3.9. Μαγνητικός εμπλουτισμός

3.9.1. Βασικές αρχές και μηχανισμός λειτουργίας

Με την ανάπτυξη των μεθόδων εμπλουτισμού των μεταλλευμάτων ή ορυκτών και με τη συνεχή έρευνα των φυσικοχημικών ιδιοτήτων ως μέσο εμπλουτισμού τους, διαπιστώθηκε ότι η μαγνητικότητα ή μη αυτών ήταν ικανό στοιχείο διαχωρισμού 2 ανομοιομαγνητικών ορυκτών.

Ο μαγνητικός εμπλουτισμός των μεταλλευμάτων ή ορυκτών πετυχαίνεται με την έλξη των μαγνητικών τεμαχίων από το μαγνητικό πηνίο ενός μαγνήτη και τη σύγχρονη και ανεπηρέαστη διέλευση των μη μαγνητικών μέσα από το πεδίο του.

Πίνακας 6. Σχέση μεταξύ θέσης ενός μικρού τεμαχίου στον άξονα του πεδίου ενός συμμετρικού ιδανικού

μαγνήτη και της δύναμης έλξης που ασκείται από το μαγνήτη

Πίνακας 7. Σχέση μεταξύ μεγέθους ενός τεμαχίου τοποθετημένου στον άξονα του πεδίου

συμμετρικού και ιδανικού μαγνήτη και της ειδικής δύναμης έλξης που ασκείται από το μαγνήτη

Απόσταση από το κέντρο τεμαχίου μέχρι το κέντρο

συμμετρίας δ, εκφρασμένη ως κλάσμα του μισού πολικού

μήκους του μαγνήτη

Σχετική δύναμη έλξης Φ

0,0000,0010,010,30,50,70,81,0

0,0000,0120,121,255,0

15,274,0

249,0∞

Απόσταση από το κέντρο τεμαχίου μέχρι το κέντρο συμμετρίας δ μαγνήτη,

εκφρασμένη ως κλάσμα του μισού πολικού μήκους του

μαγνήτη

Μέγεθος τεμαχίου εκφρασμένου ως

κλάσμα του μισού πολικού μήκους του

μαγνήτη

Σχετική δύναμη έλξης Φ

0,3

0,010,050,10,20,3

5,05,05,25,97,7

0,5

0,010,020,050,10,2

15,315,515,716,822,1

0,7

0,010,020,050,10,2

74,074,277,893,3

239,7

Οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται σε μεγάλο βαθμό στο μαγνητικό διαχωρισμό τόσο για την ευχέρεια εφαρμογής όσο και για τις ελεγχόμενες και υψηλές εντάσεις που μπορούν να φθάσουν. Τελευταία, υψηλής έντασης μόνιμοι μαγνήτες από ειδικά κράματα έδωσαν μια νέα ώθηση στις εφαρμογές τους. Οι ηλεκτρομαγνήτες αποτελούνται από ένα πηνίο γύρω από ένα διαπερατό υλικό, π.χ. μαλακός σίδηρος. Στην απλούστερη μορφή του ένας ηλεκτρομαγνήτης αποτελείται από έναν απλό βρόγχο σύρματος στον αέρα.

Από γενική άποψη, ανάλογα με τη συμπεριφορά των διαφόρων υλικών σε ένα μαγνητικό πεδίο διακρίνονται 5 κύριες κατηγορίες :

1. Διαμαγνητικά 2. Παραμαγνητικά 3. Σιδηρομαγνητικά 4. Αντισιδηρομαγνητικά5. Σιδηριμαγνητικά

Τα διαμαγνητικά υλικά δεν έχουν προϋπάρχουσα μαγνητική ροπή. Η μαγνητική επιδεκτικότητα είναι αρνητική και ανεξάρτητη της θερμοκρασίας και της έντασης του μαγνητικού πεδίου και απωθούνται από σημεία μαγνητικών πεδίων μεγάλης έντασης.

Παραμαγνητικά υλικά είναι το Li, K, Na, Al, Mn, Pt, Pd, Cd, U και οι ενώσεις CuCl2, NiSO4, α-Fe2O3.H2O ή α-FeOOH (Γκαιτίτης), γ- Fe2O3.H2O ή γ-FeOOH (Λεπιδοκροκίτης), α- Fe2O3 κ.λπ. Σιδηρομαγνητικά υλικά είναι ο Fe, Ni, Co, Cd, Dy και τα κράματά τους, κύρια του Fe με C, Si, Ni, Ce, Pt, Pd, Hg του Ni με Co, Mn, Zn, Mo και του Co με Cr, Al, Mo και Hg. Επίσης, σιδηρομαγνητικά είναι ο γ-Fe2O3 (μαγαιμίτης), οι ενώσεις FeS και Fe3C. Αντισιδηρομαγνητικά είναι οι ενώσεις MnF2, MnO2, FeF2, FeCl2, FeO, α-Fe2O3 (ανάλογα με τη μέθοδο παρασκευής), Ti2O3, TiCl3, VO2, Cr2O3, CoO, NiO, CuCl.H2O, Fe2TiO4 κ.λπ. Τα σιδηριμαγνητικά έχουν τις ίδιες ιδιότητες με τα σιδηρομαγνητικά με επιπλέον μόνιμη αρχική μαγνήτιση και εξάρτηση της μαγνητικής επιδεκτικότητας από τη θερμοκρασία. Για τη μεταλλευτική τεχνολογία, τα μεταλλεύματα ή ορυκτά, ανάλογα με τη συμπεριφορά τους σε ένα μαγνητικό πεδίο, κατατάσσονται σε 3 κατηγορίες οι οποίες είναι :1.1. Ισχυρά μαγνητικά ή σιδηρομαγνητικά. Τα ορυκτά Ισχυρά μαγνητικά ή σιδηρομαγνητικά. Τα ορυκτά

αυτά έλκονται από έναν συνήθη μόνιμο μαγνήτηαυτά έλκονται από έναν συνήθη μόνιμο μαγνήτη

2.2. Ελαφρά μαγνητικά τα οποία έλκονται ύστερα από Ελαφρά μαγνητικά τα οποία έλκονται ύστερα από την εφαρμογή ισχυρού μαγνητικού πεδίου με την εφαρμογή ισχυρού μαγνητικού πεδίου με ηλεκτρομαγνήτεςηλεκτρομαγνήτες

3.3. Μη μαγνητικά ή διαμαγνητικά υλικάΜη μαγνητικά ή διαμαγνητικά υλικά

Πίνακας 8. Ομάδες μαγνητικής συμπεριφοράς υλικών

Ισχυρά μαγνητικά ή σιδηρομαγνητικά Ελαφρά μαγνητικά ή παραμαγνητικάΕλαφρά μαγνητικά ανάλογα με την περιεκτικότητα Fe, Ni κ.α.

