تحدث جميع المعادن والمواد غير العضوية الأخرى التي تم استغلالها تقريبًا كمركبات تشكل المعادن التي تتكون منها قشرة الأرض. لقد ركزت القوى والعمليات التي شكلت سطح الأرض هذه المعادن بكميات مختلفة على نطاق واسع. عندما يكون هذا التركيز كبيرًا بدرجة كافية بحيث يمكن استغلال المعدن واستعادته اقتصاديًا ، يُشار إلى الرواسب على أنها خام أو جسم صلب. ومع ذلك ، فحتى في هذه الحالة ، لا تتوفر المعادن عادة في شكل نقاء ضروري للمعالجة الفورية للمنتج النهائي المطلوب. كتب Agricola (1950) في عمله في القرن السادس عشر حول معالجة المعادن: "عادةً ما تخلق الطبيعة معادن في حالة نجسة ، ممزوجة بالتراب والأحجار والعصائر الصلبة ، من الضروري فصل معظم هذه الشوائب عن الخامات بقدر الإمكان. كن قبل أن تصهر.
يجب أولاً فصل المعادن الثمينة عن المعادن التي ليس لها قيمة تجارية ، والتي تسمى العصابة. تشير معالجة الركاز إلى هذه المعالجة الأولية للمواد الملغومة لإنتاج مركز معدني بدرجة عالية بما يكفي لمعالجتها بشكل مرضٍ إلى المعدن النقي أو أي منتج نهائي آخر. يتم استغلال الخصائص المختلفة للمعادن التي يتكون منها الخام لفصلها عن بعضها البعض من خلال مجموعة متنوعة من الطرق الفيزيائية التي تترك التركيب الكيميائي للمعادن بشكل عام دون تغيير. (تمت مناقشة معالجة الفحم على وجه التحديد في مقالة "تحضير الفحم")
التكسير والطحن
سيعتمد حجم الجسيمات التي تصل إلى مصنع المعالجة على عملية التعدين المستخدمة ونوع الخام ، ولكنها ستكون كبيرة نسبيًا. التقطيع، يتم إجراء التخفيض التدريجي في حجم جزيئات الخام المتكتل لسببين: لتقليل حجم المواد إلى حجم أكثر ملاءمة وتحرير المكون القيم من مواد النفايات كخطوة أولى نحو فصلها واستعادتها بشكل فعال. من الناحية العملية ، يتكون التكسير عادة من تكسير مادة أكبر حجمًا ، يليها تكسير المواد إلى أحجام أصغر عن طريق قلبها في مصانع الصلب الدوارة.
الساحق
لا يمكن الانتقال من كتل كبيرة جدًا إلى مواد دقيقة في عملية واحدة أو باستخدام جهاز واحد. وبالتالي ، عادة ما يكون التكسير عملية جافة تتم عادةً على مراحل يتم تحديدها على أنها أولية وثانوية وثالثية.
تقوم الكسارات الأولية بتقليل الخام من أي شيء يصل حجمه إلى 1.5 متر إلى 100 إلى 200 ملم. تطبق آلات مثل الكسارات الفكية والدائرية قوة الكسر على الجزيئات الكبيرة ، مما يؤدي إلى كسر الركاز عن طريق الضغط.
في الكسارة الفكية ، يقع الخام في فراغ على شكل إسفين بين لوح تكسير ثابت ومتحرك. يتم قضم المواد وعصرها حتى تنكسر وتحرر ثم تقضم مرة أخرى لأسفل مع فتح الفكين وإغلاقهما ، حتى تهرب أخيرًا من خلال الفجوة الموضوعة في الأسفل.
في الكسارة الدورانية ، يحمل المغزل الطويل عنصر طحن مخروطي ثقيل من الصلب الصلب والذي يتحرك بشكل غير مركزي بواسطة جلبة محمل سفلية داخل حجرة التكسير أو الغلاف. يتم إنتاج الحركة النسبية لأوجه التكسير عن طريق دوران المخروط المركب بشكل غريب الأطوار مقابل الغرفة الخارجية. عادةً ما يتم استخدام هذا الجهاز في الأماكن التي تتطلب سعة إنتاجية عالية.
