پر عیار کردن سنگ آهن با جدا کننده مغناطیسی
ر عیار کردن سنگ آهن با جدا کننده مغناطیسی (Iron Ore Upgrading by Magnetic Seperation) متداولترین روش پر عیار کردن برای سنگ های آهن است و به خصوص اکسید های آهنی که مانند مگنتیت دارای خاصیت مغناطیسی قوی هستند، بیشتر توسط این روش که ارزانترین و کاراترین روش برای پر عیار کردن و حذف ناخالصی ها است، مورد عمل قرار می گیرند.
در این دستگاه ها یک میدان مغناطیسی (جدا کننده با میدان مغناطیسی ضعیف) که با مغناطیس دائمی به وجود آمده است و یا توسط عبور جریان از داخل یک سیم پیچ (جدا کننده مغناطیسی میدان قوی) ایجاد شده است باعث جذب و جدایی سنگ هایی که دارای خاصیت مغناطیسی هستند از موادی که فاقد این خاصیت هستند، می شوند. بدین ترتیب می توان سنگ های مغناطیسی را (اکسید های آهن) از سنگ های غیر مغناطیسی (گانگ سنگ معدن) جدا و کانی اکسید آهن دار را پر عیار کرد. اکثر ناخالصی ها مانند انواع فسفات ها و ترکیبات گوگرد دار (به استثنای پیروتیت که دارای خاصیت مغناطیسی است) فاقد این خاصیت بوده و در نتیجه جدا و حذف می شوند.
اکثر اکسیدهای آهن کم و بیش خاصیت مغناطیسی دارند و گانگ های متداول همراه با آن ها از جمله سیلیس، سیلیکات ها و کربنات کلسیم در مقایسه با خاصیت مغناطیسی اکسیدهای آهن از خاصیت مغناطیسی بسیار کمی برخوردار هستند. در همین راستا ناخالصی هایی مانند ترکیبات گوگرد دار و فسفر دار نیز از خاصیت مغناطیسی بسیار کمی برخوردارند.
به طور کلی کانی هایی را که خاصیت مغناطیسی آن ها بیش از یک درصد خاصیت مغناطیسی آهن نرم باشد، می توان کانی مغناطیسی به شمار آورد. کانی هایی که خاصیت مغناطیسی آنها کمتر از 0.5 درصد خاصیت مغناطیسی آهن نرم است، غیر مغناطیسی محسوب می شوند. عملا کانی های کم و بیش مغناطیسی توسط میدان های مغناطیسی ضعیف یا قوی قابل جدایی و جذب هستند در حالی که کانی های غیر مغناطیسی عموما توسط دستگاه های جدا کننده مغناطیسی متداول با میدان مغناطیسی قوی (حدود 2 تسلا) غیر قابل جذب می باشند.
واحد میدان مغناطیسی گوس می باشد و مقدار میدان مغناطیسی تعداد خطوط نیروی مغناطیسی در واحد سطح (سانتی متر مربع) است. در صنعت از واحدی به نام تسلا استفاده می شود که هر تسلا معادل 10000 گوس می باشد.
جدا کننده های مغناطیسی با میدان ضعیف
اگر سنگ آهن به صورت مگنتیت باشد متداولترین دستگاه برای پر عیار کردن و جداسازی کانی های نامطلوب از سنگ معدنی، جدا کننده مغناطیسی با میدان ضعیف است. این روش ارزان و بسیار کارا است و بیشتر در این دستگاه ها از میدان مغناطیسی دائمی استفاده می شود. شدت میدان مغناطیسی در این دستگاه ها در حدود 0.1 تا 0.2 تسلا (1000 تا 2000 گوس) است. بهترین فاصله بین مغناطیس دائمی و مواد حدود 5 سانتی متر می باشد. در این فاصله از مغناطیس دائمی شدت میدان مغناطیسی کاملا یکنواخت می باشد در فاصله های کمتر شدت میدان مغناطیس یکنواخت نبوده و متغیر است. معمولا در این جدا کننده ها شدت میدان که روی ذرات مگنتیت با ابعاد کوچکتر از 6 میلی متر اثر می کند، در حدود 700 تا 1200 گوس است که برای جدایی این ذرات کافی است. برای پاک کردن محصول حاصله می توان از جدا کننده مغناطیسی با شدت میدان کمتر حدود 400 تا 600 گوس استفاده کرد. جدا کننده های مغناطیسی با شدت میدان ضعیف قادر به جدایی ذرات بسیار ریز نیستند و دامنه کاربرد این جداکننده ها برای ابعاد کوچک، حدود 0.2 تا 0.5 میلیمتر بوده و ابعاد کوچکتر از آن عملا به خوبی قابل جدایی نیستند و بایستی ذرات کوچکتر توسط سرند از بار جدا کننده مغناطیسی خشک جدا شوند. حداکثر ابعاد بار نیز بستگی به توزیع و دانه بندی ناخالصی ها دارد و در ابعاد بزرگ به علت آنکه درجه آزادی آن ها پایین می باشد لذا دانه های بسیار درشت را نمی توان پرعیار کرد و کاربرد آن برای حداکثر ابعاد به حدود 5 تا 10 میلیمتر محدود می گردد. گاهی اوقات در صنعت در مورد سنگ های معدنی توزیع ناخالصی ها در سنگ معدنی درشت می باشد، ذرات با ابعاد بزرگتر و تا حدود چند ده میلیمتر نیز توسط این دستگاه ها مورد عمل قرار می گیرند. ولی این حالات استثنا هستند. در هر حال جدا کننده ای مغناطیسی با چرخ دوار متداولترین دستگاه برای این منظور است. در این جدا کننده ها به طور معمول ابعاد بار بین 2 تا 10 میلیمتر است. ظرفیت و کارآیی در این دستگاه ها بستگی به سرعت گردش چرخ دوار دارد. هر قدر سرعت چرخش بیشتر باشد ظرفیت دستگاه بالاتر ولی بازده آن کمتر خواهد بود. سرعت چرخش چرخ دوار به طور معمول حدود 50 دور در دقیقه است. شکل زیر طرح یک نوع از این دستگاه ها را نشان می دهد.