Μη μαγνητικά ή διαμαγνητικά

ΣίδηροςΝικέλιοΛευκόχρυσοςΣιδηρονικέλιοΜαγνητίτηςΤιτανιομαγνήτηςΠυροτίτηςΠεντλανδίτηςΜαρτίτηςΜαρματίτηςΠεφρ/νος σιδηροπυρίτηςΠεφρ/νος σιδηρίτηςΠεφρ/νος ΑνγκερίτηςΠεφρ/νος ΧαλκοπυρίτηςΠεφρ/νος ΜαρκασίτηςΠεφρ/νος Fe-ΜαγνησίτηςΙλμενίτηςΖιρκόνιο

FeΑιματίτηςΛειμονίτηςΩόλιθοιΣιδηρίτηςΑνκερίτηςΧαμοσίτηςΘουρινγκίτηςΧαλκοσιδηρότηςΧαλκοπυρίτηςMnΠυρολουσίτηςΨιλομέλαςΜπραουνίτηςΜαγγανίτηςΧαουσμανίτηςΡοδοχροσίτηςΡοδονίτηςSb-NiΑντιμονιούχο ΝικέλιοTa-Nb-CeΚολουμβίτηςΝιοβίτηςΤονταλίτηςΥττριοκολουμβίτηςΣαμαρσκίτηςΕυξενίτηςΜοναζίτηςΤουρνερίτηςTiΙλμενίτηςΙλμενορουτίλιοΥττριοτιτανίτηςΨευδομπρουκίτηςWoΒολφραμίτηςΦερμπερίτηςΧουμπνερίτης

Co-NiΑνναμπεργίτηςΖαρατίτηςΜιλλερίτηςNi-σιδηροπυρίτηςΜπουνσενίτηςΠολυδυμίτηςCo-Ni-ΣιδηροπυρίτηςCu-FeΒορνίτηςCr-CoΧρωμίτηςΕρυθρίτηςΣφαιροκοβαλτίτηςΛιννείτηςFeΑμφιβολίτηςΜαρμαρυγίαςΓρανάτηςΠυρόξενοςΣπινέλιοςΟλιβίνηςΣερπεντίνης

FeΑρσενοπυρίτηςΟλιβίνηςΠεριδοτίτηςΧρυσολίνηςΣιδηροπυρίτηςΜαρκασίνηςΦρανκλινίτηςCo-NiΔαναίτηςΒιλλυαμίτηςCoΚοβαλτίνηςΣαφλορίτηςΣμαλτίτηςNiΓαρνιερίτηςΡομελσμπερκίτηςΧλοανθίτηςΝικελίνηςΟυλμανίτηςPtΣπεριλίτηςSnΣτανίτηςSn-ΣιδηροπυρίτηςUΟυρανίτηςΚλεβείτηςΠισουρανίτης

ΑργεντίτηςΤοπάζιονΚρυολίτηςΚορούνδιονΡουμπίνιονΖάπφειροςΒωξίτηςΣιλιμανίτηςΒαρύτηςΒιτερίτηςΑδάμαςΛιθάνθρακαςΓραφίτηςΑνθρακοκορούνδιοΑπατίτηςΚυπρίτηςΧαλκοσίτηςΜαλαχίτηςΕναργίτηςΦθορίτηςΛευκίτηςΠοτάσαΣποδόχρουνΑμίαντοςΥπερσθενήςΤάλκηςΜαγνησίτηςΔολομίτηςΚαολινίτηςΣερπεντίνηςΑντιγορίτηςΜολυβδαινίτηςΝεφελίνηςΛιθάργυροςΓαληνίτηςΑγγλεσίτης

ΖιρκενίτηςΚερουσίτηςΖαλαζίαςΧαλκηδόνιοςΑμέθυστοςΆστριοςΚασσιτερίτηςΤελλουρίτηςΡουτίλιονΑνατάσηςΟκταεδρίτηςΤουγγστίτηςΣεελίτηςΣφαλερίτηςΒουρτσίτηςΣμιθσονίτηςΒιλλεμίτηςΖενσίτηςΚαλαμίναΖιρκόνιοΑμφιβολίτηςΚεροστίλβηΟλιβίνηςΜαρμαρυγίαςΓρανάτηςΠυρόξενοςΣπινέλιοςΖεόλιθος

3.9.2. Το μαγνητικό πεδίο στον εμπλουτισμό

Στον εμπλουτισμό μεταλλευμάτων η εφαρμογή του μαγνητικού πεδίου εξετάζεται, όπως είναι φυσικό, σε ομάδα κινούμενων τεμαχίων. Εξετάζεται επομένως η μεταξύ τους αλληλεπίδραση και η συμπεριφορά τους κατά τη διέλευση μέσα από τις μαγνητικές γραμμές. Η εισαγωγή τεμαχίων μεταλλεύματος μέσα σε μαγνητικό πεδίο και η διέλευση των μαγνητικών γραμμών από αυτά τα καθιστά μαγνήτες που προσανατολίζονται σύμφωνα με τη θέση των αντίστοιχων πόλων. Έτσι δημιουργείται μια αμοιβαία άλξη του ενός προς το άλλο και το μαγνητικό πεδίο παρουσιάζεται πλήρως από συσσωματωμένα τεμάχια κατά μήκος των μαγνητικών γραμμών.

3.9.3. Μαγνητικοί διαχωριστές

Οι μαγνητικοί διαχωριστές είναι μηχανές με τις οποίες πετυχαίνεται η συνεχής απομάκρυνση των μαγνητικών από τα μη μαγνητικά τεμάχια και η λήψη των αντίστοιχων προϊόντων.