يقلل التكسير الثانوي من حجم الجسيمات إلى 5 إلى 20 مم. الكسارات المخروطية واللفائف والمطارق هي أمثلة على المعدات المستخدمة. الكسارة المخروطية عبارة عن كسارة دائرية معدلة ذات مغزل أقصر غير معلق ، ولكنه مدعوم بمحمل أسفل الرأس. تتكون الكسارة الأسطوانية من أسطوانتين أفقيتين تدوران باتجاه بعضهما البعض ، حيث تقوم البكرات بسحب الخام إلى الفجوة بينهما وبعد رشفة واحدة تفريغ المنتج. مطحنة المطرقة هي مطحنة كسارة نموذجية. يتم التقطيع عن طريق تأثير الضربات الحادة التي يتم تطبيقها بسرعة عالية بواسطة مطارق متصلة بدوار داخل مساحة العمل.
طحن
يتم إجراء الطحن ، وهو آخر مرحلة من مراحل التكسير ، في أوعية أسطوانية فولاذية دوارة تُعرف باسم طواحين التدوير. هنا يتم تقليل الجزيئات المعدنية إلى ما بين 10 و 300 ميكرومتر. يتم إضافة وسيط طحن ، مثل الكرات الفولاذية أو القضبان أو الحصى (كتل خام مسبقة الحجم أكبر بكثير من التغذية السائبة للمادة) ، إلى المطحنة بحيث يتم تكسير الخام إلى الحجم المطلوب. يسمى استخدام الحصى طحن ذاتي المنشأ. عندما يكون نوع الخام مناسبًا ، يمكن استخدام الطحن السطحي (ROM). في هذا الشكل من الطحن الذاتي ، يتم تغذية تيار الخام بالكامل من المنجم مباشرة إلى المطحنة دون التكسير المسبق ، حيث تعمل الكتل الكبيرة من الخام كوسيط للطحن.
يتم تحميل المطحنة بشكل عام بالخام المسحوق ووسط الطحن إلى أقل من النصف بقليل. أظهرت الدراسات أن الكسر الناتج عن الطحن هو مزيج من الصدمات والتآكل. تُستخدم بطانات المطحنة لحماية غلاف المطحنة من التآكل ، وبحسب تصميمها ، لتقليل انزلاق وسائط الطحن وتحسين جزء الرفع والتأثير في الطحن.
هناك الحجم الأمثل الذي يجب أن يطحن فيه الخام للفصل الفعال واستعادة المكون القيّم. يؤدي الاستفزاز إلى تحرير غير كامل وضعف الانتعاش. يزيد الطحن المفرط من صعوبة الفصل ، بالإضافة إلى استخدام فائض من الطاقة الباهظة الثمن.
تحجيم الفصل
بعد التكسير والطحن ، عادة ما يتم فصل المنتجات ببساطة حسب حجمها. الغرض الأساسي هو إنتاج مواد تغذية بالحجم المناسب لمزيد من المعالجة. يتم إعادة تدوير المواد كبيرة الحجم لمزيد من التقليل.
فواصل
يتم تطبيق الغربلة بشكل عام على المواد الخشنة إلى حد ما. يمكن استخدامه أيضًا لإنتاج حجم تغذية موحد بشكل معقول لعملية لاحقة عندما يكون ذلك مطلوبًا. إن Grizzly عبارة عن سلسلة من القضبان المتوازية الثقيلة الموضوعة في إطار يقوم بحجب المواد الخشنة للغاية. التدوير عبارة عن غربال أسطواني مائل دوار. من خلال استخدام عدد من الأقسام لشاشات ذات أحجام مختلفة ، يمكن إنتاج منتجات متعددة الأحجام في وقت واحد. يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الشاشات ومجموعات الشاشات الأخرى.
