1- مقدمه
فلوریت با فرمول شیمیایی CaF2 بهطور گسترده بهعنوان یک منبع اصلی در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار میگیرد. عیارهای مختلف این کانی (جدول 1) در تولید سیمان، شیشه، سرامیک، صنایع متالورژی، خنککننده، صنایع دارویی و شیمیایی به کار میرود. با افزایش توسعهپذیری برخی مناطق، بسیاری از کشورها فلوریت را بهعنوان یک منبع استراتژیک در نظر میگیرند.
در حال حاضر، روش اصلی پرعیارسازی فلوریت فلوتاسیون است. در کانسارها، فلوریت اغلب با کانیهای بیارزش مانند کلسیت و کوارتز همراه است که خواص سطحی مشابهی با فلوریت دارند که جداسازی مؤثر فلوریت را به چالش میکشد. فلوتاسیون فلوریت به یک فرآیند پیچیده، متشکل از چند مرحله تغلیظ و رمقگیری نیاز دارد تا یک کنسانتره فلوریت با عیار بالا تولید شود.
2- واسطه سنگین
قبل از فرایند فلوتاسیون و تولید محصول نهایی با عیار بالا، یک مرحله پرعیارسازی و آرایش اولیه مبتنی بر روشهای جدایش ثقلی انجام میشود. با توجه به وزن مخصوص فلوریت (3 gr/cm3) و کانیهای گانگ همراه (غالباً کمتر از 2/8 gr/cm3) از جداکننده واسطه سنگین در پرعیارسازی اولیه استفاده میشود. به دلیل نزدیک بودن وزن مخصوص فلوریت و کانیهای گانگ همراه آن، از روشهای جدایش ثقلی نمیتوان به تنهایی جهت فرآوری و پرعیارسازی کانسنگ فلوریت استفاده کرد. در این روش وزن مخصوص واسطه سنگین در حدود 2/8 تنظیم شده و کانیهای گانگ از جمله کانیهای کربناته و سیلیکاته شناور میشوند. فلوریت نیز بهعنوان محصول باارزش تهنشین شده و پس از شستشو جهت پرعیارسازی نهایی به سلولهای فلوتاسیون منتقل میشود. عیار کنسانتره فلوریت در واسطه سنگین 20 تا 35 درصد است. جداکنندههای مورد استفاده در پرعیارسازی اولیه فلوریت عبارتند از: سیکلون، جداكننده ديناويرپول، جداكنندههاي مخروطي و جداكنندههاي استوانهاي
3- فلوتاسیون فلوریت
فلوریت در بعضی مواقع بهعنوان یک کانی آبدوست (هیدروفیل) عمل میکند و گاهی اوقات خواص آبگریزی (هیدروفوب) از خود نشان میدهد. تحقیقات نشان دادهاست که فلوریت بهطور طبیعی خواص آبگریزی اندکی داشته و میتوان آن را بدون استفاده از مواد شیمیایی و سطحسازها توسط سلولهای فلوتاسیون معمولی شناور ساخت. با این حال، شناور شدن فلوریت به شدت به pH پالپ وابسته است. براساس مطالعات انجام شده، بهترین مقدار pH برای فلوتاسیون فلوریت در آب خالص و یا در حضور مواد شیمیایی، در بازه 11-7 در نظر گرفته شدهاست. همچنین نشان داده شدهاست که 9=pH بهترین مقدار برای فلوتاسیون فلورین میباشد. برخی از محققان نشان دادهاند که فلوریت میتواند در مقیاس آزمایشگاهی و در غیاب کلکتور خواص هیدروفوبیسیته از خود نشان دهد. با این حال، نتایج آزمایشهای فلوتاسیون فلوریت در مقیاس پایلوت و نیمهصنعتی حاکی از آن است که به منظور دستیابی به بازیابی مناسب و جداسازی فلوریت از کانیهای گانگ در فلوتاسیون، استفاده از مواد شیمیایی حائز اهمیت است.
4- مواد شیمیایی در فلوتاسیون فلوریت
1-4- کلکتورها
بهطور کلی کلکتورهای مورد استفاده در فلوتاسیون فلوریت به 4 دسته تقسیم میشوند: آنیونی، کاتیونی، آمفوتری و میکروبی که در میان آنها، خانواده اسیدهای چرب با وجود حلالیت پایین در آب در دمهای پایین، معمولترین کلکتورهایی هستند که در فلوتاسیون فلوریت بهکار برده میشوند. استفاده از کلکتورهای کاتیونی و آمفوتری مشکلات عمدهای از جمله افزایش هزینههای عملیات و پیچیدگی فلوشیت فرایند را به همراه خواهد داشت. یکی از رایجترین اسیدهای چرب، سدیم اولئالت (NaOl) است که در فلوتاسیون فلوریت جهت جداسازی آن از کوارتز و کلسیت استفاده میشود.
