كيف يتم تصميم عملية فصل المعادن التي تعتمد بشكل أساسي على التعويم في مناجم الذهب الكبريتي؟ تحليل شامل للمسار التقني ونظام المواد الكيميائية وتكوين المعدات
كيف يتم تصميم عملية فصل المعادن التي تعتمد بشكل أساسي على التعويم في مناجم الذهب الكبريتي؟ تحليل شامل للمسار التقني ونظام المواد الكيميائية وتكوين المعدات
تعد خامات الذهب الكبريتيدية أكثر أنواع خامات الذهب الصخرية شيوعًا. يتواجد الذهب في معادن كبريتيدية مثل الكبريتيت، والزرنيخيت، والكوبريتيت، وترتبط علاقة وثيقة بين الذهب والكبريتيدات — ومن ثم فإن منطق فصل هذه الخامات واضح جدًا: الذهب يتبع الكبريتيدات، وبإخراج الكبريتيدات إلى السطح، يتم تركيز الذهب.لذلك، فإن عملية التعويم هي المحور الرئيسي، وليس من دون سبب أن حوالي 80% من مناجم الذهب الصخرية في الصين تستخدم طريقة التعويم لاستخراج الذهب.
لكن «الاعتماد على عملية الفرز بالطفو بشكل أساسي» لا يعني «الاكتفاء بتركيب جهاز فرز بالطفو واحد فقط». تتضمن التكوينات التقنية لعملية الفرز بالطفو في مناجم الذهب الكبريتيدية التناغم بين أربعة مستويات، وهي: درجة دقة طحن الخام، ونظام المواد الكيميائية، وعدد مراحل الفرز بالطفو، ومصير الخام المركّز. يشرح هذا المقال بالتفصيل كيفية تكوين هذه العملية التقنية.
أولاً، تأكد أولاً: هل منجم الذهب الكبريتي الخاص بك مناسب لتكون عملية التعويم هي الطريقة الرئيسية؟
الشرط الأساسي لتطبيق طريقة «الاعتماد على عملية التعويم بشكل أساسي» هو: وجود علاقة تكافل واضحة بين الذهب والكبريتيدات، وأن تكون الكبريتيدات نفسها قابلة للتعويم. ويتم تحديد ذلك بناءً على ثلاث نقاط محددة:
أولاً، أنواع المعادن الحاملة للذهب.
تعد معادن الكبريتيد التي تحتوي على الذهب، مثل الكبريتيد الحديدي (البيتوميت) والزركونيت والكوبريت، جميعها مواد نموذجية للفلترة.يطفو الذهب مع المعادن الحاملة، ثم يُرسل المركز إلى عملية الصهر أو السيانيد. إذا كان الذهب في الغالب في حالة حرة، وكانت الصخور غير المفيدة بسيطة، ولا تحتوي على عناصر مسببة للتداخل، فإن معالجة الطين الكامل بالسيانيد مباشرةً تكون أكثر مباشرةً — وفي هذه الحالة، لا يُعد الانتقاء بالطفو خيارًا إلزاميًا.
ثانياً، حجم حبيبات الذهب المتناثرة.
في حالة خامات الذهب ذات الحبيبات الدقيقة، أو الخامات التي يرتبط فيها الذهب ارتباطًا وثيقًا بالكبريتيدات، يمكن لعملية الفرز بالطفو تركيز الذهب في خام الكبريتيدات المركّز، مما يمنع احتلال كميات كبيرة من الصخور غير الذهبية لأحواض النقع واستهلاك المواد الكيميائية عند استخدام عملية السيانيد على الخام الكامل. أما بالنسبة للذهب الحر ذي الحبيبات الخشنة جدًّا، فيجب النظر في استرداده مسبقًا عن طريق إعادة الفرز في دورة الطحن.
ثالثًا، حالة العناصر المسببة للتداخل.
في حالة الخامات المحتوية على الزرنيخ، يجب تثبيط تأثير الزرنيخيت أو إجراء عملية تعويم منفصلة لمركزات الزرنيخ والذهب؛ أما في حالة الخامات المحتوية على الكربون، فيجب تثبيط تأثير «اختطاف الذهب» بواسطة المواد الكربونية؛ وبالنسبة للخامات المتعددة المعادن المتعايشة، يجب النظر في ما إذا كان من الأفضل إجراء عملية تعويم منفصلة أم مختلطة. هذه العوامل تحدد بشكل مباشر نظام المواد الكيميائية وهيكل العملية.