المصنفات
التصنيف هو فصل الجسيمات وفقًا لمعدل ترسبها في سائل. يتم استخدام الاختلافات في الكثافة والحجم والشكل بشكل فعال. تُستخدم المصنفات لفصل المواد الخشنة والناعمة ، وبالتالي تجزئة التوزيع ذي الحجم الكبير. التطبيق النموذجي هو التحكم في عملية طحن الدائرة المغلقة. في حين أن فصل الحجم هو الهدف الأساسي ، فإن بعض الفصل حسب النوع المعدني يحدث عادةً بسبب اختلافات الكثافة.
في المصنف الحلزوني ، تقوم آلية أشعل النار برفع الرمال الخشنة من بركة الملاط لإنتاج منتج نظيف منزوع النحافة.
يستخدم الهيدروسيكلون قوة الطرد المركزي لتسريع معدلات الترسيب وإنتاج عمليات فصل فعالة للجسيمات الدقيقة. يتم إدخال تعليق الملاط بسرعة عالية بشكل عرضي في وعاء مخروطي الشكل. بسبب الحركة الدوامية ، كلما كان الاستقرار أسرع ، تتحرك الجسيمات الأكبر والأثقل نحو الجدار الخارجي ، حيث تكون السرعة أقل ، وتستقر لأسفل ، بينما تتحرك الجسيمات الأخف والأصغر نحو منطقة الضغط المنخفض على طول المحور ، حيث تكون حملت صعودا.
فصل التركيز
يتطلب فصل التركيز تمييز الجسيمات على أنها إما تلك الخاصة بالمعدن الثمين أو جزيئات الشوائب وفصلها الفعال إلى مركز ومنتج مخلفات. الهدف هو تحقيق أقصى قدر من استعادة المعدن الثمين بدرجة مقبولة لمزيد من المعالجة أو البيع.
فرز الخام
أقدم وأبسط طريقة للتركيز هي اختيار الجسيمات بصريًا وإزالتها باليد. الفرز اليدوي له معادلاته الحديثة في عدد من الطرق الإلكترونية. في الطرق الضوئية ، يعتمد التعرف على الجسيمات على الاختلاف في انعكاسية المعادن المختلفة. ثم يتم تنشيط انفجار من الهواء المضغوط لإزالتها من حزام متحرك من المواد. يمكن استخدام الموصلية المختلفة للمعادن المختلفة بطريقة مماثلة.
فصل متوسط ثقيل
الفصل الثقيل أو المتوسط الكثيف هو عملية تعتمد فقط على فرق الكثافة بين المعادن. إنه ينطوي على إدخال الخليط في سائل بكثافة تقع بين المعدنين المراد فصلهما ، ثم يطفو المعدن الأخف والأحواض الأثقل. في بعض العمليات ، يتم استخدامه للتركيز المسبق للمعادن قبل الطحن النهائي وغالبًا ما يتم استخدامه كخطوة تنظيف في تحضير الفحم.
تستخدم السوائل العضوية الثقيلة مثل رباعي البروم الإيثان ، والتي لها كثافة نسبية تبلغ 2.96 ، في تطبيقات معينة ، ولكن على نطاق تجاري ، يتم استخدام معلقات المواد الصلبة المطحونة بدقة والتي تتصرف كسوائل نيوتونية بسيطة بشكل عام. ومن الأمثلة على المواد المستخدمة أكسيد الحديد الأسود والفيروسيليكون. هذه تشكل "سوائل" منخفضة اللزوجة وخاملة وثابتة ويمكن إزالتها بسهولة من المعلق مغناطيسيًا.
الجاذبية
أنتجت عمليات الفصل الطبيعية مثل أنظمة الأنهار رواسب الغرينية حيث تم فصل الجزيئات الأكبر والأثقل عن الجزيئات الأصغر الأخف. تحاكي تقنيات الجاذبية هذه العمليات الطبيعية. يحدث الفصل من خلال حركة الجسيم استجابة لقوة الجاذبية والمقاومة التي يمارسها السائل الذي يحدث فيه الفصل.
على مر السنين ، تم تطوير العديد من أنواع أجهزة الفصل بالجاذبية ، ويشهد استخدامها المستمر على فعالية التكلفة لهذا النوع من الفصل.
