ويعد السحق والطحن من العناصر الهامة في عمليات استخلاص الركاز. ويهدف الطحن، وهو خطوة رئيسية في مرحلة ما قبل المعالجة، إلى تحقيق تحرير كاف أو كبير للمكونات القيّمة في الخامات لتسهيل فصلها لاحقا. وفي عمليات التعويم، تعتمد مؤشرات الاستخلاص (مثل درجة التركيز ومعدل الاستخلاص) إلى حد كبير على صفاء الطحن وتحرير المونومرات. فالإفراط في الخشونة يمنع المعادن المستهدفة من التحرر، بينما يؤدي الإفراط في الطحن إلى تكون الوحل، وتدهور كفاءة الفصل، وزيادة استهلاك الطاقة. ولذلك، فإن التحكم الفعال في دقة الطحن ضروري لتحقيق الأداء الأمثل للاستفادة والنتائج الاقتصادية.

تحت غاز الكربون المزدوج )، أصبح حفظ الطاقة والحد من الانبعاثات أمرا حيويا للتنمية المستدامة في صناعات التعدين. ويمثل الطحن ما يقرب من 50 ٪ من استهلاك الطاقة في مصانع الاستخلاص، مما يجعله هدفا رئيسيا لخفض التكاليف وآثار الكربون. وتشير الدراسات الحديثة إلى أن استبدال كرات الصلب في المطاحن بكرات السيراميك يمكن أن يقلل بشكل كبير من استهلاك وسائل الطحن واستخدام الطاقة.

ولتلبية الطلبات العاجلة لخفض التكاليف وتحقيق الكفاءة في استخدام الطاقة، قام مصنع لخَبَث الخبث في داي نورندا باستكشاف حلول مبتكرة. وتحقق هذه الدراسة في استبدال كرات الصلب بكرات السيراميك في المطاحن العمودية، وتقييم الآثار على كفاءة الطحن، وكفاءة الفصل اللاحقة، واستهلاك الكواشف، واستخدام الطاقة، وبالتالي توفير رؤى لممارسات توفير الطاقة.

1. قسم التجارب

1-1 خصائص العينة

وتألفت العينة من خبث محول من داي نوراندا. تم صقل عينات الكتل التمثيلية وتحليلها بواسطة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لتحديد التركيب المعدني ونشرته (الشكل 1)، وتم طحن العينات المتبقية إلى 2 مم، والتجانس، وإخضاعها للتحليل الكيميائي متعدد العناصر (الجدول 1).

يكشف الشكل 1 أن النحاس المعدني وكبريتيدات النحاس هي المعادن الرئيسية الحاملة للنحاس، مع كميات قليلة من المعادن النحاسية الأخرى. تشمل معادن الكانغي المغنتيت والفياليت والمصفوفة الزجاجية وكميات صغيرة من فيريت الكالسيوم والكوارتز. يتم تضمين النحاس المعدني والشالكوسيت داخل الفياليت. ويبين الجدول 1 النحاس والرصاص والزنك كمكونات قيمة. ومع ذلك، لم يؤخذ في الاعتبار سوى استعادة النحاس في التجارب اللاحقة.

1-2 الإجراء التجريبي

وأجريت اختبارات طحن مختبرية باستخدام طاحونة كروية مخروطية من عيار 240 ورقة عيار 90 مم. استخدم كل اختبار 1 كجم من العينة، مقسمة إلى 6 مجموعات مع ثلاث تجارب متوازية لكل مجموعة (مجموع 18 تجربة). وتشمل معايير الطحن 80 ٪ من كثافة اللب، و 15 دقيقة للطحن الأولي، و 20 دقيقة للطحن الثانوي. حلت الكرات الخزفية محل كرات الصلب بنفس الحجم. وتم تحليل محتوى منتجات الطحن من -0.074 مم و -0.045 مم.

وانطوت التجارب الصناعية على الاستعاضة عن جزء من كرات الصلب بكرات خزفية في طاحونة عمودية (النموذج CSM-300، الكتلة الكروية الإجمالية: 42 طن)، وقُسمت التجارب إلى ثلاث مراحل:

• المرحلة الأولى (5-29 أبريل): خط الأساس مع 100 ٪ من كرات الصلب.

• المرحلة الثانية (11-28 مايو): استبدال 14 ٪ من كرات الصلب بكرات السيراميك.