Όπως σε κάθε μηχανή εμπλουτισμού, λαμβάνονται υπόψη ορισμένα απαραίτητα στοιχεία για την αποδοτική τους λειτουργία. Τα στοιχεία αυτά είναι :

Παγιδεύσεις μη μαγνητικών υλικών μέσα στα μαγνητικά συσσωματώματα είναι ιδιαίτερα σοβαρές, από την άποψη της ποιότητας του συμπυκνώματος στους διαχωριστές που λειτουργούν σε ξηρό περιβάλλον και τροφοδοτούνται με μικρομερή τεμαχίδια ισχυρών μαγνητικών ιδιοτήτων. Οι παγιδεύσεις, βέβαια, περιορίζονται σημαντικά όταν τα τεμάχια είναι χονδρομερή και ταξινομημένα σε κοκκομετρικά κλάσματα. Αυτό κύρια οφείλεται στο ότι :

1.1. Δημιουργία κατάλληλου συγκλίνοντος Δημιουργία κατάλληλου συγκλίνοντος μαγνητικού πεδίουμαγνητικού πεδίου

2.2. Ευχερής ρύθμιση της έντασης του πεδίουΕυχερής ρύθμιση της έντασης του πεδίου

3.3. Ομαλή τροφοδότηση των τεμαχίων του Ομαλή τροφοδότηση των τεμαχίων του μεταλλεύματος είτε σε μορφή λεπτού στρώματος μεταλλεύματος είτε σε μορφή λεπτού στρώματος είτε σε συνεχή μονοτεμαχιακή γραμμήείτε σε συνεχή μονοτεμαχιακή γραμμή

4.4. Έλεγχος της ταχύτητας διέλευσης των τεμαχίων Έλεγχος της ταχύτητας διέλευσης των τεμαχίων μέσα από το μαγνητικό πεδίομέσα από το μαγνητικό πεδίο

5.5. Αποφυγή (ή και διόρθωση) της παγίδευσης μη Αποφυγή (ή και διόρθωση) της παγίδευσης μη μαγνητικών τεμαχίων μεταξύ ή μέσα στα μαγνητικών τεμαχίων μεταξύ ή μέσα στα μαγνητικά συσσωματώματαμαγνητικά συσσωματώματα

6.6. Μέριμνα, αν είναι απαραίτητη, για τη λήψη Μέριμνα, αν είναι απαραίτητη, για τη λήψη ενδιάμεσου προϊόντοςενδιάμεσου προϊόντος

7.7. Περιορισμός στο ελάχιστο των κινούμενων Περιορισμός στο ελάχιστο των κινούμενων (φθειρόμενων) εξαρτημάτων της μηχανής(φθειρόμενων) εξαρτημάτων της μηχανής

Οι μαγνητικοί διαχωριστές διαιρούνται σε δύο κατηγορίες :

- Μαγνητικοί διαχωριστές με μόνιμους μαγνήτες- Μαγνητικοί διαχωριστές με ηλεκτρομαγνήτες

Το πεδίο των μόνιμων μαγνητών είναι σχετικά χαμηλής (μέχρι μέτριας) έντασης, της τάξης των 1300-1500 Gauss. Τελευταία, κατασκευάστηκαν μόνιμοι μαγνήτες μέχρι 5000 Gauss. Τα στοιχεία από τους ηλεκτρομαγνητικούς διαχωριστές είναι τα ηλεκτρομαγνητικά πηνία. Η σχεδίαση του πυρήνα – πηνίου και η τάση του ρεύματος ρυθμίζουν την ένταση του πεδίου, που μπορεί να φθάσει μέχρι 25000 Gauss. Οι μαγνητικοί διαχωριστές κατατάσσονται και σε ομάδες ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο λειτουργούν, δηλαδή σε μαγνητικούς διαχωριστές για ξηρό και υγρό περιβάλλον αντίστοιχα.

Πέρα από αυτό, ανάλογα με τον τρόπο που επιτυγχάνεται ο διαχωρισμός των μαγνητικών τεμαχίων, οι μαγνητικοί διαχωριστές διακρίνονται σε ορισμένους βασικούς τύπους. Ο τρόπος αυτός καθορίζει την αρχή λειτουργίας τους και είναι :

- Αρχή συγκράτησης των μαγνητικών τεμαχίων- Αρχή έλξης των μαγνητικών τεμαχίων- Αρχή ανύψωσης μαγνητικών τεμαχίων- Αρχή επικόλλησης

1.1. Το υλικό στρωματώνεται σε πάχος ενός ή το Το υλικό στρωματώνεται σε πάχος ενός ή το πολύ 2 τεμαχίωνπολύ 2 τεμαχίων

2.2. Τα χονδρομερή τεμάχια δεν παγιδεύονται με την Τα χονδρομερή τεμάχια δεν παγιδεύονται με την ίδια ευχέρεια που συμβαίνει στα μικρομερήίδια ευχέρεια που συμβαίνει στα μικρομερή

3.3. Τα συσσωματώματα καταστρέφονται λίγο πριν Τα συσσωματώματα καταστρέφονται λίγο πριν να εγκαταλείψουν το μαγνητικό πεδίο (εξαιτίας να εγκαταλείψουν το μαγνητικό πεδίο (εξαιτίας μεγαλύτερου βάρους) και ελευθερώνουν τα μεγαλύτερου βάρους) και ελευθερώνουν τα παγιδευμένα μη μαγνητικά τεμάχιαπαγιδευμένα μη μαγνητικά τεμάχια

Πίνακας 9. Διάγραμμα τύπων και εφαρμογών μαγνητικών διαχωριστών (Humboldt).

Ανεξάρτητα από τα παραπάνω, οι μαγνητικοί διαχωριστές διακρίνονται σε χαμηλής και υψηλής έντασης, ανάλογα με την ένταση του μαγνητικού πεδίου που πραγματοποιούν κατά την εφαρμογή τους.