في باقة تهزهز يتم وضع طبقة من الجسيمات المعدنية في التعليق ("مميع") بواسطة تيار نابض من الماء. مع تصريف المياه مرة أخرى بين كل دورة ، تنخفض الجزيئات الأكثر كثافة إلى ما دون الأقل كثافة وخلال فترة تصريف الجسيمات الصغيرة ، وخاصة الجزيئات الأصغر كثافة ، تتغلغل بين الفراغات بين الجسيمات الأكبر وتستقر في قاع السرير. مع تكرار الدورة ، تزداد درجة الانفصال.
طاولات اهتزاز تعامل مع مواد أدق من الرقص. تتكون الطاولة من سطح مستوٍ يميل قليلاً من الأمام إلى الخلف ومن طرف إلى آخر. تقسم البنادق الخشبية الطاولة طوليًا بزوايا قائمة. تدخل التغذية على طول الحافة العلوية ، ويتم نقل الجسيمات إلى أسفل بواسطة تدفق الماء. في نفس الوقت يتعرضون للاهتزازات غير المتكافئة على طول المحور الطولي أو الأفقي. يتم خلط الجزيئات الأكثر كثافة التي تميل إلى أن تكون محاصرة خلف البندقية عبر المنضدة بواسطة الاهتزازات.
الفصل المغناطيسي
تتأثر جميع المواد بالمجالات المغناطيسية ، على الرغم من أن التأثير في معظم الأحيان يكون ضئيلًا للغاية بحيث لا يمكن اكتشافه. ومع ذلك ، إذا كان أحد المكونات المعدنية للخليط لديه حساسية مغناطيسية قوية بشكل معقول ، فيمكن استخدام ذلك لفصله عن المكونات الأخرى. يتم تصنيف أجهزة الفصل المغناطيسية إلى آلات منخفضة وعالية الكثافة ، وكذلك إلى فواصل تغذية جافة ورطبة.
يتكون الفاصل من نوع الأسطوانة من أسطوانة دوارة غير مغناطيسية تحتوي داخل غلافها على مغناطيسات ثابتة ذات قطبية متناوبة. تجذب المغناطيسات الجسيمات المغناطيسية ، وتثبت في الأسطوانة وتُنقل خارج المجال المغناطيسي. يتكون الفاصل الرطب عالي الكثافة (WHIMS) من النوع الدائري من مصفوفة دوارة متحدة المركز من كرات حديدية تمر عبر مغناطيس كهربائي قوي. تُسكب بقايا الطين في المصفوفة حيث يعمل المغناطيس الكهربائي ، وتنجذب الجسيمات المغناطيسية إلى المصفوفة الممغنطة بينما يمر الجزء الأكبر من الملاط عبر الشبكة الأساسية ويخرج منها. بعد المغناطيس الكهربائي ، ينعكس الحقل ويستخدم تيار من الماء لإزالة الجزء المغناطيسي.
الفصل الالكتروستاتيكي
تم استبدال الفصل الكهروستاتيكي ، الذي كان شائع الاستخدام ، إلى حد كبير بظهور التعويم. ومع ذلك ، يتم تطبيقه بنجاح على عدد صغير من المعادن ، مثل الروتيل ، والتي أثبتت الطرق الأخرى صعوبة فيها وحيث تجعل الموصلية المعدنية للمعادن الفصل الكهروستاتيكي ممكنًا.
تستغل الطريقة الاختلافات في التوصيل الكهربائي لمختلف المعادن. يتم نقل التغذية الجافة إلى مجال القطب المؤين حيث يتم شحن الجسيمات بواسطة القصف الأيوني. تفقد الجسيمات الموصلة هذه الشحنة بسرعة إلى الدوار المؤرض ويتم إلقاؤها من الدوار بواسطة قوة الطرد المركزي. تفقد المواد غير الموصلة شحنتها بشكل أبطأ ، وتبقى ملتصقة بالموصل الأرضي بواسطة القوى الكهروستاتيكية ، ويتم نقلها إلى نقطة تجميع.
طفو
التعويم هو عملية فصل تستغل الاختلافات في الخصائص الفيزيائية الكيميائية السطحية للمعادن المختلفة.
