دانشگاه یزد
دانشکده مهندسی معدن و متالورژی
گروه مهندسی معدن
پایان نامه
برای دریافت درجه کارشناسی ارشد مهندسی معدن
گرایش فراوری مواد معدنی
طراحی سلول فلوتاسیون ستونی در مقیاس پایلوت بر مبنای نتایج آزمایشگاهی(مطالعه موردی فسفات اسفوردی)
استاد راهنما : دکتر خداکرم غریبی
استاد مشاور: دکتر علی دهقانی
تیر 93
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
هدف اصلی در این تحقیق طراحی و امکان سنجی بکارگیری سلول فلوتاسیون ستونی در مقیاس نیمه صنعتی به جای سلول های مکانیکی در مدار فراوری فسفات اسفوردی بر اساس نتایج مطالعات آزمایشگاهی بوده است. برای این منظور از مدل فینچ و دوبای استفاده شده است. در این خصوص آزمایش هایی جهت تخمین ثابت سینتیک جمع آوری فسفات و آهن انجام شده وتاثیر پارامتر عملیاتی سرعت ظاهری گاز بر روی آنها مورد بررسی قرار گرفته است. بر این اساس ثابت سینتیک برای عناصر فسفات و آهن به ترتیب 241/ 0(min-1) و 199/0(min-1) بدست آمد. پارامتر متداول دیگری که در بزرگ مقایس نمایی مورد استفاده قرار می گیرد، ظرفیت حمل است. مقدار این فاکتور برای دو عمق کف 80 و 45 سانتیمتر برابر 0135/0 و 022/0( بدست آمد. در نهایت بر اساس پارامترهای موجود در فلوشیت کارخانه و بر اساس خوراک ورودی 5 تن بر ساعت، سلول پایلوت طراحی شده است. با توجه به محاسبات طراحی و بزرگ مقیاس نمایی ستون پایلوتی با قطر 24/0 متر و ارتفاع 7 متر طراحی گردید. برای تعیین مناسب‌ترین محل بكارگیری سلول ستونی در مدار فرآوری كارخانه فسفات اسفوردی، با قرار دادن سلول ستونی در مراحل ﭘﺮﻋﻴﺎرﻛﻨﻲاوﻟﻴﻪ (راﻓﺮ) ، ﭘﺮﻋﻴﺎر ﻛﻨﻲ ﺛﺎﻧﻮﻳﻪ (اسکونجر) و ﻛﻠﻴﻨﺮ آزمایش‌هایی انجام شد. به منظور مقایسه، برای هر آزمایش با سلول ستونی، بطور همزمان از سلول‌های مكانیكی در تمام مراحل نمونه برداری انجام شد. مقدار بازیابی و عیار سلول ستونی با توجه به عیار آپاتیت بار ورودی به مراحل مختلف رافر، اسکونجر و کلینر به ترتیب 5/13، 5/3 و 5/34 بازیابی و عیار کنسانتره و هر مرحله به ترتیب 59%-5/36%، 66/27%-61/16% و 87%-41/39% بوده است. با توجه به اینکه بازیابی و عیار سلول ستونی به عنوان رافر از حالت های دیگر برتری نسبی داشت، لذا بهترین محل بکارگیری سلول ستونی در مرحله رافر می باشد.