هناك معيار واحد فقط للحكم على ذلك: أخذ عينات تمثيلية من الخام لإجراء تجارب التعويم المفتوحة/المغلقة، وترك البيانات المتعلقة بمعدل الاسترداد ونقاء الخام المركّز تتحدث عن نفسها. إن عدم إجراء التجارب والاعتماد مباشرةً على قائمة المواد الكيميائية الخاصة بالمنجم المجاور هو السبب الشائع لضعف كفاءة عملية التعويم.
ثانياً، درجة دقة الطحن: المتغير الأول في عملية التعويم
يحدد دقة الطحن درجة تفكك المعادن الحاملة للذهب، وهو المتغير الأول في معدل الاسترداد في عملية التعويم.
عدم كفاية درجة النعومة
لا ينفصل كبريتيد الذهب عن الصخور غير الذهبية، وتكون قابلية العناصر المترابطة للطفو ضعيفة، مما يؤدي إلى تسرب الذهب إلى المخلفات؛
الطحن المفرط
يؤدي الطحن المفرط للكبريتيدات إلى تحولها إلى طين، مما يقلل من انتقائية عملية التعويم، ويزيد من استهلاك المواد الكيميائية، ويؤدي بدوره إلى عدم القدرة على الحفاظ على درجة نقاء الخام المركّز.
يجب تحديد درجة دقة طحن خامات الكبريتيدات الذهبية من خلال تجارب الطحن + تجارب التعويم معًا، وعادةً ما يكون نقطة التوازن هي الانفصال الكامل للكبريتيدات الحاملة للذهب دون توليد كميات كبيرة من الطين المعدني الثانوي.بالنسبة للخامات ذات التوزيع الحبيبي الخشن، يمكن استخدام الطحن والفرز على مراحل — حيث يتم الطحن الخشن أولاً ثم التعويم والتخلص من النفايات، ثم إعادة طحن الخام المركّز الخشن وإعادة فرزه، مما يقلل من الإفراط في الطحن.
يتم تنفيذ عملية الطحن والتصنيف باستخدام دورة مغلقة تضم مطحنة كروية مع جهاز تصنيف حلزوني أو جهاز دوامي هيدروليكي، حيث يتم إرسال المسحوق الناعم الذي يستوفي المعايير إلى عملية التعويم، بينما يتم إعادة الرمل الخشن إلى عملية الطحن مرة أخرى. يتم اتباع مبدأ «الكسر الكثيف والطحن القليل»، بحيث تقوم مرحلة التكسير بمعظم العمل، بينما تستهلك مرحلة الطحن كمية أقل من الكهرباء.
ثالثًا: نظام المواد الكيميائية: المتغير الأساسي لفعالية عملية التعويم
يحدد نظام المواد الكيميائية انتقائية عملية التعويم، وهو العنصر الأهم في تصميم عملية التعويم لخام الذهب الكبريتي، وينقسم إلى أربع فئات من المواد الكيميائية:
1. عوامل تعديل درجة الحموضة (pH).
يُستخدم عادةً الجير أو كربونات الصوديوم لتعديل درجة الحموضة (pH) لملاط الخام من أجل التأثير على الشحنة السطحية للمعادن وتفاعل المواد الكيميائية. كما أن للجير دور في تثبيط الصفيح وتثبيت الرغوة، ويجب تحديد الكمية المستخدمة من خلال التجارب — حيث إن الإفراط في الكمية يؤدي إلى تثبيط كبريتيدات الذهب نفسها.
2. عوامل التنشيط/المثبطات.
تُستخدم عوامل التنشيط (مثل كبريتات النحاس) لتنشيط الكبريتيدات المكبوتة؛ بينما تُستخدم عوامل التثبيط لتثبيط المعادن غير المفيدة أو الزرنيخ أو المواد الكربونية.في حالة الخامات المحتوية على الزرنيخ، يلزم تثبيط الزرنيخ أو فصل تركيز الذهب والزرنيخ عن طريق التعويم بشكل منفصل؛ أما في حالة الخامات المحتوية على الكربون، فيلزم تثبيط تأثير الكربون في استخلاص الذهب. ويحدد اختيار المثبطات وكميتها بشكل مباشر درجة نقاء التركيز.
