-
روش های فرآوری منگنز
سنگ استخراجي از معادن ممكن است به علت تفاوت در خواص فيزيكي- شيميايي كانه هاي منگنزدار و باطله ها، نياز به كانه آرايي و افزايش كيفيت داشته باشد. بدين منظور، روشهاي مختلفي اعم از سنگجوري، شستشو، خردايش، انواع روشهاي پرعيار سازي ثقلي، روشهاي جدايش مغناطيسي، فلوتاسيون، روشهاي حرارتي، روشهاي آرايش شيميايي(هيدرومتالورژي) وحتي بيوشيميايي در پرعيار سازي سنگ هاي منگنز كاربرد خواهد داشت. همچنين كلسيناسيون نيز در پرعيار سازي سنگهاي كربناته منگنز كاربرد دارد. مواد ريزدانه تر كم عيار، توسط فلوتاسيون پر عيار مي‌شوند و روشهاي هيدرومتالورژي نيز در مواردي كه منگنز همراه ديگر فلزات وجود دارد، مورد استفاده قرار مي گيرند.
به دليل تنوع و پيچيدگي ساختار كانسارهاي منگنز، ناخالصيهاي همراه منگنز از نظر تعداد زياد و از نظر خواص متفاوت و متغير هستند. انواع اين ناخالصيهاي به شرح زير است :
1- ناخالصيهاي فلزي: كانيهاي آهن، سرب، روي، نيکل،کبالت، مس، آرسنيك و نقره.
2- ناخالصيهاي غير فلزي: كانيهاي گوگرد و فسفر.
3- باطله: سيليس، آلومينا، آهك، منيزيم و باريم.
4- مواد فرار: آب، روي، دي اكسيد منگنز و مواد آلي.
با توجه به كافي نبودن عيار منگنز در اكثر كانسارهاي شناسايي شده در جهان و همچنين نياز به عيارهاي بسيار بالا در بيشتر صنايع مصرف كننده منگنز، بكارگيري روشهاي پر عيار سازي براي تغليظ سنگ استخراج شده از معدن امري اجتناب ناپذيراست. به دليل تنوع كانسارهاي منگنز و گستردگي تركيبات و كانيهاي شناسايي شده دراين كانسارها، هيچ روش منحصر به فرد كانه آرايي و حتي مجموعه اي از اين روشها قابليت كاربرد در همه كانسارهاي منگنز را ندارد.
سنگجوري :
سنگجوري ساده ترين و ابتدايي ترين روش پرعيار سازي سنگ منگنز است كه هنوز در بعضي از معادن كاربرد دارد. كانه‌هاي منگنز اغلب داراي رنگ تيره مشخص با جلاي فلزي و چرب هستند كه تا حد زيادي از كانيهاي غيرفلزي باطله همراه كه معمولا ًرنگهاي روشن تري دارند، قابل تشخيص هستند.
اين روش محدوديت كاربرد داشته و فقط دانه‌هاي درشت كانه با اين روش قابل تفكيك هستند و اين امر راندمان را به شدت كاهش داده و در مواردي عملاً بكارگيري اين روش را غير ممكن مي‌سازد. شستشوي سنگ استخراجي و يا همراه با خردايش در مواردي مي‌تواند عيار سنگ را تا حد قابل ملاحظه اي افزايش دهد.
قسمت عمده كانسنگ هاي منگنز از نوع كانسارهاي رسوبي و برجا كه شامل كانيهاي اكسيدي هستند، استخراج مي‌شوند. با توجه به اين كه اين كانسارها اكثر هوازده بوده و در مناطق لاتريتي يافت مي‌شوند، اكسيدهاي منگنز اغلب به صورت نودول و به صورت متناوب با كانيهاي رسي تشكيل شده اند. امروزه نيز در بسياري از موارد، شستشو به عنوان يك فرآيند براي جداسازي كانيهاي رسي و پرعيار سازي منگنز در مراحل اوليه تغليظ كاربرد دارد. وجود كانيهاي رسي و نرمه‌ها همچنين باعث اختلال در مراحل بعدي فرايند تغليظ شده و بايد در مراحل اوليه از چرخه خارج شوند.