از دیگر اسیدهای چرب مورد استفاده در فلوتاسیون فلوریت میتوان هیدروکسامیک اسید را نام برد. این کلکتور در محیطهای قلیایی میتواند فلوریت را شناور سازد اما نسبت به سدیم اولئات ضعیفتر است. هیدروکسامیک اسید در مقایسه با سدیم اولئات انتخابیتر عمل میکند. اسید فسفریک نیز یکی دیگر از کلکتورهایی است که در فلوتاسیون فلوریت برای جداسازی آن از کلسیت به کار میرود.
2-4- بازداشتکنندهها
بازداشتکنندههای مورد استفاده در فلوتاسیون فلوریت عمدتاً در سه گروه آلی، غیرآلی و ترکیبی طبقهبندی میشوند. سدیم سیلیکات (Water Glass) پرکاربردترین بازداشتکننده غیرآلی است که در لوتاسیون فلوریت به کار میرود و به خوبی کانیهای گانگ کلسیت و سیلیکات را بازداشت میکند. این ماده همچنین بهعنوان متفرقکننده ذرات نرمه نیز استفاده میشود. پس از اسیدی شدن، سدیم سیلیکات اسیدی خاصیت بازداشتکنندگی انتخابیتری در کانیهای گانگ از جمله کلسیت و کوارتز خواهد داشت. هگزامتافسفات سدیم، سدیم پیروفسفات، تری سدیم فسفات و تری پلی فسفات سدیم نیز نقش بازداشتکننده کلسیت و باریت را دارند. بازداشتکنندههای غیرآلی برخلاف عملکرد خوبی که دارند، برای محیط زیست مضر بوده و هزینههای اضافی را در حین جابجایی باطلهها ایجاد میکنند. از طرف دیگر، بازداشتکنندههای آلی به دلیل مزایایی که دارند مانند منابع غنی، زیست تخریبپذیر و قیمت نسبتا پایین، مورد توجه قرار گرفتهاند. رایجترین بازداشتکنندههای آلی عبارتند از نشاسته، دکسترین، سدیم کربوکسی متیل سلولز، لیگنوسولفونات سدیم و تاننها.
3-4- تنظیمکنندهها
در فلوتاسیون فلوریت از معرفهای بسیاری جهت تنظیم pH در محیط قلیایی از جمله سدیم هیدروکسید (NaOH) و سدیم کربنات (Na2CO3) استفاده میشود. نتایج حاصل از تحقیقات انجام شده حاکی از آن است که سدیم کربنات عملکرد بهتری نسبت به سدیم هیدروکسید دارد و افزودن آن به سیستم فلوتاسیون، مقدار CO3-2 را افزایش داده که منجر به محدود کردن یونهای Ca+2 و Mg+2 میشود که برای فلوتاسیون فلوریت نامطلوب هستند.
اسید کلریدریک (HCl) به دلیل فرار بودن و اسید نیتریک (HNO3) به دلیل دارا قابل اکسید شدن بودن، بهعنوان تنظیمکننده به کار نمیروند. اسید سولفوریک (H2SO4) پرکاربردترین تنظیمکننده در سلولهای کلینر است که برای تنظیم محیط اسیدی استفاده میشود. تحقیقات نشان دادهاست که افزودن اسید سولفوریک، بازیابی کلسیت را کاهش میدهد.
4-4- کفسازها
در فلوتاسیون فلوریت، فاز کف اصلیترین جزء فرایند به شمار میآید چراکه علاوه بر تعیین کیفیت و عیار محصول نهایی، بازیابی کلی فرایند را نیز مشخص میکند. از میان کفسازهای مورد استفاده در فلوتاسیون فلورین، متیل ایزوبوتیل کربونیل (MIBC) و ترپینئول بیشترین کاربرد را دارند. وجود مقادیر زیادی الکلهای چرب با طول زنجیر بلند در ترپینئول، منجر به اتصال آن به سطح کانیهای گانگ شده و عیار و بازیابی کنسانتره را تحت تاثیر قرارمیدهد. در مقایسه با ترپینئول، MIBC بهطور موثر پرعیارسازی کانیهای بیارزش را کاهش و بازیابی فلوریت را افزایش میدهد.
5- تاثیر دما بر فلوتاسیون فلوریت
همانطور که گفته شد، اسیدهای چرب پرکاربردترین کلکتورها در فلوتاسیون فلوریت میباشند. عملکرد فلوتاسیون این کلکتورها به شدت به دمای پالپ بستگی دارد. بهمنظور بهبود عملکرد فرایند فلوتاسیون فلوریت، با اعمال حرارت به پالپ، دمای آن را بین 85-35 درجه سانتیگراد تنظیم میکنند. تحقیقات نشان دادهاست که افزایش دمای پالپ، بازیابی فلوتاسیون فلوریت را افزایش میدهد (شکل 1).
شکل 1- نمودار بازیابی فلوتاسیون فلوریت بهنوان تابعی از دمای پالپ