واژه های کلیدی:
فلوتاسیون ستونی، بزرگ مقیاس نمایی،ظرفیت حمل،سینتیک جمع اوری، طراحی پایلوت ،فسفات اسفوردی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-2-مجتمع صنعتی و معدنی فسفات اسفوردی 3
1-2-2- کارخانه فسفات اسفوردی 5
1-2-2-2- بازیابی کنسانتره آهن 8
1-3- ماشین های فلوتاسیون ستونی 9
1-4- پارامترهای عملیاتی موثر در عملکرد ستون های فلوتاسیون 14
1-6- بررسی الگوهای اختلاط در ستون های فلوتاسیون 20
1-6-2- الگوی جریان مخلوط کامل 22
فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته 25
2-1- کاربرد سلول ستونی در ایران 26
2-1-1 كاربرد در مقیاس آزمایشگاهی 26
2-1-2- كاربرد در مقیاس نیمه صنعتی 27
2-2- مقدمه ای بر روش های طراحی و بزرگ مقیاس نمایی ستون های فلوتاسیون 28
2-3- بحث سینتیکی فلوتاسیون و کاربرد آن در طراحی و بزرگ مقیاس نمایی ستونهای فلوتاسیون 30
2-4- محدودیتهای روش سینتیکی در طراحی و بزرگ مقیاس نمایی ستونهای فلوتاسیون 32
2-5- تقابل بین زونهای جمع آوری و کف 35
2-6- مدل بزرگ مقیاس نمایی و طراحی 37
2-6- 1- فرآیند جمع‌آوری ذرات 37
2-6-3- سطح جانبی حبابسازها 40
2-7- متوسط زمان ماند ذرات در ستون فلوتاسیون 41
2-7-1- مفهوم توزیع زمان ماند در سیستمهای ایده آل 41
2-7-2- توزیع زمان ماند در رآکتورهای واقعی 43
2-8- نرخ حمل و ظرفیت حمل جامد در ستونهای فلوتاسیون 45
2-8-1 مدلهای تجربی ظرفیت حمل 46
2-9-مدل ثابت سینتیک جمع اوری در ستونهای فلوتاسیون 49
3-1- روش های تجربی تعیین متوسط زمان ماند 51
3-1-1- روش انجام آزمایش های RTD 52
3-2- روش اندازه گیری ظرفیت حمل 54
3-2-1- روش انجام آزمایش ظرفیت حمل 55
3-3- روش های اندازه گیری ثابت سینتیک جمع آوری 57
3-3-1- تخمین ثابت سینتیک از طریق آزمایش های ناپیوسته 57
3-3-2- تخمین ثابت سینتیک از طریق آزمایش های پیوسته 58
3-3-3- روش انجام آزمایش سینتیک ناپیوسته 59
3-4- اندازه‌گیری پارامترهای عملیاتی 60
3-4-1- اندازه‌گیری دبی هوا،دبی پالپ و آب شستشو 61
3-4-2- اندازه گیری ماندگی گاز 62
3-5- تعیین مناسب‌ترین محل بكارگیری سلول ستونی 65
3-5-1- استفاده از سلول ستونی در مرحله پرعیاركنی اولیه (رافر) 65
3-5-2-استفاده از سلول ستونی در مرحله اسکونجر 66
3-5-3- كاربرد سلول ستونی در مرحله پرعیاركنی نهایی 67
فصل چهارم: ارائه یافته ها و نتایج 68
4-1- نتایج آزمایش های ظرفیت حمل 69
4-1-3- تخمین ظرفیت حمل با استفاده از مدل های موجود 74
4-2- نتایج آزمایش سینتیک ناپیوسته 76
4-2-1- تصحیح عیارها برای برقراری موازنه جرم 76
4-4- نتایج محاسبات بزرگ مقیاس نمایی و طراحی 84
4-4-1- محاسبه درصد کانیها در خوراک 85
4-4-2- ثابت سینتیک جمع آوری 85
4-5- محاسبات مرحله به مرحله بزرگ مقیاس نمایی 85
4-5-2- بزرگ مقیاس نمایی با استفاده از ظرفیت حمل 89
4-6-7- سیستم اندازه گیری ماندگی گاز 95
4-6-8- سیستم اندازه گیری و کنترل عمق کف 96
4-7- نتایج استفاده از سلول ستونی به جای سلول های مکانیکی در مراحل مختلف مدار فلوتاسیون 98
4-7-1- نتایج استفاده از سلول ستونی به جای سلول های مکانیکی در مراحله پر عیار کنی اولیه 98
4-7-2- نتایج استفاده از سلول ستونی به جای سلول های مکانیکی در مراحله پر عیار کنی ثانویه(اسکونجر) 101
4-7-3- نتایج كاربرد سلول ستونی در مرحله پرعیاركنی نهایی 103