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΕΣ

ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΝΤΑΣΗΣΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΥΨΗΛΗΣ

ΕΝΤΑΣΗΣ

ΞΗΡΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ

ΥΓΡΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ

ΞΗΡΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ

ΥΓΡΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ

ΑΡΧΗ ΕΠΙΚΟΛΛΗΣΗΣ

ΑΡΧΗ ΣΥΓΚΡΑΤΗΣΗ

ΣΑΡΧΗ ΕΛΞΗΣ

ΑΡΧΗ ΑΝΥΨΩΣΗΣ

ΑΡΧΗ ΕΠΙΚΟΛΛΗΣΗ

ΣΑΡΧΗ ΣΥΓΚΡΑΤΗΣΗΣ ΑΡΧΗ ΕΛΞΗΣ

ΑΡΧΗ ΣΥΓΙΚΡΑΤΗΣΗ

Σ

ΑΡΧΗ ΕΛΞΗΣ

ΑΡΧΗ ΕΠΙΚΟΛΛ

ΗΣΗΣ

ΑΡΧΗ ΕΛΞΗΣ

Μαγνητικός διαχωριστής με

οχετούς

ΧΟΝΔΡΟΜΕΡΗ ΤΕΜΑΧΙΑ

ΛΕΠΤΟΜΕΡΗ

ΤΕΜΑΧΙΑ

ΧΟΝΔΡΟΜΕΡΗ

ΤΕΜΑΧΙΑ (μέχρι 40

μμ)

ΛΕΠΤΟΜΕΡΗ ΤΕΜΑΧΙΑ

ΧΟΝΔΡΟΜΕΡΗ

ΤΕΜΑΧΙΑ

ΛΕΠΤΟΜΕΡΗ ΤΕΜΑΧΙΑ

ΛΕΠΤΟΜΕΡΗ ΤΕΜΑΧΙΑ (μέχρι 5 μμ)

ΧΟΝΔΡΟΜΕΡΗ

ΤΕΜΑΧΙΑ

ΛΕΠΤΟΜΕΡΗ

ΤΕΜΑΧΙΑ

ΙΛΥΣ

ΛΕΠΤΟΜΕΡΗ ΤΕΜΑΧΙΑ (μέχρι 5 μμ)

ΧΟΝΔΡΟΜΕΡΗ ΤΕΜΑΧΙΑ

ΛΕΠΤΟΜΕΡΗ

ΤΕΜΑΧΙΑ

ΛΕΠΤΟΜΕΡΗ

ΤΕΜΑΧΙΑ (μέχρι 5 μμ)

ΑΠΟ 2 ΜΜ ΜΕΧΡΙ ΙΛΥΟΣ

ΛΕΠΤΟΜΕΡΗ

ΤΕΜΑΧΙΑ (μέχρι 5 μμ)

Μαγνητικός διαχωριστής με

τύμπανα ή κυλίνδρους ή

ταινίες

Μαγνητικός διαχωριστής με

τύμπανα ή ανάρτησης ή

ταινίες

Μαγνητικός διαχωριστής με

τύμπανα

Μαγνητικός διαχωριστής με

οχετούς

Μαγνητικός διαχωριστής με τύμπανα

Μαγνητικός διαχωριστής με τύμπανα ή ταινίες ή πτερύγια

Μαγνητικός διαχωριστής

υψηλής έντασης με τύμπανα ή κυλίνδρους

Μαγνητικός διαχωριστής

με διασταυρού

μενες ταινίες ή

κυλίνδρους ή ταινίες

Μαγνητικός διαχωριστής

με περιστρεφόμ

ενους κυκλικούς δακτυλίους

Μαγνητικός διαχωριστής

με κυλίνδρους

ΜΟΝΙΜΟΙ ΜΑΓΝΗΤΕΣ (επίσης)

3.10. Ηλεκτροστατικός εμπλουτισμός.

3.10.1. Βασικές έννοιες.

Ο ηλεκτροστατικός εμπλουτισμός εκμεταλλεύεται τη δύναμη ενός ηλεκτρικού πεδίου η οποία με τη συνεργασία μιας άλλης δύναμης (π.χ. βαρύτητας), δημιουργεί μια διαφορική κίνηση μεταξύ των τεμαχίων του μεταλλεύματος ή ορυκτού και του στείρου. Η αρχή του διαχωρισμού βασίζεται στη διαφορά της αγωγιμότητας μεταξύ των μεταλλευμάτων ή των ορυκτών. Για το διαχωρισμό 2 υλικών με διαφορετική αγωγιμότητα επιδρούν ακόμη το ειδικό βάρος (βαρύτητα), το μέγεθος, η επιφανειακή κατάσταση και η καθαρότητα των τεμαχίων. Από λειτουργική άποψη, σημαντικό ρόλο παίζουν οι μηχανικές και οι ηλεκτρικές ιδιότητες του διαχωριστή. Αν και γενικά έχει παραμεληθεί, τα τελευταία χρόνια παρουσιάζεται αναζωπύρωση του ενδιαφέροντος των ερευνητών και εργοστασίων για ευρύτερη εφαρμογή, ιδιαίτερα με προοδοποίηση της επιφάνειας των τεμαχίων. Εφαρμόζεται κύρια σε ξηρά μικρομερή τεμαχίδια, από τα οποία έχει απομακρυνθεί το πολύ μικρομερές υλικό (δηλαδή μικρότερο από 32 μm). Ο διαχωρισμός των μικρών τεμαχιδίων βασίζεται στην έλξη εκείνων με ετερώνυμο ηλεκτρικό φορτίο και στην απώθηση εκείνων με ομώνυμο ηλεκτρικό φορτίο.

Στον Πίνακα 10 δίνεται η σχετική αγωγιμότητα ορυκτών ή μετάλλων εκφρασμένη σε ohm-1 cm-1.

Πίνακας 10. Σχετική αγωγιμότητα ορυκτών ή μετάλλων

Μέταλλο ή ορυκτόΣχετική αγωγιμότητα

(ohm-1 cm-1)

Άργυρος 681.000

Χαλκός 634.000

Χρυσός 455.000

Σίδηρος 113.000

Κοβελίτης 8.000

Γαληνίτης 3.350

Γραφίτης 700

Πυροτίτης 119

Χαλκοσίτης 91

Σιδηροπυρίτης 41,7

Χαλκοπυρίτης 0,983

Κυπρίτης 0,025

Σιδηρίτης 0,00014

Χαλαζίας 0,84x10-14

Στον Πίνακα 11 παρουσιάζεται μια κατάταξη των ορυκτών σύμφωνα με την αγωγιμότητά τους.

