۳۷
۳۸

۴۵
۴۸
۶۹
فصل اول: کلیات
۱-۱- مقدمه
روش­های کانه آرایی در محیطی که محتوی مقدار قابل توجهی آب است، انجام می­گیرد و در اکثر موارد، قسمت عمده آب، همراه باطله خارج می­ شود. به منظور جلوگیری از آلوده شدن محیط توسط آب محتوی مواد باطله و در نهایت بازیابی و استفاده مجدد از آن، بکارگیری تجهیزات آبگیری مانند تیکنرها برای این منظور ضروری است]۱[.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

روش های آبگیری به سه دسته تقسیم می‌شوند:
ته‌نشینی^[۱]
فیلتراسیون^[۲]
خشک کردن^[۳]
در شرایطی که اختلاف چگالی جامد و مایع زیاد باشد روش ته نشین کردن دارای بهترین بازدهی است، این امر در کانه آرایی که مایع مصرفی آب است معمولا صدق می‌کند. در کانه آرایی معمولا آبکش کردن ترکیبی از دو روش فوق است. قسمت عمده آب ابتدا به روش ته‌نشین کردن از بقیه جدا می‌شود، در نتیجه پالپی با غظت %۶۰ – ۵۵ درصد وزنی جامد تولید می‌شود. در این مرحله تا حدود ۸۰% آب موجود را می‌توان حذف کرد، سپس با فیلتر کردن پالپ غلیظ شده، کیکی به دست می‌آید که رطوبت آن % ۲۰ – ۱۰ است و در صورت نیاز می‌توان در یک مرحله خشک کردن حرارتی رطوبت آن را به کمتر از ۵% رساند]۲[.
۱-۲- اهداف و ضرورت انجام پایان نامه
کمبود آب از یک سو و طرح های توسعه مجتمع از سوی دیگر علاوه بر این وضعیت توپوگرافی منطقه و هزینه بالای ساخت سد باطله با حجم وسیع، نیاز به بازیابی آب را نمایان می­سازد. با توجه به قرار گرفتن مجتمع سنگ آهن گل­گهر در منطقه خشک و کم آب، برای بازیابی آب بیشتر از تیکنر و جلوگیری از به هدر رفتن آب صنعتی با حجم بالا و نیز تسهیل در انتقال مواد و حفظ محیط زیست باید تا حد امکان درصد جامد باطله تر مورد نظر را بالا برد. بنابراین با اجرای این طرح از هدرروی آب بسیار زیادی جلوگیری شده و می­توان آن را به مدار فرآوری باز گرداند و باعث جلوگیری از مصارف ذخایر آب شد. هدف از انجام این پایان نامه طراحی ابعاد بهینه تیکنر نرخ بالا^[۴] (HRT) و تعین شرایط بهینه عملیاتی تیکنر پروژه بازیابی است.
۱-۲-۱- طرح بازیابی آب
بازیافت آب در کارخانه های فرآوری غالبا امری اجتناب ناپذیر است. به خصوص در مواردی که کارخانه در منطقه کم آب واقع شده است. یکی از روش­هایی که در فرایند آبگیری کارخانه­های فرآوری کانسنگ­های فلزی از جمله کارخانه فرآوری سنگ آهن، کاربرد دارد، فرایند آبگیری توسط تیکنرهای نرخ بالا و فیلترهای پرس می­باشد. انتقال باطله به تیکنر جهت افزایش درصد جامد آن به حد مورد نظر برای عملیات بهینه فیلتراسیون است و سپس فیلتر باطله‌ای با رطوبت ۵ تا ۱۵ درصد تولید می­ کند.
Filter Press
شکل ۱-۱: طرح پروژه بازیابی آب مجتمع سنگ آهن گل گهر
۱-۲-۲- معرفی تجهیزات
الف)تیکنر نرخ بالا
به دلیل نوسانات زیاد درصد جامد ته­ریز تیکنرها که باطله خروجی کارخانه ها را تشکیل می­دهد به ناچار باید برای ورود به فیلتر پرس از این نوسانات جلوگیری شود. برای جلو گیری از این نوسانات و بالا آوردن حد بهینه درصد جامد برای خوراک ورودی فیلتر از تیکنر دیگری نیز باید استفاده گردد.
