في العصر الحديث لتعدين الذهب، أدى السعي إلى تعزيز الكفاءة، وتخفيض التكاليف، وتحسين الاستدامة البيئية إلى استكشاف مستمر للتكنولوجيات والمواد المبتكرة. وقد ارتبط منذ فترة طويلة المصنع الحلزوني العمودي، وهو راسخ في مجال الطحن الدقيق في مجال التعدين والهندسة الكيميائية، باستخدام كرات الصلب عالية الكروم كوسائل طحن. غير أن هذا النهج التقليدي ينطوي على عدة عيوب كبيرة.
وقد تبين أن استخدام كرات الصلب العالية الكروم في المطاحن الحلزونية الرأسية له أثر ضار على استهلاك البطانات الحلزونية. وتؤدي الطبيعة الكادمة لكرات الصلب أثناء عملية الطحن إلى تآكل وتآكل متسارعين للبطانات، مما يستلزم استبدالها على نحو أكثر تواترا. ولا يؤدي ذلك إلى تكبد تكاليف مباشرة ترتبط بشراء وتركيب بطانات جديدة فحسب، بل يؤدي أيضا إلى تعطل الصيانة، مما يقلل من الإنتاجية الإجمالية. وعلاوة على ذلك، فإن ارتداء كرات الصلب يدخل كمية كبيرة من الحديد الشوائب في عملية تعدين الذهب. ولشوائب الحديد عواقب بعيدة المدى، ولا سيما في مرحلة النض. وجود الحديد يؤدي إلى زيادة استهلاك الكواشف مثل سيانيد الصوديوم ومسحوق الزنك. وسيانيد الصوديوم، وهو كاشف حيوي في عملية المعالجة بمحلول السيانيد لاستخراج الذهب، يتفاعل مع شوائب الحديد، مشكلاً مركبات لا تقلل فقط من فعاليته في ذوبان الذهب بل تزيد أيضاً من الاستهلاك العام للكاشف. وهذا بدوره يزيد من تكاليف الإنتاج ويشكل تحديات بيئية بسبب الحاجة إلى التخلص السليم من النفايات المتولدة عن الاستخدام المتزايد للكواشف.
وفي ضوء هذه التحديات، أصبح البحث عن وسائط بديلة للطحن أولوية عليا في صناعة تعدين الذهب. وظهرت كرات السيراميك النانوي كحل واعد. اشتهرت كرات السيراميك النانو بمقاومتها الملحوظة للأحماض والقلويات والتآكل، وقد وجدت تطبيقات واسعة في معدات الطحن الدقيقة مثل المطاحن المحركة العمودية وآيزميلز. وتعد طبيعتها الخاملة ميزة كبيرة، حيث لا يذوب حطام اهترائها في سيانيد الصوديوم. ولهذه الخاصية أهمية قصوى في تعدين الذهب، حيث تكون سلامة عملية النض حاسمة لتحقيق أقصى قدر من استعادة الذهب مع التقليل إلى أدنى حد من استهلاك الكواشف.
يعتبر منجم جينشيلينغ الذهبي بمثابة دراسة حالة نموذجية في التطبيق الناجح لكرات السيراميك النانوي. تمتلك كرات السيراميك المستخدمة في هذا السياق كثافة حوالي 3.7 جم/سم مكعب وصلابة موهس 9. وتساهم هذه الخصائص الفيزيائية في مقاومتها العالية للتآكل، والتي تبلغ تقريبًا ربع كرات السيراميك العامة وعشر كرات الصلب. ومن حيث فعالية التكلفة، فإنها توفر ميزة كبيرة، حيث يمكن مقارنتها في الأداء بكرات الزركونيا ولكن في ثلث التكلفة فقط. وبالإضافة إلى ذلك، فإن مقاومتها لدرجات الحرارة العالية والأحماض والقلويات (باستثناء حمض الهيدروفلوريك) تزيد من ملاءمتها للظروف القاسية لتعدين الذهب. ونتيجة لذلك، اتخذت شركة جينشيلينغ للذهب قراراً استراتيجياً باعتماد الكرات النانوية كوسائل طحن دقيقة، مع الهدف الأساسي للحد من تأثير الحديد الشوائب على عملية النض. ويوفر التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية لهذه الكرات النانوية، كما هو مفصل في الجدول 3، فهماً شاملاً لخصائصها المادية وقدرتها على إحداث ثورة في عملية الطحن.