Πίνακας 11. Βαθμός αγωγιμότητας ορυκτών

Ο ηλεκτροστατικός εμπλουτισμός επιτυγχάνεται στους ηλεκτροστατικούς διαχωριστές. Οι κυριότεροι από αυτούς είναι οι μηχανές των Blake – Morscher και Huff.

3.11. Διάφορες μέθοδοι εμπλουτισμού

Ο εμπλουτισμός ενός μεταλλεύματος ή ορυκτού βασίζεται στην εκμετάλλευση της διαφοράς μιας φυσικής ιδιότητας αυτού και του στείρου. Υπάρχουν και δευτερεύουσας σημασίας ιδιότητες οι οποίες όταν κατάλληλα υποστούν εκμετάλλευση μπορούν να δημιουργήσουν αντίστοιχες μεθόδους εμπλουτισμού. Οι ιδιότητες αυτές είναι η τριβή, το σχήμα, η σκληρότητα, η θερμική διαστολή κ.α.

Η εκμετάλλευση των ιδιοτήτων αυτών είχε ως αποτέλεσμα την κατασκευή αντίστοιχων μηχανών αλλά, όπως φαίνεται, τόσο η χαμηλή απόδοση όσο και η καθορισμένη και ειδική περίπτωση εφαρμογής τους δεν ευνόησαν την ευρεία εφαρμογή τους στη μεταλλευτική βιομηχανία. Είναι αμφίβολο αν σήμερα εφαρμόζονται.

3.12. Προοδοποιητικές επεξεργασίες στον εμπλουτισμό

Ο όρος προοδοποίηση αναφέρεται σε μια προδρομική διεργασία που προηγείται της κύριας επεξεργασίας και με την οποία πετυχαίνεται η αύξηση μιας ιδιότητας ή η δημιουργία μιας νέας δοτής και ικανής να δώσει τη δυνατότητα εκμετάλλευσης και το διαχωρισμό του προοδοποιημένου από το εκείνο που δεν προοδοποιήθηκε. Με την προοδοποίηση δημιουργείται μια τεχνητή διαφορά φυσικής ιδιότητας μεταξύ μεταλλεύματος και στείρου επάνω στην οποία στη συνέχεια βασίζεται η μέθοδος του εμπλουτισμού που θα επιφέρει τον τελικό διαχωρισμό.

3.12.1. Συσσωμάτωση και Διασπορά

Διεργασίες στον εμπλουτισμό των μεταλλευμάτων ή των ορυκτών όπως η υδροταξινόμηση, η επίπλευση, η πύκνωση και η διήθηση έχουν να κάνουν με μικρομερή τεμαχίδια στο νερό.

Καλοί Αγωγοί Μέτριοι Αγωγοί Κακοί Αγωγοί

ΧαλκοπυρίτηςΣιδηροπυρίτης

ΓαληνίτηςΜολυβδαινίτης

ΜαγνητίτηςΙλμενίτηςΓραφίτηςΘειούχα

ΒολφραμίτηςΚασσιτερίτηςΣφαλερίτης

ΑσβεστίτηςΧαλαζίαςΦθορίτηςΓρανάτηςΜοναζίτης

Πυριτικά ορυκτάΑνθρακικά ορυκτά

Θειικά ορυκτά

Η παρουσία των στερεών τεμαχιδίων στο νερό σε συνύπαρξη με διάφορα είδη ιόντων δημιουργούν συνθήκες διασποράς ή συσσωμάτωσης, δηλαδή ανεξαρτητοποίησης των τεμαχιδίων ή εναγκαλισμούς με αποτέλεσμα τη διαφοροποίηση της συμπεριφοράς τους στις μετέπειτα διεργασίες.

3.12.2. Διεπιφάνεια στερεού – υγρού

Στη διεπιφάνεια ενός στερεού τεμαχιδίου και του περιβάλλοντος υγρού εμφανίζονται φυσικοχημικές δυνάμεις που διαφέρουν στο βαθμό αλλά όχι στο είδος από εκείνες μέσα στο στερεό και από εκείνες μέσα στο υγρό. Οι συνοριακές δυνάμεις παίρνουν τις ιδιότητες και των δύο. Κάθε ορυκτό είναι διαλυτό, μέχρι κάποιο όριο, στο νερό. Η διαλυτότητα αυτή των ορυκτών κάνει ακόμα πιο σύνθετη την υγρή φάση. Υπάρχει μια εκλεκτικότητα στην τάση της προσκόλλησης ή αποκόλλησης των ιόντων και των μορίων του νερού για κάθε επιφάνεια ορυκτού. Το φαινόμενο της «εκλεκτικής ρόφησης ιόντων» είναι ένα από τα τρία βασικά στη συσσωμάτωση και διασπορά.

Οι κινήσεις Brown είναι το δεύτερο βασικό φαινόμενο στη συσσωμάτωση και τη διασπορά και αναφέρονται στις αυθόρμητες και τυχαίες μετατοπίσεις των μικρομερών τεμαχιδίων σε ένα αιώρημά τους.

Έχει θεμελιώδη σημασία στα φαινόμενα συσσωμάτωσης και διασποράς επειδή παρέχει τον τρόπο να φέρει κοντά ανεξάρτητα τεμαχίδια που αιωρούνται ή τον τρόπο αποσύνδεσης συσσωματωμάτων χωρίς την επέμβαση ισχυρής ανάδευσης ή άλλων εξωτερικών μέσων. Η κίνηση Brown γενικά θεωρείται ότι οφείλεται στη μοριακή αναταραχή.

3.12.3. Επιφανειακή ενέργεια

Η επιφανειακή ενέργεια παρέχει το τρίτο βασικό στοιχείο στο φαινόμενο της συσσωμάτωσης – διασποράς. Έχει γίνει γενικά παραδεκτό ότι σε κάθε διεπιφάνεια υπάρχει επιφανειακή ενέργεια. Υπάρχει αξιοσημείωτη τάση της επιφανειακής ενέργειας να μετατραπεί σε κινητική (ενέργεια μοριακής αναταραχής). Η συσσωμάτωση ανεξάρτητων τεμαχιδίων μειώνει την εσωτερική επιφάνεια, δηλαδή την επιφανειακή ενέργεια.