خردايش سنگ منگنز به طريق معمول انجام شده و شامل سنگ شكن‌هاي اوليه و ثانويه است كه به همراه سرندهاي مربوطه مدار خردايش را تشكيل مي‌دهند. نكته قابل توجه در خردايش منگنز اين است كه بايد سعي شود تا در تمام مراحل سنگ شكني و آسيا كردن مواد خرد شده به محض رسيدن به ابعاد مورد نظر از چرخه خارج شوند. اين مسئله در مورد كانه‌هاي منگنز اهميت بيشتري دارد چرا كه معمولاً هنگام خردايش سنگ منگنز قابليت توليد نرمه زيادي دارد. نمونه گيري و تعيين عيار منگنز در كليه مراحل خردايش و آسيا ضروري بوده و همچنين وجود مخازني براي ذخيره سازي موقت سنگ خرد شده مي‌تواند به اختلاط و فراهم ساختن محصولي يكنواخت براي مراحل بعدي كمك كند.
همچنين با افزايش هزينه‌هاي مربوط به بكارگيري نيروي انساني در كشورهاي صنعتي و پيشرفته، امروزه اين روش تقريبا منسوخ شده است و شستشوي سنگ استخراجي و يا همراه با خردايش در مواردي مي‌تواند عيار سنگ را تا حد قابل ملاحظه اي افزايش دهد.
در معدن نيكوپل در كشور اوكراين، شستشو يكي از مراحل فرآيند فرآوري است. در اين كارخانه سنگ شكن فكي و يا استوانه اي براي خرد كردن مواد تا زير 10 سانتي متر مرحله اوليه فرايند را تشكيل مي‌دهد. كانسنگ خرد شده سپس همراه وارد دستگاه همزن و شستشو كه نوعي آسياي تيغه اي است شده و در اينجا گلوله‌هاي رسي همراه منگنز خرد شده و تكه‌هاي مقاوم در برابر سايش در اندازه‌هاي مختلف به وسيله سرندهاي ديگر از دوغاب رسي جدا مي شوند.
خردايش سنگ منگنز به طريق معمول انجام شده و شامل سنگ شكن‌هاي اوليه و ثانويه است كه به همراه سرندهاي مربوطه مدار خردايش را تشكيل مي‌دهند. نكته قابل توجه در خردايش منگنز اين است كه بايد سعي شود تا در تمام مراحل سنگ شكني و آسيا كردن مواد خرد شده به محض رسيدن به ابعاد مورد نظر از چرخه خارج شوند. اين مساله در مورد خو كانه‌هاي منگنز اهميت بيشتري دارد چرا كه معمولا هنگام خردايش سنگ منگنز قابليت توليد نرمه زيادي از خود نشان مي‌دهد. نمونه گيري و تعيين عيار منگنز در كليه مراحل خردايش و آسيا ضروري بوده و همچنين وجود مخازني براي ذخيره سازي موقت سنگ خرد شده مي‌تواند به اختلاط و فراهم ساختن محصولي يكنواخت براي مراحل بعدي كمك كند.
پرعيار سازي سنگ منگنز به روشهاي ثقلي
تقريباً تمامي روشهاي جداسازي ثقلي اعم از انواع جيگ‌ها، ميزهاي لرزان، كلاسيفايرها و مارپيچ‌ها، واسطه سنگين و غيره در فرآيند پرعيار سازي منگنز كاربرد دارند. با توجه به وزن مخصوص نسبتاً بالاي (بالاتر از 4) كانه‌هاي منگنز و تفاوت بارز آنها با كانيهاي همراه در صورتي كه ميزان آزاد بودن و ابعاد دانه‌هاي كانه و باطله به گونه اي باشد كه درمحدوده كار دستگاههاي جدا كننده ثقلي قرار گيرند، مي‌توان بين 80 ـ50 درصد سنگ ورودي را پرعيار كرد. عيار منگنز در محصول خروجي تا 48 درصد نيز گزارش شده است. جيگهاي مورد استفاده از انواع مختلف نظير جيگ دنور Denver، هارتز Hartzو ديافراگمي Diaphragm بوده اند كه در محدوده دانه‌هاي درشت تر كاربرد دارند.
در يك مورد، موادي با ابعاد 25-3 ميليمتر توسط جيگ هايي با سرند متحرك با سطح مقطع سرند برابر 4-3 متر مربع با ظرفيت 25 تن در روز پر عيار شده اند. عيار محصول ورودي، 24 درصد و محصول پر عيار جيگ 44 درصد و همچنين محصول مياني 30 درصد منگنز داشته است. سيكلونهاي واسطه سنگين در محدوده دانه بندي 20-3 ميليمتر در پرعيار سازي سنگ منگنز كاربرد داشته و موارد زيادي از بكارگيري آنها گزارش شده است. واسطه سنگين مورد استفاده معمولاً وزن مخصوصي در حدود 5/3 يا بالاتر داشته و با استفاده از منيتيت و يا فروسيليس ساخته مي‌شود. باطله و يا محصولات مياني جيگ و يا واسطه سنگين پس از خردايش مجدد ( معمولاً تا زير 2 ميليمتر ) و پس از نرمه گيري ممكن است به عنوان محصول ورودي ميز لرزان مورد استفاده قرار گيرد. به منظور كاهش در هزينه‌هاي خردايش و مصرف محلول ها در صورتي كه فلوتاسيون نيز بخشي از فرآيند فرآوري باشد ضروري است كه از قسمت جداسازي ثقلي حداكثر استفاده به عمل آيد. بعلاوه روش كار در روش ثقلي ساده تر و قابل كنترل تر است.