3. عوامل التجميع.
يُفضل استخدام مركبات الكسانتين (إيثيل، بوتيل، إيزوبوتيل) أو مركبات الكبريت والنيتروجين كعوامل امتصاص للذهب الموجود في الخامات الكبريتيدية، حيث تتمتع بقوة امتصاص عالية لهذه الخامات.وعندما يتعذر على عامل التجميع الفردي تحقيق التوازن بين معدل الاسترداد والانتقائية، يتم استخدام تركيبة من عامل التجميع الرئيسي + عامل التجميع المساعد: حيث تحافظ مركبات الكبريتيد على معدل الاسترداد، بينما تعمل كمية قليلة من الإسترات أو الزيوت المحايدة على تحسين قدرة التجميع للذهب ذي الحبيبات الدقيقة والكتل المترابطة. ويجب تحديد نسب التركيبة من خلال اختبارات التعويم.
4. عوامل تكوين الرغوة.
يؤثر زيت الصنول وزيت MIBC على بنية الرغوة واستقرارها. فإذا كانت الرغوة هشة جدًّا، يسهل تساقط الخام المركّز منها، أما إذا كانت لزجة جدًّا، فإنها تحمل معها الصخور غير المفيدة، مما يؤدي إلى انخفاض درجة النقاء.
كما أن نقاط إضافة المواد الكيميائية وتسلسل إضافتها أمران حاسمان: تُضاف مواد تعديل درجة الحموضة (pH) أولاً، وبعد أن تؤدي مفعولها بشكل كامل تُضاف عوامل التجميع ومواد تكوين الرغوة؛ ويجب أن يكون توزيع المواد الكيميائية في مراحل الفرز الأولي والفرز التمهيدي والفرز النهائي متدرجًا، حيث تُضاف عوامل التجميع بشكل إضافي في مرحلة الفرز التمهيدي للحفاظ على معدل الاسترداد، بينما تُضاف كميات قليلة أو لا تُضاف على الإطلاق في مرحلة الفرز النهائي للحفاظ على درجة النقاء.يجب تحسين نظام المواد الكيميائية من خلال تجارب التعويم في الدائرة المفتوحة/المغلقة، ولا يمكن تطبيق نموذج جاهز.
رابعاً، هيكل العملية: كيفية تنسيق مراحل الفرز الأولي والفرز التمهيدي والفرز النهائي
تتراوح التكوينات الشائعة لهيكل عملية التعويم لخامات الكبريتيد الذهبي بين مرحلة أولية واحدة، ومرحلتين من التصفية الدقيقة، ومرحلتين من التصفية التمهيدية وصولاً إلى «مرحلة أولية واحدة، وثلاث مراحل من التصفية الدقيقة، وثلاث مراحل من التصفية التمهيدية»، ويتم تحديد العدد المحدد للمراحل وفقًا لمتطلبات قابلية الخام للتعويم ونقاوته:
- الفرز الأولي: ضمان معدل الاسترداد، وإبقاء كبريتيدات الذهب عائمة قدر الإمكان؛
- الفرز التمهيدي: استرداد الكتل المترابطة والذهب ذي الحبيبات الدقيقة من مخلفات الفرز الأولي، وتحدد عدد مرات الفرز التمهيدي درجة نقاء المخلفات؛
- التنقية الدقيقة: تهدف إلى رفع درجة نقاء الخام المركّز، حيث يؤدي الإفراط في عدد مرات التنقية الدقيقة إلى انخفاض معدل الاسترداد، بينما يؤدي قلة عددها إلى عدم ارتفاع درجة النقاء؛
- إعادة المواد المتوسطة: يجب أن يكون موقع إعادة المواد المتوسطة (مخلفات التكرير الدقيق، ومخلفات التصفية) مناسبًا، لتجنب تراكم التكتلات ذات القابلية للطفو الضعيفة في الدورة، مما يؤدي إلى عدم استقرار العملية.