3.12.4. Ιοντική επικάλυψη σε υδατικά διαλύματα

Τεμαχίδια που βρίσκονται σε διασπορά στο νερό ή σε υδατικά διαλύματα, μετακινούνται υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου. Η μετακίνηση αυτή είναι η πιο συχνή προς το θετικό ηλεκτρόδιο παρά στο αρνητικό.

Το φαινόμενο αυτό δείχνει ότι τα τεμαχίδια είναι ηλεκτρικά φορτισμένα και μάλιστα τις περισσότερες φορές αρνητικά παρά θετικά. Επειδή τα θετικά φορτία πρέπει να είναι ίσα με τα αρνητικά σε κάθε ηλεκτρολύτη, η προσκόλληση ή ρόφηση αρνητικών φορτίων στα τεμαχίδια (καθώς αποδείχτηκε με την μετακίνηση από το ηλεκτρικό πεδίο) πρέπει να έχει ως αποτέλεσμα την υπεραφθονία των θετικών ιόντων στον ηλεκτρολύτη.

3.12.5. Ηλεκτροκινητικό δυναμικό

Αλλαγές στη σύσταση του ηλεκτρολύτη προξενούν αλλαγές στην αναλογία των ροφηθέντων ιόντων και, από αυτή, στο καθαρό φορτίο των τεμαχιδίων. Οι αλλαγές στη σύσταση του ηλεκτρολύτη προξενούν αλλαγές του ηλεκτροκινητικού ή ζ – δυναμικού, άλλοτε αύξηση, άλλοτε μείωση και άλλοτε ακόμη αναστροφή του προσήμου. Η ακριβής ποσοτική σχέση του ζ – δυναμικού με τη συσσωμάτωση δεν είναι πλήρως διευκρινισμένη ούτε η σχέση του ζ – δυναμικού με το θερμοδυναμικό ή ε – δυναμικό του Helmholtz που εφαρμόζεται στην ηλεκτρόλυση. ‘Υπάρχει όμως ένας ποιοτικός παραλληλισμός μεταξύ συσσωμάτωσης και μικρών τιμών ζ – δυναμικού, όπως επίσης μεταξύ διασποράς και μεγάλων τιμών ζ – δυναμικού.

3.12.6. Συσσωμάτωση με προσθήκη ηλεκτρολυτών

Συσσωμάτωση μπορεί να προξενηθεί με την προσθήκη ηλεκτρολυτών σε κατάλληλες ποσότητες. Τότε, η συσσωμάτωση λέγεται θρόμβωση. Στην περίπτωση διασποράς με αρνητικά φορτία, έχει σημασία το κατιόν του ηλεκτρολύτη και αντίστροφα. Τα ιόντα γενικά αυξάνουν τη συσσωματική τους ικανότητα με την αύξηση του σθένους. Αυτό εξηγείται από τον Freundlich ότι οφείλεται στη ρόφηση αυτών στην επιφάνεια του τεμαχιδίου.

Πολλές θεωρίες έχουν διατυπωθεί για τη σχέση της σχετικής συγκέντρωσης ιόντων με το σθένος. Σύμφωνα με τους Linder και Picton, η καταβυθιστική δύναμη ιόντων με σθένος 1, 2, 3 είναι ως 1 : 35 : 1023 που σημαίνει ότι ένα τρισθενές ιόν είναι τεράστια πιο δραστικό έναντι ενός μονοσθενούς αλλά οι εξαιρέσεις από τον κανόνα είναι πολλές. Γι’ αυτό και προτείνεται μια άλλη υπόθεση, ότι δηλαδή όλα τα ιόντα δεν δίνουν την ίδια ισόθερμη ρόφησης. Ο Thomas πιστεύει ότι οι «ανώμαλες σειρές» ηλεκτρολυτών συσσωμάτωσης που σχηματίζουν αδιάλυτα ιζήματα με τα ιόντα που προηγούμενα ήταν απασχολημένα να διατηρούν το σύστημα σε διασπορά, έχουν περισσότερη χημική βάση εξήγησης παρά η ρόφηση.

3.12.7. Διασπορά με προσθήκη ηλεκτρολυτών

Όπως ακριβώς ηλεκτρολύτες σε κατάλληλα επιλεγμένες συγκεντρώσεις μπορούν να επιτύχουν θρόμβωση αιωρημάτων, έτσι και κατάλληλα επιλεγμένες συγκεντρώσεις ηλεκτρολυτών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διασπορά αιωρημάτων.

3.12.8. Διασπορά με προσθήκη κολλοειδών

Λυοφοβικά κολλοειδή λέγονται οι ουσίες σε κολλοειδή κατάσταση που βρίσκονται σε διασπορά ενάντια στη φυσική τους τάση ενώ λυοφιλικά κολλοειδή εκείνα που βρίσκονται σε κολλοειδή κατάσταση από τη φυσική τους τάση. Τα λυοφιλικά κολλοειδή χρησιμοποιούνται για να διατηρήσουν σε διασπορά λυοφοβικές ουσίες. Πιστεύεται ότι δημιουργούν ένα κάλυμμα γύρω από τις λυοφοβικές ουσίες με τέτοιο τρόπο ώστε το διασπαρμένο υλικό να φαίνεται στο ρευστό ως εάν είναι εξ ολοκλήρου σχηματισμένο από προστατευτικό κολλοειδές.

Λυοφιλικά κολλοειδή μπορούν να δράσουν και ως μέσο συσσωμάτωσης εάν στο αιώρημα υπάρχουν ιόντα που κατακρημνίζουν το σημαντικό (μηκύλιο) ιόν του κολλοειδούς.

3.12.9. Επίδραση της οξύτητας στη συσσωμάτωση

Η επίδραση αυτή είναι σημαντική. Βασικά, δεν διαφέρει από την επίδραση των άλλων ιόντων, καθ΄ όσον με την οξύτητα ή αλκαλικότητα καθορίζεται η περίσσεια της παρουσίας υδρογονοϊόντων. Έχει όμως ιδιαίτερη σημασία, γιατί αυτά τα ιόντα είναι ιόντα ελέγχου και πιο δραστικά από άλλα μονοσθενή καθώς επίσης γιατί είναι ιόντα του νερού.