به طوری که در شکل فوق مشاهده می شود، ذراتی که دارای خاصیت مغناطیسی هستند در اثر میدان مغناطیسی جذب آهن ربا شده و در روی صفحه آنقدر باقی می مانند تا از جلوی آهن رباها عبور کنند و پس از عبور آزاد شده و جدا می شوند در حالی که ذرات غیر مغناطیسی جذب صفحه دوار نشده و به طور آزاد سقوط می کنند. ظرفیت این دستگاه ها به سرعت دوران و پهنای چرخ بستگی دارد. به طور کلی در مورد یک چرخ دوار که با سرعت 50 دور در دقیقه می چرخد و قطر آن حدود 75 سانتی متر است به ازای هر متر پهنای چرخ، دارای ظرفیتی حدود 20 تا 30 تن در ساعت برای بار با ابعاد چند میلیمتر است. بار وارد شده به این دستگاه ها حدود 25 تا 35 درصد آهن دارد و محصول حاصله 60 تا 65 درصد آهن پرعیار می شود. جدا کننده های مغناطیسی خشک قادر به جدایی ذرات ریز نیستند به همین دلیل برای جدایی این ذرات از جدا کننده مغناطیسی تر استفاده می شود. در این جدا کننده ها ذرات ریز در داخل آب به صورت معلق بوده و ذرات با خاصیت مغناطیسی جذب مغناطیس شده و از ذرات غیر مغناطیسی جدا می شوند.
به طوری که در شکل فوق مشاهده می شود یک چرخ دوار مغناطیسی از داخل ظرفی که ذرات در آن به صورت معلق قرار دارند، ذرات مغناطیسی را جذب و از داخل ظرف خارج می کند. ابعاد ذرات حدود 0.05 تا 2 میلی متر است و غلظت ذرات در آب حدود 30 درصد است. معمولا حداکثر ابعاد ذرات به 1 تا 2 میلیمتر محدود می شود. نگهداری ذرات درشت تر به صورت معلق در آب عملا مشکل بوده و نیاز به همزدن شدید مخلوط آب و ذرات دارد و چنانچه سرعت همزدن زیاد باشد عملا باعث ایجاد تلاطم شدید در مخلوط شده و در جدایی ذرات ایجاد اشکال می کند.
جدا کننده های مغناطیسی تر بازده بالاتر داشته و عیار آهن در محصول خارج شده آن به حدود 70 درصد می رسد. ظرفیت این دستگاه ها به علت ریز بودن دانه ها کمتر از حالت خشک بوده و به ازای هر متر عرض چرخ یا نوار در حدود 15 تن در ساعت است. بازده این دستگاه ها بالا و در حدود 90 درصد است.
جدا کننده مغناطیسی با میدان قوی
در این دستگاه ها میدان مغناطیسی که روی ذرات اثر می کند در حدود 0.7 تا 2 تسلا (7000 تا 20000 گوس) می باشد. ایجاد چنین میدان مغناطیسی توسط مغناطیس های دائمی امکان پذیر نبوده و تنها توسط عبور جریان از داخل سیم پیچ و ایجاد میدان مغناطیسی دور هسته مرکزی آن امکان پذیر است. میدان مغناطیسی ایجاد شده در این دستگاه ها آنقدر قوی است که می تواند ذرات با خاصیت مغناطیسی کم مانند هماتیت و سیدریت را جدا کند. این تجهیزات معمولا گران قیمت بوده و مصرف انرژی آن ها زیاد است.