معدل البلى
ولإجراء تقييم كمي لمقاومة اهتراء كرات السيراميك النانوي بالمقارنة مع كرات الصلب عالية الكروم، أجري اختبار معدل اهتراء مصمم تصميما دقيقاً في مطحنة كرات مختملية من طراز XMQ-240استقصاء 90. تم وضع كتل وقطر متساوية من كلا النوعين من الكرات في الطاحونة، جنبا إلى جنب مع 1000 غرام من الماء و 50 غرام من الجير. ونُفذت عملية الطحن على مدى فترة إجمالية قدرها 48 ساعة، مع فترات تحليل متقطعة قدرها 6 ساعات. بعد كل فترة طحن، يتم تبريد الكرات ووزنها لحساب معدل الاهتراء. ويكشف منحنى معدل التآكل المحدد، كما هو موضح في الشكل 2، عن اتجاه واضح. وقد أظهرت كل من كرات السيراميك النانوي وكرات الصلب عالية الكروم زيادة في معدل التآكل مع تقدم الطاحونة الكروية#وقت التشغيل 39. ومع ذلك، بعد 48 ساعة من الطحن، تم قياس معدل تآكل كرات السيراميك النانوي عند 0.14 ٪ فقط، في تناقض صارخ مع معدل ارتداء 1.30 ٪ من كرات الصلب عالية الكروم. وتوضح هذه البيانات بشكل قاطع أن معدل تآكل كرات السيراميك النانوي في بيئة المختبر يبلغ حوالي عُشر معدل تآكل كرات الصلب عالية الكروم. وهذا الانخفاض الكبير في معدل التآكل لا يعني فقط إطالة عمر وسائط الطحن ولكن له أيضًا آثار بعيدة المدى لتقليل متطلبات الصيانة والتكاليف المرتبطة بها.
نظام إضافة الكرة
تنفيذ كرات السيراميك النانو كوسائل طحن في الطاحونة العمودية في منجم جينشيلينغ الذهب ينطوي على النظر بعناية في نظام إضافة الكرة. في البداية، تم إدخال شحنة أولية من 21 طن من كرات النانو، مع الكرات كونها من أحجام φ25 ملم، φ20 ملم، و φ13 ملم في نسبة كتلة 8:8:5. بعد 15 يومًا من الاختبار الصناعي، كشف تحليل جودة المنتج أن نسبة المنتجات التي تقل عن 38 ميكرومتر كانت حوالي 48 ٪. ووجد أن هذا يقل بمقدار 6 نقاط مئوية عن ذلك الذي تحقق مع كرات الصلب عالية الكروم. ومن خلال سلسلة من الحسابات والاختبارات التكرارية، تم تحديد أن الشحنة الأولية المثلى للكرة هي 24 طنًا. نسبة كتلة الكرات تم تعديلها إلى 10:9:5 ل φ25 ملم، φ20 ملم، و φ13 ملم، على التوالي، ونسبة إضافة الكرة من 2:1 أنشئت ل φ25 ملم و φ20 ملم. وتضمن هذه المعايير الدقيقة تحسين عملية الطحن، مما يؤدي إلى تحسين نوعية المنتج وكفاءة الطحن بشكل عام.