تضاف الكواشف الكيميائية التي تسمى المجمعات إلى اللب وتتفاعل بشكل انتقائي مع سطح الجزيئات المعدنية القيمة. تجعل نواتج التفاعل المتكونة سطح المعدن مسعورًا أو غير قابل للبلل ، بحيث يلتصق بسهولة بفقاعة هوائية.
في كل خلية من دارة التعويم ، يتم تحريك اللب وتشتت الهواء الداخل في النظام. تلتصق الجزيئات المعدنية الكارهة للماء بفقاعات الهواء ، ومع وجود عامل مزبد مناسب ، فإنها تشكل رغوة ثابتة على السطح. هذا يفيض باستمرار على جوانب خلية التعويم ، وتحمل معها حمولتها المعدنية.
يتكون مصنع التعويم من بنوك من الخلايا المترابطة. يتم تنظيف المركز الأول المنتج في بنك أكثر خشونة من مكونات الشوائب غير المرغوب فيها في بنك أنظف ، وإذا لزم الأمر يعاد تنظيفه في بنك ثالث من الخلايا. قد يتم تنظيف المعادن القيمة الإضافية في بنك رابع وإعادة تدويرها إلى البنوك الأنظف قبل التخلص من ذيولها في النهاية.
نزح المياه
بعد معظم العمليات ، من الضروري فصل الماء المستخدم في عمليات الفصل عن التركيز الناتج أو من مواد شوائب النفايات. هذا مهم بشكل خاص في البيئات الجافة بحيث يمكن إعادة تدوير المياه لإعادة الاستخدام.
يتكون خزان الترسيب من وعاء أسطواني يتم فيه تغذية اللب في المركز عبر بئر تغذية. يتم وضع هذا تحت السطح لتقليل اضطراب المواد الصلبة المستقرة. السائل الموضح يفيض على جوانب الخزان في مغسلة. تعمل الأذرع الشعاعية ذات الشفرات على تحريك المواد الصلبة المستقرة باتجاه المركز ، حيث يتم سحبها. يمكن إضافة مواد الندف إلى المعلق لتسريع معدل ترسيب المواد الصلبة.
الترشيح هو إزالة الجسيمات الصلبة من السائل لإنتاج كعكة مركزة يمكن بعد ذلك تجفيفها ونقلها. الشكل الشائع هو مرشح الفراغ المستمر ، والذي يكون نموذجيًا هو مرشح الأسطوانة. أسطوانة أسطوانية أفقية تدور في خزان مفتوح مع الجزء السفلي مغمور في اللب. يتكون غلاف الأسطوانة من سلسلة من المقصورات التي يغطيها وسيط مرشح. يتم توصيل الغلاف الداخلي بجدارين بآلية صمام على العمود المركزي تسمح إما بتطبيق الفراغ أو الضغط. يتم وضع فراغ على الجزء المغمور في اللب ، وسحب الماء من خلال الفلتر وتشكيل كعكة من التركيز على القماش. يزيل الفراغ الماء من الكعكة مرة واحدة من الملاط. قبل أن يدخل القسم إلى الملاط مباشرة ، يتم الضغط لتفجير العجينة. تعمل المرشحات القرصية على نفس المبدأ ، ولكنها تتكون من سلسلة من الأقراص المتصلة بالعمود المركزي.
التخلص من المخلفات
يتكون جزء صغير فقط من خام التعدين من معدن ثمين. الباقي عبارة عن شوائب بعد المعالجة تشكل المخلفات التي يجب التخلص منها.
الاعتباران الرئيسيان في التخلص من المخلفات هما السلامة والاقتصاد. هناك جانبان للسلامة: الاعتبارات المادية المحيطة بالمكب أو السد الذي توضع فيه المخلفات ؛ والتلوث بالمخلفات التي قد تؤثر على صحة الإنسان وتضر بالبيئة. يجب التخلص من المخلفات بأكثر الطرق فعالية من حيث التكلفة بما يتناسب مع السلامة.