3.12.10. Αντιδραστήρια διασποράς - συσσωμάτωσης σε πολφούς μεταλλευμάτων ή ορυκτών

Για τη διασπορά τα πιο δραστικά αντιδραστήρια είναι τα μετ΄ αλκαλίων πυριτικά, ανθρακικά, θειούχα, υδροξείδια, κυανιούχα άλατα, η κόλλα και η ζελατίνη. Για τη συσσωμάτωση (θρόμβωση) ένα από τα καλύτερα αντιδραστήρια είναι η υδράσβεστος. Η δραστικότητά της αυξάνει σε συνδυασμό με άμυλο. Άλλα θρομβωτικά αντιδραστήρια είναι τι θειικό οξύ, η αλούμινα, η γύψος και ο θειικός χαλκός.

3.12.11. Όρια μεγέθους συσσωμάτωσης

Στη συσσωμάτωση, όπως ειπώθηκε, δύο είναι οι κύριοι παράγοντες που δρουν για να επιτευχθεί.

Ο ένας αναφέρεται στην πιθανότητα της προσκόλλησης των τεμαχιδίων όταν έλθουν κοντά το ένα με το άλλο και ο άλλος στην πιθανότητα σύγκρουσης των τεμαχιδίων ως αποτέλεσμα της κίνησης Brown. Αν η πιθανότητα της προσκόλλησης είναι μηδενική, είναι ανώφελη η αναμονή της συσσωμάτωσης. Από την άλλη, αν η πιθανότητα είναι η μονάδα, η συσσωμάτωση είναι αναπόφευκτη και γενικά ταχεία. Ο ρυθμός προόδου μιας συσσωμάτωσης εξαρτάται από το πλήθος των τεμαχιδίων στο αιώρημα (πολφό), το μέγεθός τους (πλάτος κίνησης Brown) και εάν προηγήθηκε ή όχι κάτι άλλο. Το μέγεθος επομένως εξαρτάται από όλους τους παραπάνω παράγοντες αλλά οπωσδήποτε ιδιαίτερο ρόλο παίζει το πλήθος (αραίωση) των τεμαχιδίων στο αιώρημα (πολφό). Κολλοειδή φαινόμενα παρουσιάζονται αν όλα τα τεμαχίδια είναι μικρότερα από ένα οριακό μέγεθος. Για τον προσδιορισμό αυτού του οριακού μεγέθους (προς το μέγιστο) εφαρμόζεται η εξίσωση του Einstein και του von Smoluchowski

3.12.12. Επίδραση της πυκνότητας του πολφού στη συσσωμάτωση

Η αύξηση της πυκνότητας του πολφού (μείωση της αραίωσης) πρέπει να προξενεί ταχύτερη και πλήρη συσσωμάτωση, αν οι συνθήκες της συσσωμάτωσης είναι βέλτιστες.

Εάν επιζητείται διασπορά, αυτή μπορεί να βοηθηθεί με αραίωση του πολφού. Η αραίωση μειώνει το κρίσιμο μέγεθος της συσσωμάτωσης και πιθανόν μειώνει τη συγκέντρωση των ιόντων που την προξενούν.

3.12.13. Διασπορά με μοριακές γέφυρες

Σε ένα αιώρημα πολύ μικρότερων τεμαχιδίων σε ένα ρευστό, η εισαγωγή μερικών διαλελυμένων ουσιών μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό μοριακών γεφυρών που συνενώνουν τα διεσπαρμένα τεμαχίδια με το υγρό. Τα κατάλληλα μόρια πρέπει να είναι αρκετά μεγάλα ώστε οι χημικές ή ηλεκτρικές δυνάμεις από μερικά ιδιαίτερα μέρη του μορίου να είναι αρκετά μακριά ώστε να μην επιδρά το ένα με το άλλο. Η τάση αυτή μπορεί να πάρει τη μορφή μιας περατωμένης αντίδρασης ή απλά μιας δυναμικής αντίδρασης (ρόφησης).

Στη διασπορά με μοριακές γέφυρες δεν φαίνεται να υπάρχει η ανάγκη ηλεκτρικών φορτίων στα διεσπαρμένα τεμαχίδια. Αυτός ο τύπος διασποράς είναι πιθανόν κανόνας για τα μη ιονιζόμενα υγρά και ο ιονικός τύπος διασποράς κανόνας για τα ιονιζόμενα υγρά. Μπορεί ακόμα διασπορά με μοριακή γέφυρα να συμβαίνει σε υδατικά διαλύματα με προστατευτικά κολλοειδή.

Αν και οι μοριακές γέφυρες μπορεί να είναι μονομοριακές μπορούν να σχηματίζουν ιξώση μεμβράνη πάχους πολλών μορίων. Οι μοριακοί δεσμοί (γέφυρες) θεωρούνται ως οι βασικότεροι συντελεστές της σταθερότητας των γαλακτωμάτων. Ίσως όλα τα γαλακτώματα σταθεροποιούνται με αυτούς και είναι πιθανόν ότι η διασπορά με ιοντική ρόφηση είναι παρόμοια με τη διασπορά μέσω μοριακών δεσμών, κατά την οποία ο δεσμός αποτελείται από τα ροφημένα ιόντα με την ακολουθία συνδεδεμένων μορίων νερού (μόρια ενυδάτωσης).

3.13. Επίπλευση μεταλλευμάτων ή ορυκτών

3.13.1. Βασικές αρχές και περιγραφή λειτουργίας

Η επίπλευση ή ειδικότερα, η επίπλευση αφρού αποτελεί φυσικοχημική μέθοδο εμπλουτισμού στην οποία επιδιώκεται η εκλεκτική συγκέντρωση μεταλλεύματος ή ορυκτού μέσα στο νερό και ο διαχωρισμός του από το στείρο (ή μεταλλευμάτων μεταξύ τους, όταν είναι περισσότερα από ένα) με τη βοήθεια φυσαλίδων αέρα. Η εκλεκτικότητα των φυσαλίδων να συλλέγουν μόνο τα τεμαχίδια του προς επίπλευση ορυκτού γενικά είναι συνάρτηση του φαινομένου της υδροφοβίας των επιφανειών ενώ το αντίθετο φαινόμενο συνδέεται με την υδροφιλία.