بالنسبة للخامات المتعددة المعادن المتعايشة، يجب اختيار إما «الفلترة التفضيلية» (فلترة النحاس أولاً ثم الكبريت، إلخ) أو «الفلترة المختلطة» (فلترة النحاس والكبريت معاً، ثم فصل الخامات النقية)، اعتماداً على محتوى كل معدن، والاختلافات في قابلية التعويم، ومتطلبات الصهر، ويجب تحديد ذلك من خلال التجارب المقارنة.
مطابقة معلمات معدات التعويم: تؤثر كمية الهواء المُضخَّم في آلة التعويم، وسرعة دوران الدوار، وعمق الحوض على تعليق الملاط وحالة الرغوة.فيما يتعلق باختيار نوع المعدات، فإن آلة التعويم ذاتية الشفط من طراز SF مناسبة للمرحلة الأولية من الانتقاء الأولي والانتقاء التمهيدي (دون الحاجة إلى معدات شفط إضافية)، بينما تعد آلات التعويم المزودة بنظام التهوية من طراز XCF/KYF مناسبة لتكوين أحواض التعويم ذات التدفق المستمر الكبيرة الحجم، أما طرازا BF وJJF فيتم اختيارهما وفقًا لمتطلبات سعة المعالجة وكمية الهواء. ويمكن تجميعها لتشكيل وحدات الانتقاء الأولي والانتقاء التمهيدي والانتقاء الدقيق.
خامساً: إلى أين تذهب الخامات المركزة الناتجة عن عملية التعويم: الصهر أم السيانيد
الانتقاء بالطفو هو مجرد وسيلة للتركيز، ويحدد مصير الخام المركّز سلامة الخط بأكمله:
المسار الأول: إرسال الخام المركّز إلى عملية الصهر.
يُباع خام الذهب المركّز مباشرةً إلى مصانع الصهر، وهو المسار الأقصر والأقل تكلفةً من حيث الاستثمار، ومناسب للمشاريع التي تتميز بخام مركّز عالي الجودة وظروف نقل جيدة. ويتطلب ذلك استخدام آلة التكثيف وآلة الترشيح بالضغط لإزالة الماء، بحيث يستوفي كعك الترشيح لخام مركّز متطلبات النقل.
المسار الثاني: معالجة الخام المركّز بالسيانيد.
يتم إعادة طحن الخام المركّز ثم تعريضه لعملية الاستخلاص بالسيانيد (CIL/CIP) لاستعادة الذهب.وهذا المسار مناسب للمشاريع التي تحتوي الخام المركّز على الزرنيخ أو الكربون وتحتاج إلى معالجة مسبقة، أو التي ترغب في إنتاج ذهب عالي الجودة في الموقع. وبالمقارنة مع عملية السيانيد على الخام الكامل، تنخفض سعة معالجة السيانيد للخام المركّز بشكل كبير، كما أن أحواض الاستخلاص ومعدات التحليل الكهربائي صغيرة الحجم وتكلفتها منخفضة، وهو المسار المشترك الشائع في مناجم الذهب الكبريتي «الانتقاء + السيانيد».
الطريقة الثالثة: عملية السيانيد بعد المعالجة المسبقة للخام المركّز.
في حالة الخامات المركزة الصعبة المعالجة التي تحتوي على الزرنيخ والكربون، يتم أولاً فك الترابط باستخدام مواد كيميائية حصرية، أو التحميص، أو الأكسدة تحت الضغط، أو الأكسدة الحيوية، ثم يتم معالجتها بالسيانيد. وتظهر قيمة عملية الانتقاء هنا بشكل كامل — حيث يتم تقليص كمية الخام الخام الكبيرة التي تحتاج إلى معالجة مسبقة إلى كمية صغيرة من الخام المركّز، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في استثمارات المعالجة المسبقة وتكاليف المعالجة.
وإذا كان الذهب الحر ذو الحبيبات الخشنة يتواجد في الخام جنبًا إلى جنب مع كبريتيدات الذهب ذات الحبيبات الدقيقة، فيمكن أيضًا تزويد دائرة الطحن بجهاز فصل مركزي لاسترداد الذهب ذي الحبيبات الخشنة مسبقًا، مما يشكل عملية مشتركة تتمثل في «الفرز بالجاذبية + التعويم (+ السيانيد)»، مما يتيح «استرداد مبكر وكبير» للذهب ذي الحبيبات الخشنة، وتجنب فقدانه بسبب الطحن المفرط.