بنا به دلایل زیر امروزه تیکنرهای با نرخ ته‌نشینی بالا جای خود را در مدارهای فرآوری به خوبی پیدا کرده اند:
۱- صرفه جویی در فضا: ما می­توانیم یک تیکنر با ظرفیت بالا را در یک فضای کوچک به کار ببریم
۲- صرفه جویی مالی
۳- مزایای فرآیندی: جدایش سریع تر، غلظت ته‌ریز بیشتر و سرریز شفاف­تر
۴- مزایای عملیاتی
با ظهور فلوکولانت‌های ترکیبی، تیکنرهای با ظرفیت و دبی بالا نیز به عنوان نوعی از تیکنر مطرح شدند که دبی خروجی برای پالپ فلوکولانته شده به طور قابل توجهی بیش از پالپ فلوکولانته نشده بود. استفاده از فلوکولانت­ها برای بهینه شدن طراحی این نوع تیکنرها ترجیح داده می‌شود. اگرچه پیشرفت های بیشتر برای بهینه شدن طراحی تیکنرها به زودی امکان پذیر است. اندازه تیکنر یا خروجی آن مستقیماً بستگی به میزان فلوکولانت مصرفی و غلظت خوراک ورودی دارد. به همین دلیل تیکنرهای با نرخ بالا از سیستم رقیق ساز خوراک استفاده می کنند. اندازه بهینه تیکنرها با توجه به سرمایه اولیه و هزینه عملیات فلوکولانت مصرفی تعیین می­ شود. تیکنرهای کوچکتر ممکن است هزینه نصب کمتری داشته باشند ولی ممکن است هزینه فلوکولانت مصرفی آن بیشتر باشد ]۳[.
عموماً تیکنرها دارای یک چاه عمیق خوراک، مکانیزم رقیق سازی، وسیله محرک پاروها، بازوی پارو، مجرای خروجی بزرگ و خروجی ته‌ریز می باشند ]۳[.
مشخصه اصلی این نوع تیکنرها ترکیب خوراک و فلوکولانت­ها با هم برای تولید جریان ته­ریز بیشتر است به طوری که مصرف فلوکولانت کاهش بیابد. این عمل به وسیله چاه خوراک صورت می­گیرد. قلب این نوع تیکنرها فلوکولاسیون موثر است و پارامتر کنترل کننده این عامل نوع چاه خوراک است که باعث کنترل مخلوط شدگی و شرایط تماس مواد مختلف است ]۱۰[.
ب)فیلترهای فشاری
فیلتراسیون یک عملیات واحد و بنیادی است که در چارچوب یک حجم مشخصی، ذرات معلق را از آب جدا می­ کند. اگر چه برنامه ­های کاربردی و صنعتی این عملیات به طور قابل توجهی متفاوت هستند، با این حال نحوه کار تمام دستگاه­های فیلتراسیون؛ عبور محلول و یا پالپ از داخل غشاء متخلخل و یا واسطه بوده که بر اساس آن ذرات جامد بر روی سطح واسطه و یا در داخل خلل و فرج آن باقی مانده، در حالی که سیال ورودی به عنوان محلول صاف شده (فیلتریت)، از آن عبور می­ کند [۱۱].
در یک مفهوم خیلی عمومی، این عملیات را می­توان به منظور دستیابی به یکی اهداف زیر انجام داد [۱۱]:
بازیابی محصولات با ارزش (در حالت پالپ و یا در حالت مایع).
پالایش و یا خالص سازی جریان مایع و در نتیجه بهبود کیفیت محصول.
هر دو مورد.
تجربیات بدست آمده از بررسی فرایند آبگیری از پالپ نشان می­دهد که این امر یک پدیده پیچیده است و مقداری رطوبت اشباع همیشه در داخل کیک باقی می­ماند که نمی­ توان به راحتی آن را با فشار و دمیدن جریان هوای طولانی مدت حذف نمود [۱۲].
فیلترهای فشاری اتوماتیک در بسیاری از معادن و صنایع متالورژیکی در طول ۳۰ سال گذشته به صورت مناسبی مورد استفاده قرار گرفته­اند. پذیرش همه جانبه این فیلترها به سبب نیاز فرایندهای بالادستی به آبگیری از مواد ریز، نتیجه شده است [۱۳].
توسعه مهندسی این فیلترها به جهت ظرفیت بالا و هزینه­ های عملیاتی پایین آن ایجاد شده است. عملیات تمام اتوماتیک از جهت کنترل و بهینه­سازی از عملیات ساده مکانیکی پیشرفته­تر و توسعه یافته­تر شده است. داده ­های عملیاتی فیلتر برای تجزیه و تحلیل روند تغییرات به سیستم وارد شده و می ­تواند به صورت کنترل از راه دور قابل دسترسی باشد. سیستم کنترل همچنین می ­تواند نتایج را به صورت آنلاین و نموداری نمایش دهد. آزمایش­های فیلتراسیون نه تنها داده­هایی با مقیاس بالاتر فراهم می­ کند، بلکه در بهینه‌سازی چرخه فیلتراسیون و توسعه استراتژی­ های کنترلی نیز یاری خواهد رساند. فیلتراسیون باید به عنوان بخش جدایی ناپذیری از کل فرایند برای اطمینان از صحت مشخصات تجهیزات انتخابی، باید مورد ارزیابی قرار گیرد. توجه به طراحی جزئیات، باعث ایجاد طرح فیلتراسیونی با عملکرد موثر و قابل اعتماد خواهد شد [۱۳].