4-7-4- نتایج مقایسه انرژِی مصرفی (برق)سلول ستونی با سلول های مکانیکی در مرحله پرعیار سازی نهایی 106
فصل پنجم: بحث، نتیجه گیری و پیشنهادات 107
پیوست سه: نتایج آنالیزهای شیمیایی 122
پیوست چهار : نقشه های ساختمانی و فلوشیت کارخانه مجتمع فسفات اسفوردی 129
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1: تغییرات زمان واکنش بدون بعد (عدد دامکولر) با ارتفاع زون بازیابی 34
جدول 2-2: تغییرات عدد دامکولر با ارتفاع زون بازیابی در دو جریان پیستونی و مخلوط کامل 34
جدول 2-3:داده های مورد استفاده در بدست آوردن ظرفیت حمل 47
جدول 3-1: الگوریتم نرمال کردن توزیع زمان ماند 52
جدول 3-2: شرایط عملیاتی اعمال شده در تستهای ظرفیت حمل 57
جدول3-3: تست انجام شده و هدف آن 60
جدول4-1:آزمایشات انجام شده در عمق کف 80 سانتیمتر 69
جدول4-2:آزمایشات انجام شده در عمق کف 45 سانتیمتر 70
جدول 4-3: بدست آوردن میانگین و مجموع برای داده های جدول 4-4 71
جدول 4-4: محاسبه برای داده های جدول 4-6 71
جدول 4-5: بدست اوردن میانگین و مجموع برای داده های جدول 4-5 72
جدول 4-6 : محاسبه برای داده های جدول 4-8 72
جدول 4-7:مقادیر میانگین نرخ حمل 73
جدول 4-8 : مقایسه ظرفیت های حمل های حاصله از آزمایشات با مدل های تجربی 75
جدول 4-9: نتایج آزمایشگاهی و محاسباتی تست سینتیک ناپیوسته 78
جدول 4-10 : رایط عملیاتی اعمال شده و نتیجه بدست آمده از تست سینتیک ناپیوسته 81
جدول 4-11: شرایط عملیاتی اعمال شده در تست های RTD 83
جدول 4-12: نتایج آزمایش ها تعیین متوسط زمان ماند 83
جدول 4-13: مشخصات خوراك ورودی به مرحله پرعیاركنی نهایی 86
جدول 4-14: مشخصات ستون پایه 86
جدول4-15:كارآیی مورد نظر ستون فلوتاسیون 86
جدول 4-16: محاسبه بازیایی جرمی کل کنسانتره 88
جدول 4-18: كارآیی سلول ستونی هنگام استفاده در مرحله اسکونجر 102
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 1-1: نمایی از معدن فسفات اسفوردی 4
شکل1-2: نمایی از واحد فلوتاسیون آپاتیت 7
شكل 1-3: نمای كلی سلول فلوتاسیون ستونی مورد استفاده در تحقیق 9
ﺷﻜﻞ1-4: (a) ﺷﻤﺎیﻛﻠﻲﻳﻚﺳﺘﻮنﻓﻠﻮﺗﺎﺳﻴﻮن (b) ساختمان کف در ستون فلوتاسیون 11
ﺷﻜﻞ1-5: روشﻫﺎی اﻧﺪازهﮔﻴﺮیﻣﺎﻧﺪﮔﻲﮔﺎز 15
شکل 1- 6: سرعت ظاهری پیشنهادی برای گاز باتوجه به ابعاد ذرات GL&V/Dorr-Oliver 17
شکل 1-7: نشان دهنده سطح فرضی و شار عبوری حباب 19
شکل 2-1: تقابل بین دو زون جمع آوری و کف 36
شکل 2-2: مدل های weller و n-mixer برای راکتورهای واقعی 44
شکل3-1: ( a) دستگاه مورد استفاده در اندازه گیری (PH) (b) ظروف جهت اندازه گیری PHخروجی 53
شکل 3-2: نرم افزارRTDWEN تحت اکسل و منحنی توزیع زمان ماند در تست RTD 54
شکل 3-3: نمایی از مخزن خوراک دهی به سلول ستونی نصب شده کارخانه فسفات اسفوردی 62
شکل 3-4: اندازه گیری ماندگی گاز با استفاده از اختلاف فشار 63
شکل 3-5 : استفاده از مانومتر برای تعیین عمق کف 64
شكل 3-6:محل قرارگیری سلول فلوتاسیون ستونی مرحله رافر در مدار كارخانه فسفات اسفوردی 66
شكل 3-7:محل قرارگیری سلول فلوتاسیون ستونی مرحله اسکنوجردر مدار كارخانه فسفات اسفوردی 66
شکل 3-8: محل قرارگیری سلول فلوتاسیون ستونی درمدار كارخانه فسفات اسفوردی در مرحله کلینر 67
شکل 4-1:نحوه چیدن اسپارجرها (a)دید از بالا(b) دید از جلو 92
شکل 4-2: طرح کلی بخش ته ریز؛(a) دید از بالا(b) دید از جلو 92
شکل 4-3: طراحی محل ورودی خوراک 93