جداسازي مغناطيسي
به دليل تفاوت در خواص مغناطيسي كانه‌هاي منگنز و باطله‌هاي همراه نظير كوارتز، كلسيت و رسها روش جداسازي مغناطيسي مي‌تواند به طور نسبتاً مؤثري باعث جداسازي و تغليظ سنگ منگنز گردد. ميزان تأثيرپذيري مغناطيسي كانيهاي مختلف نشان مي‌دهد كه اكثر كانيهاي اكسيده منگنز از قبيل پيرولوزيت، براونيت و مانگانيت در خانواده كانيهاي پارامنيتيك قرار مي‌گيرند.
اين كانيها داراي تأثير پذيري مغناطيسي نسبتاً ضعيف هستند. از سوي ديگر كانيهايي نظير سيليس و كلسيت در خانواده كانيهاي ديامنيتيك قرار مي‌گيرند كه شامل كانيهايي با تأثير پذيري مغناطيسي خيلي ضعيف هستند. به عنوان مثال شدت ميدان لازم براي مغناطيس كردن كوارتز 5 برابر براونيت و براي كلسيت 4 برابر است و البته شدت ميدان لازم براي جدايش مؤثر كانيهاي منگنز از كوارتز تابعي از ابعاد ذرات نيز مي‌باشد.
براي كانيهاي كربناته با عيار متوسط 26 درصد منگنز، شدت ميدان لازم برابر 4000 تا 7000 ارستد Oersted است. با اين وجود براي جدايش نرمه‌هاي مرحله شستشو و محصول خرد شده مياني بخش جداسازي ثقلي تا 20000 ارستد شدت ميدان لازم است. به هر حال شدت ميدان لازم براي يك سنگ به خصوص را حتماً بايد توسط آزمايشهاي مختلف تعيين كرد و نمي توان يك قاعده كلي براي تمام كانيهاي منگنز بيان كرد.
جداسازي مغناطيسي معمولاً به تنهايي كارآيي لازم را در مورد سنگ منگنز نداشته و اغلب به عنوان تكميل كننده بخش جداسازي ثقلي و يا حتي فلوتاسيون مي‌تواند بكار گرفته شود كه باعث افزايش قابل توجهي در راندمان كل عمليات خواهد شد.
براساس مطالعات انجام شده در مورد سنگ معدن نيكوپل در كشور اوكراين، براي جداسازي كانيهاي اكسيده منگنز نظير پيرولوزيت و مانگانيت از كوارتز در محدوده دانه بندي 5-15% ميليمتر شدت ميدان لازم 12000 ارستد نياز بوده است.
فلوتاسيون
روش فلوتاسيون سالهاست كه به عنوان يك روش موفق در پرعيار سازي مواد معدني كاربرد داشته است. اين روش براي كانيهاي سولفوره نظير سرب و روي بسيار موفق عمل كرده است. فلوتاسيون كانيهاي اكسيده به راحتي صورت نمي گيرد و اغلب يافتن كلكتور مناسب براي اين كانيها و يا يافتن شرايط بهينه با مشكلاتي همراه بوده است. با اين وجود زماني كه كانيهاي باطله و كانه در حد دانه ريز ( معمولاً كمتر از 1/0 ميليمتر ) است و يا در طول فرآيند خردايش و ساير عمليات فرآوري نرمه نسبتاً زيادي توليد مي شود،بكارگيري روش فلوتاسيون در مورد كانيهاي اكسيده نيز توجيه پذير بوده و مي‌تواند به عنوان بخش مهمي از فرآيند پر عيار سازي مطرح باشد.
مطالعات انجام شده درمورد فلوتاسيون كانيهاي منگنز نشان داده است كه كلكتورهاي آنيوني به ترتيب براي شناور سازي مانگانيت، براونيت، پيرولوزيت و پسيلوملان مؤثر هستند.