در طول سه دهه گذشته پیشرفت­های قابل توجهی در تکنولوژی فیلتراسیون اتفاق افتاده است و فیلترهای فشاری اتوماتیک جزء اجزای کلیدی دستیابی به حداکثر کارایی کارخانه­های فرآوری مواد معدنی مدرن و کارخانه­های متالورژی به شمار می­رود [۱۳].
۱-۳- ته‌نشینی
ته‌نشینی جدایش جزئی مواد جامد معلق از مایع با بهره گرفتن از نیروی ثقل است. هدف از ته نشینی تغلیظ یا زلال سازی است. نیروی ثقل، نیروی شناوری و نیروی اصطحکاک سه نیروی موثر درجدایش ته‌نشینی هستند. نیروی‌های تاثیر گذار بر عوامل فوق عبارتند از:
چگالی مایع، چگالی ذرات، شکل و اندازه ذرات، ویسکوزیته مایع، دما، فلوکولاسیون ذرات، غلظت ذرات، رئولوژی پالپ غلیظ شده، فاصله ته‌نشینی و حرکات افقی و عمودی ذرات.
ته‌نشینی مواد جامد و دبی جدایش از نظر تئوری می ­تواند تابعی از عوامل فوق باشد و در نتیجه عوامل فوق می­توانند با توجه به نوع فرایند، طراحی تیکنر مورد نیاز را تحت تاثیر قرار دهد. از آنجا که برای یک طراح تیکنر مهم است که میزان تاثیر عوامل فوق را بداند لازم است در جایی که تئوری ناقص است آزمایش‌ها عملی را انجام دهد. اندازه تیکنر با بهره گرفتن از آزمایش­های آزمایشگاهی و تئوری های کاربردی تعیین می_­شود. جدایش ذرات با توجه به وضعیت نسبی ته‌نشینی به سه صورت می‌تواند رخ دهد:
ته‌نشینی آزاد – سرعت ته‌نشینی بستگی به غلظت ذرات دارد.
ته‌نشینی با مانع – سرعت ته‌نشینی با افزایش تعداد ذرات کاهش می­یابد.
متراکم سازی – سرعت ته‌نشینی ذرات توسط ذرات زیرین محدود می­ شود و ذرات فشرده شده، لایه متراکمی تشکیل می‌دهند.
در هر عملیات ته‌نشینی به طور معمول هر سه مرحله فوق وجود دارد که با توجه به اندازه و نوع طراحی تجهیزات، اندازه ناحیه مربوط به هر ته‌نشینی تعیین می­ شود]۳[.
سرعت ته‌نشینی دانه­ های جامد در یک سیال از قانون نیوتن یا استوکس پیروی می­ کند که بستگی به ابعاد ذرات دارد. سرعت ته‌نشینی دانه­ های کوچک( در حد میکرون) تحت نیروی وزن، بسیار کم است لذا ممکن است نیاز باشد سرعت ته‌نشینی این ذرات را با بهره گرفتن از نیروی گریز از مرکز افزایش داد]۲[.
اندازه هر ناحیه تابع غلظت ذرات و چگونگی فلوکولانت^[۵] ذرات است. فلوکولانت باعث می­ شود که ذرات به هم نزدیک شده یا به هم بچسبند]۳[.
۱-۴- فلوکولاسیون
کواگولانت­ها و فلوکولانت­ها به طور گسترده­ای برای افزایش دبی ته‌نشینی به کار برده می­شوند. این مواد باعث می­شوند که قطر تیکنر مورد نیاز کاهش یابد و سرریز شفاف­تر یا ته­ریز غلیظ­تری تولید شود. فلوکولاسیون و کواگولاسیون معمولا به جای یکدیگر به کار برده می­شوند، هر چند هر کدام عوامل متفاوتی را در جدایش شرح می­ دهند. فلوکولاسیون پلی است که ذرات جامد متحرک را به هم متصل و ذرات بزرگ­تر را ایجاد می­ کند. افزایش ابعاد ذرات، سرعت ته‌نشینی را افزایش می­دهد]۳[.
فلوکولانت­ها ممکن است هر ماده ارگانیک مثل پلی­الکترولیت­ها یا غیر ارگانیک مثل زاج سفید( سولفات مضاعف آلومینیوم و پتاسیم ) باشند.کواگولانت­ها به‌تنهایی یا همزمان با تزریق فلوکولانت­ها به کار برده می­شوند تا کارایی فلوکولانت را افزایش دهند یا میزان مصرف فلوکولانت را کاهش دهند. در بعضی سیستم­ها که در مراحل قبلی از فلوکولانت استفاده شده باشد، (در کارخانه­هایی که تیکنر کنسانتره دارند یا مثلا در مرحله فلوتاسیون از فلوکولانت استفاده شده باشد.) ممکن است به گواگولانت نیاز باشد تا اجازه دهد فلوکولانت جدید اضافه شده موثر واقع شود. دو نوع فلوکولانت وجود دارد:
فلوکولانت‌های طبیعی
فلوکولانت‌های پلیمری مصنوعی]۳[.