Έτσι, οι υδρόφοβες επιφάνειες όταν έρχονται σ΄ επαφή με τις φυσαλίδες προσκολλώνται σ΄ αυτές ενώ οι υδρόφιλες όχι.

Η υδροφοβία των επιφανειών σπάνια είναι φυσική (θείο, τάλκης, βόρακας κ.α.) αλλά συνήθως δημιουργούνται στα τεμαχίδια που πρόκειται να επιπλεύσουν με τα κατάλληλα αντδραστήρια στη φάση της προοδοποίησης ή και της επίπλευσης. Άλλωστε, η κυριότερη επιδίωξη της επίπλευσης είναι η κατά βούληση και εκλεκτική δημιουργία υδρόφοβων επιφανειών στα προς διαχωρισμό ομοειδή τεμαχίδια, ανεξάρτητα του είδους, του περιβάλλοντος και της ποσότητας των υπόλοιπων ορυκτών.

Στην επίπλευση το λειοτριβηθέν σε μικρά τεμαχίδια μετάλλευμα ή ορυκτό προοδοποιείται μέσα στο νερό με κατάλληλα αντιδραστήρια στη διάρκεια της προοδοποίησης, τα τεμαχίδια που πρόκειται να επιπλεύσουν καθίστανται υδρόφοβα ενώ τα υπόλοιπα παραμένουν ή γίνονται υδρόφιλα. Τα τεμαχίδια που έγιναν υδρόφοβα ή απόκτησαν επιπλευσιμότητα συνήθως του μεταλλεύματος ή του ορυκτού, όταν έλθουν σε επαφή με τις ανερχόμενες φυσαλίδες (που παράγονται στο χώρο του διαχωρισμού) προσκολλώνται σ’ αυτές και, μεταφερόμενα στην επιφάνεια, διαχωρίζονται από τα υπόλοιπα.

Στην επιφάνεια του νερού σχηματίζουν ένα στρώμα αφρού φορτισμένο με τεμαχίδια ο οποίος συνήθως απομακρύνεται με μηχανικά μέσα αλλά και με υπερχείλιση. Τα μη επιπλεύσιμα τεμαχίδια (π. χ. του στείρου) σε υδρόφιλη κατάσταση επιφάνειας παραμένουν βυθισμένα στο νερό και απομακρύνονται με την απορροή.

Η μέθοδος της επίπλευσης πετυχαίνει συνήθως υψηλή ανάκτηση και απόδοση. Έχει ευρεία εφαρμογή στα φτωχά και πολύ φτωχά μεταλλεύματα ή ορυκτά, ιδιαίτερα όταν απαιτείται από την αρχή μικρομερής λειοτρίβηση για αποδέσμευση. Εφαρμόζεται ακόμη για την απομάκρυνση βλαπτικών συστατικών από άλλα, σχετικά πλούσια μεταλλεύματα ή ορυκτά και την παραγωγή τελείως καθαρών (χωρίς βλαπτικά) συμπυκνωμάτων.

Η επίπλευση είναι ανεξάρτητη από τις αυτόχθονες φυσικές ιδιότητες των ορυκτών αφού η απαιτούμενη διαφορά υδροφοβίας – υδροφιλίας μεταξύ χρήσιμου και μη συστατικού, αναπτύσσεται με τεχνικά μέσα στο στάδιο της προοδοποίησης.

Τεμαχίδια από 0,8 mm μέχρι μερικά μικρά είναι δυνατόν να αποτελέσουν την τροφοδοσία ενός κυκλώματος επίπλευσης.

Πίνακας 12. Κυριότερα μεταλλεύματα ή ορυκτά

για τη μέθοδο της επίπλευσης

Η μέθοδος περιλαμβάνει τις παρακάτω φάσεις :

Θειούχα Μεταλλεύματα

Μη θειούχα

Μεταλλεύματα Χρήσιμα ορυκτά

ΧαλκούΜολύβδου

ΨευδαργύρουΜολυβδαινίου

ΚοβαλτίουΝικελίου

Αρσενικούκ.α.

ΣιδήρουΧρωμίτη

ΜαγγανίουΒολφραμίτη

κ.α.

ΑσβεστίτηΜαγνησίτη

ΦθορίτηΑστρίωνΒαρύτηΘείου

ΦωσφωρικώνΚαρναλίτηΆνθρακα

κ.α.

1.1. Λειοτρίβηση του μεταλλεύματος Λειοτρίβηση του μεταλλεύματος

2.2. Προοδοποίηση του πολφού με κατάλληλα Προοδοποίηση του πολφού με κατάλληλα αντιδραστήρια και συνθήκεςαντιδραστήρια και συνθήκες

3.3. Δημιουργία συνθηκών επίπλευσης στον πολφό Δημιουργία συνθηκών επίπλευσης στον πολφό δηλαδή ρεύματος ανερχόμενων φυσαλίδων αέρα δηλαδή ρεύματος ανερχόμενων φυσαλίδων αέρα με συνεχή ανάδευσημε συνεχή ανάδευση

4.4. Απομάκρυνση του πολφού με τα τεμαχίδια που Απομάκρυνση του πολφού με τα τεμαχίδια που έχουν επιπλεύσει και απορροή των υπολοίπωνέχουν επιπλεύσει και απορροή των υπολοίπων

5.5. Αποκόλληση των τεμαχιδίων από τις φυσαλίδες Αποκόλληση των τεμαχιδίων από τις φυσαλίδες

6.6. Καταβύθιση των τεμαχιδίων (πύκνωση) με την Καταβύθιση των τεμαχιδίων (πύκνωση) με την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους του νερού απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους του νερού

7.7. Αφυδάτωση των καταβυθισθέντων με διήθησηΑφυδάτωση των καταβυθισθέντων με διήθηση

8.8. Απόθεση απορρίμματοςΑπόθεση απορρίμματος