُجَمِّعَات كواشف أخرى للتعويم، مثل المُرَغِّيَات والمُكَيِّفَات والمُنَشِّطَات والمثبطات ولكل منها وظيفة خاصة تساهم بها في بعض عمليات الفصل.

معدات التعويم

تتوفر معدات التعويم في نوعين رئيسيين: أحواض التقليب وفيها تعوم المعادن بتكوين بفقاقيع الهواء داخل خلية التعويم بتقليب ميكانيكى، وأعمدة الفصل ولا يستخدم فيها تقليب ميكانيكى، ولكن يحدث إتصال بين التيارات المتضادة لروبة المعدن الهابطة وفقاعات الهواء الصاعدة يتم فيه تفاعل للفقاقيع مع المعادن. وأعمدة التعويم أكثر فاعلية في فصل الجسيمات الناعمة من أحواض التقليب.

انظر أيضا

• فهم الفلزات
• استخلاص الفلزات
• هجريز الخامات
• تحرير المعادن

انظر أيضاً

• كيمياء تحليلية
• هندسة كيميائية
• متالورجيا استخلاصية
• العمليات الموحدة

المصادر

• F. Habashi, Metals from Ores. An Introduction to Extractive Metallurgy, Métallurgie Extractive Québec, Québec City, Canada 2003.