این دستگاه ها نیز به صورت خشک و تر در صنعت وجود دارند و دستگاه هایی که به صورت خشک کار می کنند کمتر کاربرد داشته و اغلب از این دستگاه ها به صورت تر استفاده می شود. به طور کلی دستگاه های تر نسبت به دستگاه هایی که به صورت خشک کار می کنند مزیت فراوان دارند. به خصوص بازده دستگاه ها و عیار محصول بدست آمده بالاتر می باشد. در عوض مصرف انرژی دستگاه زیاد بوده و به علاوه محصول حاصل باید بعدا خشک گردد.
غلظت جامد در پالپ به ابعاد ذرات بستگی دارد. هر قدر ذرات ریزتر باشند باید درصد جامد در آب کمتر باشد. این دستگاه ها به خصوص برای کاهش مقدار گوگرد در سنگ معدن (حذف پیریت) و فسفر (حذف آپاتیت) بسیار کارآ هستند. ابعاد ذرات در این دستگاه ها به طور معمول 0.1 تا 0.3 میلیمتر و مصرف انرژی آن هادر حدود یک کیلو وات به ازای هر تن بار می باشد. بازده دستگاه بالا و حدود 92 تا 95 درصد بوده و عیار آهن در محصول 67 تا 70 درصد است.
جدا کننده مغناطیس تر با میدان قوی به نام جدا کننده جونز شناخته می شوند. این جدا کننده از یک بخش گردان تشکیل شده است که در داخل آن یک سری جعبه در میدان مغناطیسی قوی وجود دارد و درون آن ها صفحات یا الیافی از آهن نرم قرار گرفته اند. مواد مغناطیسی جذب این الیاف شده و مواد غیر مغناطیسی جذب الیاف نشده و خارج می شود. در اثر گردش بخش گردان این جعبه ابتدا به قسمت شستشوی اولیه می رسد که آب با فشار کم روی مواد جذب شده اثر می کند و مواد نیمه مغناطیسی را از روی الیاف یا صفحات به عنوان محصول میانی جدا می کند. سپس در اثر گردش به قسمتی که خارج از میدان مغناطیسی است می رسد که آب با فشار زیاد مواد مغناطیسی را جدا می کند. این دستگاه ها با ظرفیت های بالا تا 120 تن وزن دارد. مصرف انرژی در این دستگاه ها تا 3 کیلو وات به ازای هر تن می رسد. سرعت دوران بخش گردان بستگی به ابعاد ذرات دارد و هر قدر ذرات کوچکتر باشد سرعت گردش بخش گردان بیشتر است. سرعت خطی بخش گردان بین 40 تا 65 متر در دقیقه است. ظرفیت دستگاه نیز بستگی به ابعاد ذرات داشته و با کاهش ابعاد، ظرفیت نیز کاهش حاصل می کند. ابعاد ذراتی که قابل کاربرد در این دستگاه هاست بین 50 تا 800 میکرون است.
شدت میدان مغناطیسی روی ذرات بستگی به فاصله ذرات از منبع میان مغناطیسی دارد و با افزایش این فاصله شدت میدان به سرعت کاهش می یابد. در هر حال مناسب ترین فاصله در حدود 1 تا 2 سانتیمتر می باشد. جنس دستگاه و به خصوص قسمت هایی که در جوار منبع مغناطیسی قرار دارند باید از مواد غیر مفناطیسی (فولاد آستنیتی، مواد سرامیکی و غیره) باشد و این امر باعث گران تمام شدن قیمت دستگاه می شود. شکل زیر به طور شماتیک این دستگاه (جونز) را نشان می دهد.
در صنعت انواع و اقسام دیگر جدا کننده های مغناطیسی وجود دارد که اساس آن ها یکسان بوده و در پاره ای از مشخصات مانند سیستم بار دهی و شستشو و غیره با یکدیگر تفاوت دارند. خاصیت مغناطیسی ذرات بستگی به درجه حرارت دارد. هر ذره دارای یک نقطه کوری است که دراین درجه حرارت خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهد. لذا چنانچه دو ذره با نقاط کوری متفاوت داشته باشیم می توان با گرم کردن ذرات طوری عمل کرد که یکی از دانه ها فاقد خاصیت مغناطیسی گردد و بدین ترتیب می توان آن ها را از یکدیگر جدا کرد. لذا بدین منظور در صنعت دستگاه های جدا کننده مغناطیسی ساخته می شود که می توانند در درجه حرارت های بالا کار کنند. از این دستگاه ها به خصوص برای جدا سازی کانی های تیتان دار از هماتیت استفاده می کنند. حداکثر دمای کار این دستگاه ها در حدود 600 تا 900 درجه سانتی گراد است.