تركيز الطحن
تركيز الطحن هو عامل حاسم يمارس تأثيراً عميقاً على كفاءة الطحن. ومع زيادة تركيز الطحن، ترتفع لزوجة الملاط داخل الطاحونة أيضاً، بينما تنخفض الموائع في نفس الوقت. وهذا يؤدي إلى وقت طحن أطول، حيث يتعين على وسائط الطحن التغلب على المقاومة المتزايدة. وعلاوة على ذلك، يؤدي ارتفاع تركيزات الطحن إلى زيادة الطفو على وسائط الطحن. ويؤدي هذا الانخفاض في الكثافة الفعالة للوسائط إلى تأثير طحن دون المستوى الأمثل. ولفهم تأثير تركيز الطحن على أداء كرات السيراميك النانوي وكرات الصلب العالي الكروم فهما شاملا، أجريت دراسة مقارنة. ويعرض الجدول 4 إنتاجية الطاحونة (المحسوبة عند شبكة -400) لكلا نوعي الكرات في ظل تركيزات طحن مختلفة ومعدلات ملء مثالية. وتشير البيانات إلى أن إنتاجية الطاحونة تظل مستقرة نسبياً عبر تركيزات الطحن المختلفة. ومع ذلك، لوحظت ظاهرة كبيرة عندما تجاوز تركيز الطحن 70 ٪ مع كرات السيراميك النانو. لوحظ حدوث طرد الكرة، وكشفت المزيد من التجارب أنه في تركيز الطحن من 75 ٪، أصبح طرد الكرة أكثر تواترا وشدة. وكان لذلك أثر ضار على الإنتاج وكفاءة تصنيف الإعصار. واستنادا إلى هذه النتائج، تم تحديد التركيز الأمثل لكرات السيراميك النانوي ليكون (66±2) ٪. ويحقق هذا النطاق توازناً بين تعظيم كفاءة الطحن والتقليل إلى أدنى حد من حدوث القضايا التشغيلية مثل طرد الكرة.
معدل الملء
وترتبط كفاءة عملية الطحن ارتباطاً وثيقاً بالوسائط المستخدمة في الطحن، ويعتبر معدل الملء المناسب شرطاً أساسياً لتعزيز كفاءة الطحن. تمتلك المطاحن الرأسية القدرة الفريدة لتوفير شدة طاقة أعلى لكل وحدة حجم وكتلة، وبالتالي ضمان أن وسائط الطحن مزودة بالطاقة الكافية لتنفيذ عملية الطحن بفعالية. وفي سياق المطاحن الرأسية، يتناسب معدل ملء الوسائط طرديًا مع التيار المسحوب بواسطة المحرك. وفي ظل نفس سعة المعالجة وتركيز الطحن، يمكن استنتاج كمية الوسائط من خلال مراقبة المستوى الحالي. من خلال سلسلة من الاختبارات الميدانية، تم تحديد أنه عندما يتم الحفاظ على تيار المحرك الرئيسي في نطاق (13±2) A، يصل معدل الملء إلى المستوى الأمثل من 50 ٪. وبمعدل الملء هذا، تحقق الطاحونة أفضل عملية تفريغ لضمان أن المنتج الأرضي يفي بالمواصفات المطلوبة لخطوات المعالجة اللاحقة.
التطبيق والتأثيرات الصناعية
استهلاك سيانيد الصوديوم
ولتقييم أثر كرات السيراميك النانوي على استهلاك سيانيد الصوديوم في عملية المعالجة بمحلول السيانيد، أجريت اختبارات نض شاملة بمحلول السيانيد. أما المنتجات التي تم الحصول عليها من الطحن بكرات الصلب العالي الكروم والكرات النانوية السيرامية فقد خضعت للنض بتركيز سيانيد صوديوم محكوم يتراوح بين 0.40 في المائة و 0.45 في المائة لمدة 36 ساعة. وتتيح النتائج، كما ترد في الجدولين 5 و 6، رؤى متعمقة قيمة. الكرات السيراميكية النانوية، بسبب طبيعتها الخاملة كيميائيًا والمستقرة، تظهر الحد الأدنى من التفاعل مع القلويات. في المقابل، يؤدي تآكل كرات الصلب عالية الكروم إلى زيادة في شوائب الحديد في المنتج. وتتفاعل شوائب الحديد هذه مع سيانيد الصوديوم، مما يسفر عن زيادة في استهلاك NaCN وما يصاحب ذلك من زيادة في شوائب الحديد في المادة المرتشحة. ولا يؤثر ذلك على الجدوى الاقتصادية للعملية فحسب، بل يطرح تحديات من حيث إدارة النفايات والامتثال البيئي.