غالبًا ما تكون المخلفات من الحجم ، ويستخدم جزء الرمل الخشن لبناء سد في موقع محدد. ثم يتم ضخ الجزء الناعم أو الوحل في بركة خلف جدار السد.
في حالة وجود مواد كيميائية سامة مثل السيانيد في مياه الصرف الصحي ، قد يكون من الضروري إعداد قاعدة السد بشكل خاص (على سبيل المثال ، عن طريق استخدام أغطية بلاستيكية) لمنع التلوث المحتمل للمياه الجوفية.
بقدر الإمكان ، يتم إعادة تدوير المياه المسترجعة من السد لاستخدامها مرة أخرى. قد يكون لهذا أهمية كبيرة في المناطق الجافة ويصبح مطلوبًا بشكل متزايد بموجب التشريعات التي تهدف إلى منع تلوث المياه الجوفية والسطحية بواسطة الملوثات الكيميائية.
كومة و فى الموقع الرشح
تتم معالجة الكثير من التركيز الناتج عن معالجة الخامات بطريقة أخرى باستخدام طرق معالجة المعادن. يتم ترشيح القيم المعدنية أو إذابتها من الركاز ، ويتم فصل المعادن المختلفة عن بعضها البعض. يتم تركيز المحاليل التي تم الحصول عليها ، ثم يتم استرجاع المعدن بخطوات مثل الترسيب والتحليل الإلكتروليتي أو الترسيب الكيميائي.
العديد من الخامات ذات درجة منخفضة للغاية بحيث لا تبرر تكلفة التركيز المسبق. قد تظل مواد النفايات أيضًا تحتوي على كمية معينة من القيمة المعدنية. في بعض الحالات ، يمكن معالجة هذه المواد اقتصاديًا عن طريق نسخة من عملية معالجة المعادن بالماء تعرف باسم ترشيح الكومة أو التفريغ.
تم إنشاء ترشيح الكومة في ريو تينتو في إسبانيا منذ أكثر من 300 عام. يتسرب الماء ببطء من خلال أكوام من خام منخفض الدرجة ولون باللون الأزرق بواسطة أملاح النحاس المذابة الناتجة عن أكسدة الخام. تم استخلاص النحاس من المحلول عن طريق الترسيب على الحديد الخردة.
تُستخدم هذه العملية الأساسية في ترشيح أكوام الأكسيد والكبريتيد ذات الدرجة المنخفضة ومواد النفايات حول العالم. بمجرد تكوين كومة أو تفريغ للمادة ، يتم تطبيق عامل تذويب مناسب (على سبيل المثال ، محلول حامض) عن طريق رش أو غمر الجزء العلوي من الكومة ويتم استرداد المحلول الذي يتسرب إلى القاع.
على الرغم من ممارسة عملية ترشيح الكومة بنجاح منذ فترة طويلة ، إلا أنه لم يتم التعرف على الدور المهم لبكتيريا معينة في هذه العملية إلا مؤخرًا نسبيًا. تم التعرف على هذه البكتيريا على أنها من الأنواع المؤكسدة للحديد الثيوباسيلوس فيرووكسيدان والأنواع المؤكسدة للكبريت ثايوباسيلوس ثيووكسيدانس. تستمد البكتيريا المؤكسدة للحديد الطاقة من أكسدة الأيونات الحديدية إلى أيونات الحديديك والأنواع المؤكسدة للكبريت عن طريق أكسدة الكبريتيد إلى الكبريتات. تحفز هذه التفاعلات بشكل فعال الأكسدة المتسارعة للكبريتيدات المعدنية لكبريتات المعادن القابلة للذوبان.
فى الموقع النض ، الذي يسمى أحيانًا التعدين بالمحلول ، هو تباين فعال في ترشيح الكومة. وهو يتألف من ضخ المحلول في المناجم المهجورة ، أو المنحدرة في أماكن العمل ، أو مناطق العمل البعيدة أو حتى أجسام خام كاملة حيث يُظهر أنها قابلة للنفاذ إلى المحلول. يجب أن تتناسب التكوينات الصخرية مع محلول النض والتوافر الضروري للأكسجين.