• المرحلة الثالثة (10-28 يونيو): استبدال 38 ٪ من كرات الصلب بكرات السيراميك.

وجرى رصد الاستهلاك اليومي للطاقة، واستخدام الكواشف، ونوعيات مركزات/مخلفات النحاس.

2. النتائج والمناقشة

تحليل تحرير المعادن النحاسية

ويبين تحليل التحرير (الجدول 2) أن النحاس المعدني وكبريتيدات النحاس تظهر توزيعاً غير متساو في حجم الجسيمات، مع وجود جسيمات نحاسية دقيقة مدمجة في المصفوفة الزجاجية. لتحقيق نسبة تحرير 75 ٪، يجب أن تصل درجة صفاء الطحن إلى -0.045 ملم 90 ٪، مع 88.84 ٪ من الجسيمات الحرة والمركّبات المقفولة. وتشير الخبرة الصناعية إلى أن الطحن الثانوي يجب أن يحقق -0.045 ملم ≥90 ٪ لتقليل خسائر النحاس في النفايات.

2-2 تأثير نسبة الكرة الخزفية على دقة الطحن

وتثبت الاختبارات المختبرية (الشكلان 2 و 3) أن زيادة نسب الكرة الخزفية تقلل من محتوى الجزيئات -0.074 ملم و -0.045 ملم. أقل من استبدال 40 ٪، فإن التأثير على الجودة لا يذكر. كرات السيراميك، كونها أخف، تولد قوى تأثير أضعف مقارنة مع كرات الصلب، والحد من كفاءة الطحن في نسب استبدال أعلى.

يظهر الاستبدال الكامل بكرات السيراميك (الشكل 4) أن تقليل كتلة التغذية إلى 80 ٪ من الأصل (800 جرام مقابل 1000 جرام لكرات الصلب) يحقق كفاءة طحن مماثلة.

2-3 أداء التجارب الصناعية

وخلال التجربة الصناعية، أخذت عينات من التصريف العمودي للطاحونة بعد تصنيف الإعصار المائي لاختبارات الفرز، مع ست عينات لكل مرحلة. تم قياس إشغال الجسيمات -0.045 ملم، والنتائج في الشكل 5.

في المرحلة الأولى مع جميع كرات الصلب، كان محتوى -0.045 ملم في كل عينة 90.90%. في المرحلتين الثانية والثالثة، عندما تم استبدال 14 ٪ من كرات الصلب بكرات السيراميك، كان محتوى -0.045 ملم 91.39 ٪ و 90.74 ٪ على التوالي. ولم تتغير عياسة الطحن إلا قليلا في المراحل الثلاث، مما يشير إلى أن الاستعاضة عن بعض كرات الصلب بكرات السيراميك في الطاحونة العمودية لم يكن له تأثير يذكر على عياسة طحن خبث المحول في الإنتاج الصناعي.

• كفاءة الطحن:

• استهلاك الكاشف (الشكل 6): ظل استخدام الزانثات وزيت الصنوبر مستقرًا عبر المراحل.

• درجات تركيز/مخلفات النحاس (الشكل 7): درجات التركيز: 29.25%، 29.99%، 29.80%. الدرجات: 0.187% و 0.193% و 0.188%. ولم يلاحظ أي اختلاف كبير.

• استهلاك الطاقة (الشكل 8): استهلاك الطاقة اليومي:

3. الاستنتاجات

1. تظهر الفحوصات المخبرية انخفاض كفاءة الطحن مع ارتفاع نسب كرة السيراميك. ومع ذلك، فإن الاستبدالات ≤40 ٪ لها تأثير ضئيل. يتطلب استبدال السيراميك الكامل 80 ٪ من كتلة التغذية لتتناسب مع أداء كرة الصلب.

2. وتؤكد التجارب الصناعية أن 14-38 ٪ من استبدال السيراميك لا يؤثر على صفاء الطحن، واستخدام الكاشف، أو درجات النحاس ولكن يقلل من استهلاك الطاقة إلى 89.90 ٪ و 79.60 ٪ من مستويات خط الأساس، على التوالي.

3. وتقدم هذه الدراسة رؤى عملية لتقليل استهلاك الطاقة في مصانع التنقية في إطار أهداف الكربون المزدوج ؛