ارتداء الكرة
وتختلف خصائص تآكل كرات الصلب عالية الكروم وكرات السيراميك النانوي اختلافًا كبيرًا. كرات الصلب عالية الكروم، على مدى استخدامها، تميل إلى أن تصبح خارج الجولة. ويؤدي هذا التشوه إلى تقليل مساحة السطح الخاصة بها، مما يضعف بدوره كفاءة الطحن. ويبلغ المعدل البيضوي العام لكرات الصلب عالية الكروم حوالي 20 في المائة، وهو رقم يتطلب تجديد متكرر لكرات جديدة. وتوضح الحالة البيضاوية لكرات الصلب عالية الكروم، كما هو مبين في الشكل 3، بوضوح مدى المشكلة. في المقابل، بعد 6 أشهر من العملية، وكشف تحليل كرات النانو -سيراميك التي استردت من الطاحونة العمودية أن عدد لا يستهان به فقط من الكرات أصبحت بيضاوية، مع معدل بيضاوية قريبة من الصفر. وأشار تحليل التآكل لكرات النانو -سيراميك إلى أن التآكل عبر نطاقات أحجام مختلفة كان حوالي 1 ملم، مع الحد الأقصى للتآكل كما هو موضح في الشكل 4. تسلط هذه النتائج الضوء على مقاومة التآكل الفائقة والثبات البعدى لكرات السيراميك النانوي، والتي تترجم إلى متطلبات صيانة منخفضة وتحسين الأداء العام للطحن.
قضية طلب أخرى في منجم شينيوان الذهبي
وفي منجم شينيوان للذهب، شوهد تحول مماثل بعد اعتماد كرات السيراميك النانوي. وفي المرحلة الأولية، كان المنجم يستخدم وسائط طحن تقليدية وواجه مشاكل مثل الاستهلاك المرتفع للكواشف والصيانة المتكررة للمعدات بسبب البلى المفرط. وعند التحول إلى كرات السيراميك النانوي، تم تخفيض معدل تآكل وسائط الطحن بشكل كبير. ووجد أن معدل تآكل كرات النانو -سيراميك حوالي 0.12 ٪ بعد اختبار الطحن لمدة 50 ساعة، في حين أن وسائل الطحن السابقة كان معدل اهتراء حوالي 1.5 ٪. أدى هذا الانخفاض الكبير في التآكل إلى انخفاض في وتيرة استبدال الوسائط ووقت التعطل عن العمل.
وفي عملية النض، انخفض محتوى الحديد الشوائب في المادة المرتشحة بما يقرب من 45 ٪ مقارنة عند استخدام وسائط الطحن القديمة. هذا الانخفاض في شوائب الحديد يترجم مباشرة إلى انخفاض 12 ٪ في استهلاك سيانيد الصوديوم. وعلاوة على ذلك، تحسنت كفاءة الطحن، مع زيادة نسبة الجسيمات الدقيقة في المنتج النهائي بنحو 8 نقاط مئوية. تم تحسين معدل ملء الطاحونة إلى 48 ٪ عن طريق ضبط تيار المحرك، وتم تحديد تركيز الطحن عند 65 ٪ بعد سلسلة من الاختبارات، والتي عززت بشكل أكبر أداء الطحن الكلي.
خاتمة
وختاما، فإن استخدام كرات السيراميك النانوي في تعدين الذهب يمثل تقدما تكنولوجيا كبيرا. وتتيح خصائصها الفائقة في مقاومة التآكل ومقاومة الأحماض والقلويات، كما يتضح من معدل تآكل أقل بكثير من معدل تآكل كرات الصلب عالية الكروم، مجموعة من الفوائد. ومن خلال سلسلة من الاختبارات الصناعية، تم وضع معايير تشغيل مثالية لاستخدامها في المطاحن العمودية، بما في ذلك نسب محددة لشحن الكرة، وتركيزات الطحن، وتيار التشغيل، ومعدل الملء. وفي اختبارات النض على نطاق صغير، أظهرت الكرات النانوية القدرة على مطابقة كفاءة نض الذهب لكرات الصلب عالي الكروم مع تقليل شوائب الحديد في النض بنسبة 43 ٪ في نفس الوقت. ولهذا الانخفاض في الحديد الشوائب تأثير تعاقبي يؤدي إلى تقليل استهلاك NaCN و CaO. وبشكل عام، فإن اعتماد الكرات النانوية كوسائط طحن لا يعزز كفاءة الإنتاج فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى تخفيضات كبيرة في تكاليف التشغيل. ومع استمرار تطور صناعة تعدين الذهب، من المرجح أن يصبح استخدام كرات السيراميك النانوية أكثر انتشارا، مما يدفع إلى مزيد من التحسينات في استدامة عمليات استخراج الذهب وربحيتها.
الإنجليزية
الإنجليزية
الروسية
الفرنسية
الإسبانية
البرتغالية
العربية