سادساً: قائمة تكوين المعدات الكاملة
خط إنتاج كامل يعتمد بشكل أساسي على التعويم لخام الذهب الكبريتي (على سبيل المثال، معالجة 200-500 طن يوميًا):
مرحلة التكسير والطحن:
مغذي اهتزازي → كسارة فكية (تكسير خشن) → كسارة مخروطية (تكسير متوسط ودقيق) → غربال اهتزازي دائري → مطحنة كروية (المرحلة الأولى من النوع الشبكي + المرحلة الثانية من النوع الفائض) → جهاز تصنيف حلزوني/دوار مائي في دائرة مغلقة.
مرحلة تحضير الملاط وإضافة المواد الكيميائية:
خليط الملاط في خزان الخلط → نظام تحضير وإضافة المواد الكيميائية (إضافة مواد تعديل درجة الحموضة، ومواد التنشيط، والمثبطات، ومواد التجميع، ومواد تكوين الرغوة في نقاط محددة).
مرحلة الانتقاء:
وحدة آلات الانتقاء (الانتقاء الأولي، الانتقاء التمهيدي، الانتقاء الدقيق، مع تحديد عدد المراحل بناءً على الاختبارات) → مضخة إعادة الخام المتوسط → خزان الخام المركّز.
مرحلة تجفيف الخام المركّز:
جهاز التكثيف → آلة الترشيح باللوح والإطار (يُباع كعك الترشيح للخارج أو يُنقل إلى مرحلة التصنيع بالسيانيد).
مرحلة معالجة المخلفات:
جهاز تكثيف المخلفات → آلة الترشيح بالضغط (التصريف الجاف للمخلفات) → نظام إعادة المياه.
ثلاثة معايير أساسية لتكوين المعدات:
أولاً، يجب أن يتولى فريق واحد الإشراف على كل من العملية والمعدات. لا يمكن تحديد مواصفات آلات التعويم وتكوين الوحدات إلا بعد تحديد عدد مراحل التعويم ونظام المواد الكيميائية. إذا كان هناك انفصال بين تصميم العملية وتصنيع المعدات، فستظهر مشكلة «عدم تطابق معلمات المخططات مع أداء المعدات».
ثانياً، التخصيص وفقاً لخصائص الخام. يجب ترقية بطانات الكسارات، وبطانات المطاحن الكروية، وأجزاء التدفق في آلات الانتقاء إلى سبائك عالية الكروم أو مطاط مقاوم للتآكل في حالة الخامات عالية السيليكون ذات الطبيعة الكاشطة؛ ويجب تخصيص منافذ للمعالجة المسبقة في عمليات معالجة الخامات المحتوية على الزرنيخ والكربون؛ كما يجب تزويد المشاريع الخارجية بمجموعات مولدات تعمل بالديزل، واستخدام نظام التشغيل التدريجي لتقليل صدمة تيار التشغيل.
ثالثًا، التزويد بمجموعات متكاملة أفضل من التجميع العشوائي. عندما تأتي آلات الانتقاء، وأحواض الخلط، وأنظمة إضافة المواد الكيميائية، وآلات التكثيف من مصنعين مختلفين، فإن عدم توافق الوصلات والمعلمات يؤثر على استقرار عملية الانتقاء. يضمن التزويد بمجموعات متكاملة التناغم بين أنظمة التشغيل، كما يحدد جهة مسؤولية واحدة في حالة حدوث أي مشكلة.
سابعاً: تسلسل فحص مؤشرات التعويم غير المثالية
في حالة ضعف كفاءة عملية التعويم في الموقع، يجب إجراء التحقق وفقًا للتسلسل التالي:
- فحص الخام: التحقق مما إذا كانت خصائص الخام قد تغيرت (معدل الأكسدة، التحول إلى طين، أنواع الكبريتيدات)، وأخذ عينات من الخام لإعادة الفحص؛
- فحص عملية الطحن: هل دقة الطحن تفي بالمعايير، وهل كفاءة التصنيف طبيعية، وهل هناك طحن مفرط أدى إلى التحول إلى طين؛
- فحص المواد الكيميائية: هل نوع وكمية عوامل التجميع متوافقة، وهل نقاط وتسلسل إضافة المواد الكيميائية معقولة، وهل درجة الحموضة (pH) مستقرة؛
- فحص العملية: عدد مراحل التعويم، وإعادة الخام المتوسط، وما إذا كانت هناك حاجة إلى إزالة الطين؛
- وأخيرًا، فحص المعدات: كمية الهواء المُضخَّم، وسرعة الدوران، وحالة الخزانات.