افزايش زمان آماده سازي، نيروي مكانيكي(بهم زدن پالپ با سرعت بيشتر) و مصرف معرف ها تا حد لازم معمولاً باعث بهبود شرايط و افزايش راندمان عمليات فلوتاسيون شده است.
يكي از مشخصات كانيهاي منگنز دار ايجاد نرمه زياد در هنگام استخراج و فرآوري آنهاست. نرمه گيري در اكثر موارد باعث افزايش عيار منگنز در خوراك اوليه فلوتاسيون نيز خواهد شد. با توجه به مقدار كلسيت و سيليس همراه در سنگ منگنز معمولاً سه حالت ممكن است اتفاق بيفتد كه اين حالتها عبارتند از:
•كانسنگ حاوي مقدار زيادي كلسيت و مقادير ناچيز از سيليس است.
•كانسنگ حاوي مقادير تقريبا ً قابل توجه كلسيت و سيليس است.
•كانسنگ حاوي مقدار بسيار كمي كلسيت و مقادير متنابهي از سيليس است.
سنگهاي نوع اول و دوم نياز به يك مرحله پيش فلوتاسيون داشته و در اين مرحله كلسيت به صورت كف گرفته مي‌شود. دليل اصلي براي جداسازي كلسيت در مرحله اول، تداخل و اختلالي است كه كلسيت در هنگام شناور سازي منگنز بوجود مي‌آورد كه در نهايت اين امر منجر به كاهش عيار منگنز در محصول نهايي و كاهش راندمان عمليات مي‌شود. رودوكروزيت كه يك كربنات منگنز است نياز به فلوتاسيون پيچيده اي ندارد. در كارخانه آناكونداي آمريكا روش خاصي بكار گرفته شده كه موفق بوده است در اين روش ابتدا كانيهاي سولفيده توسط روشهاي مرسوم شناور سازي جدا شده و سپس رودو كروزيت توسط صابونهاي قليايي شناور مي‌شود.
طريقه ديگر كه در مواردي ممكن است كه بهتر عمل كند، بكارگيري فلوتاسيون معكوس است كه در آن سيليكاتها و سولفيدها توسط كلكتورهاي كاتيوني شناور شده و منگنز به عنوان ته نشين از مدار خارج مي‌شود هزينه فلوتاسيون رودوكروزيت تقريباً برابر هزينه‌هاي فلوتاسيون سرب و روي در ظرفيت‌هاي برابر است.
مطالعات انجام شده درمورد فلوتاسيون كانيهاي منگنز نشان داده است. كه كلكتورهاي آنيوني به ترتيب براي شناور سازي مانگانيت، بروانيت، پيرولوزيت و پسيلوملان موثر هستند. افزايش زمان آماده سازي، افزايش نيروي مكانيكي (بهم زدن پالپ با سرعت بيشتر) و افزايش مصرف معرفها تا حد لازم معمولا باعث بهبود شرايط و افزايش راندمان عمليات فلوتاسيون شده است.
ناخالصيهاي منگنز و ضرورت فرآوري آن
سنگ استخراجي از معادن ممكن است، نياز به كانه آرايي و افزايش كيفيت داشته باشد. به اين منظور، روشهاي مختلفي اعم از شستشو، ماشين جيگ، ميزلرزان، فلوتاسيون مايع سنگين و جداسازي مغناطيسي شدت بالا معمولا به كار گرفته مي‌شوند. كلسيناسيون در پرعيار سازي سنگهاي كربناته منگنز كاربرد دارد. نرمه هايي كه عيار مناسب داشته باشند به صورت كلوخه شده به فروش مي‌رسند. مواد ريزدانه تر كم عيار، توسط فلوتاسيون پر عيار مي‌شوند. روشهاي هيدرومتالوژي نيز در مواردي كه منگنز همراه ديگر فلزات وجود دارد ممكن است مورد استفاده قرار گيرند.
ناخالصيهاي همراه :
به دليل تنوع و پيچيدگي ساختار كانسارهاي منگنز ناخالصيهاي همراه منگنز از نظر تعداد زياد و از نظر خواص متفاوت و متغير هستند انواع اين ناخالصيهاي به شرح زير است :
1-ناخالصيهاي فلزي : كانيهاي آهن، سرب، روي، مس، آرسنيك و نقره
2-ناخالصيهاي غير فلزي : كانيها گوگرد و فسفر
3-باطله : سيليس، آلومينا، آهك، منيزيم و باريم
4-مواد فرار : آب، روي، دي اكسيد منگنز و مواد آلي