التعديلات الموجهة أكثر اقتصادية من استبدال المعدات بشكل عشوائي — في العديد من حالات «ضعف كفاءة التعويم»، تكمن المشكلة في درجة دقة الطحن ونظام المواد الكيميائية، ولا يحل استبدال آلة التعويم المشكلة الجوهرية.
ثامناً: مرجع الاستثمار ودورة المشروع
التقدير التمهيدي للاستثمار: تختلف تركيبة معدات خط الانتقاء عن خطوط CIP/CIL، لذا يجب حساب الأسعار بشكل منفصل وفقًا لخطة العملية. يمكن استخدام مجموعة المعدات الرئيسية لخطوط CIP/CIL كمرجع (بالآلاف من الدولارات الأمريكية، لا تشمل الأعمال الإنشائية والتركيب واللوجستيات والمواد المساعدة):تبلغ التكلفة اليومية لمعالجة 100 طن حوالي 350,000 - 500,000، و200 طن حوالي 450,000 - 750,000، و300 طن حوالي 600,000 - 900,000، و500 طن حوالي 900,000 - 1,350,000.يتراوح استثمار خط الإنتاج المشترك «الانتقاء + معالجة الخام المركز بالسيانيد» بين تكلفة خط الانتقاء البحت وخط معالجة الطين الكامل بالسيانيد، ويُعتبر عرض الأسعار الخاص بالمخطط هو المعيار المحدد.
مدة المشروع: عادةً ما تتراوح بين 8 و15 شهراً —— تصميم العمليات والحلول التقنية 7-15 يوماً → التصميم الهندسي 20-30 يوماً → تصنيع المعدات 60-120 يوماً → النقل 30-60 يوماً → التركيب والتشغيل التجريبي 60-150 يوماً.تتطلب الخامات الصعبة المعالجة التي تحتوي على الزرنيخ والكربون إضافة مراحل تجريبية ومعالجة مسبقة، مما يؤدي إلى إطالة المدة وفقًا لذلك.
تاسعاً: يعتمد المشروع بشكل أساسي على عملية التعويم، مع مجموعة ثلاثية تتألف من «المواد الكيميائية + العملية + المعدات»
يعتمد استخلاص خام الذهب الكبريتي بشكل أساسي على عملية التعويم، وهذا الاتجاه صحيح، لكن فعالية التعويم تعتمد على التناغم بين ثلاثة عوامل: دقة طحن الخام لضمان التفكك، ونظام المواد الكيميائية لضمان الانتقائية، وهيكل العملية لضمان معدل الاسترداد ونقاء الخام. إذا انقطع التناغم بين أي من هذه العوامل الثلاثة، فلن تتمكن آلة التعويم من تحقيق المؤشرات المطلوبة مهما كانت جودتها.
التسلسل الصحيح هو: أخذ عينات تمثيلية من الخام → إجراء تجارب التعويم في الدائرة المفتوحة/المغلقة لتحسين نظام المواد الكيميائية وعدد مراحل العملية → تجهيز مجموعة كاملة من معدات التعويم وفقًا لمعلمات التجارب → تحديد وجهة الخام المركّز (الصهر أو السيانيد) → إقامة مهندس في الموقع لإجراء التشغيل التجريبي وتحسين المعلمات.
إذا كان لديك خام ذهب كبريتي، وكانت نسبة الاسترداد بالانتقاء أو درجة نقاء الخام المركّز غير مرضية، أو كنت تخطط لإنشاء خط إنتاج يعتمد على الانتقاء بشكل أساسي، فنرحب باتصالك بـ GoldProcessingPlant لإجراء تحليل العينات وتجارب الانتقاء، من أجل إيجاد حلول من خلال نظام المواد الكيميائية وهيكل العملية.