شکل 4-4: طرح کلی لاوک(a)دید از بالا(b) دید از جلو 94
شکل 4-5: طرح پیشنهادی برای دوش های آب 95
شکل 4-6: نمای کلی از سلول ستونی پایلوت طراحی شده و قسمت های مختلف آن 97
شكل 4-7: مقایسه کارایی جدایش سلول‌های مكانیكی مرحله پرعیاركنی اولیه با سلول ستونی در این مرحله 98
شكل 4-8: مقایسه تغییرات بازیابی سلول‌های مكانیكی مرحله پرعیاركنی اولیه با سلول ستونی در این مرحله 99
شكل 4-9: مقایسه تغییرات عیار سلول‌های مكانیكی مرحله پرعیاركنی اولیه با سلول ستونی در این مرحله 99
شکل 4-10: تغییرات بازیابی ،عیار،کارایی جدایش سلول ستونی مرحله اسکونجر 101
شكل 4-11: مقایسه تغییرات بازیابی سلول‌های مكانیكی مرحله پرعیاركنی نهایی با سلول ستونی در این مرحله 103
شكل 4-12: مقایسه کارایی جدایش سلول‌های مكانیكی مرحله پرعیاركنی نهایی با سلول ستونی در این مرحله 104
شكل 4-13: مقایسه تغییرات عیار سلول‌های مكانیكی مرحله پرعیاركنی نهایی با سلول ستونی در این مرحله 104
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار1-1: ﻣﺎﻧﺪﮔﻲﮔﺎزﺑﻪﺻﻮرتﺗﺎﺑﻌﻲازﻧﺮخﮔﺎزدﻫﻲ 16
نمودار1-2: ارتباط بین db، sbو jgدر jlثابت 20
نمودار2-1: مقادیر پیش بینی شده برای بازیابی به عنوان تابعی از عدد دامکولر 32
نمودار2-2: توزیع زمان ماند در الگوی جریان پیستونی 42
نمودار 2-3: توزیع زمان ماند در الگوی جریان مخلوط کامل 43
نمودار2-5:عدم وابستگی ظرفیت حمل به سرعت ظاهری گاز در m/s 5/1 48
نمودار 4-1: منحنی نرخ حمل برای عمق کف 80 سانتی متر 73
نمودار 4-2: منحنی نرخ حمل برای عمق کف 45 سانتی متر 74
نمودار 4-3 : مقایسه ظرفیت های حمل حاصله از آزمایشات با مدل های تجربی 76
نمودار4-4: منحنی بازیابی – زمان برای تست سینتیک ناپیوسته 79
نمودار 4-5: رابطه سینتیكی شناور شدن فسفات در سلول ستونی 79
نمودار4 -6: تعیین ثابت سینتیکی فسفر برای تست سینتیک ناپیوسته 80
نمودار 4-7: رابطه سینتیكی شناور شدن آهن در سلول ستونی 80
نمودار4-8: تعیین ثابت سینتیکی آهن برای تست سینتیک ناپیوسته 80
نمودار 4-9: تغییرات غلظت ماده ردیاب در خروجی سلول ستونی مورد آزمایش 82
نمودار4-11: تغییرات متوسط زمان ماند با توجه به نرخ خوراک دهی به سلول فلوتاسیون ستونی 84
نمودار4-12: تغییرات متوسط زمان ماند با توجه به میزان گازدهی به سلول فلوتاسیون ستونی 84
نمودار 4-13: رابطه عیار ـ بازیابی برای سلول‌های مكانیكی و سلول ستونی در مرحله پرعیاركنی اولیه 98
نمودار 4-14: رابطه عیار ـ بازیابی برای سلول ستونی در مرحله اسکونجر 101
نمودار 4-15: رابطه عیار ـ بازیابی برای سلول‌های مكانیكی و سلول ستونی در مرحله پرعیاركنی نهایی 103
فصل اول:
مقدمه
1-1-تاریخچه
اولین بار ستون های فلوتاسیون صنعتی در اواسط دهه 1910 توسط Gahl در کمپانی مس Inspiration طراحی و نصب گردید اما موفقیت های اصلی و تجاری این تکنیک در دهه 1960 توسط Wheeler و Boutin که مشکلات ناشی از ته نشینی ذرات روی حبابسازها را رفع کرده بودند،آغاز گردید و به طور گسترده ای برای آرایش مواد معدنی مختلف مانند مس و مولیبدینیت،مس و نیکل،سیلیس و آهن،ذغال سنگ و ناخالصی های آن،سرب و روی و فسفات استفاده شد[1].
توجه اصلی به فلوتاسیون ستونی و کاربرد آن در کانه آرایی در سال 1980 اغاز گردید و در این زمان اولین سلول ستونی صنعتی در معدن Gaspe در کانادا طراحی و نصب شد. امروزه سلول های ستونی دستخوش تغییرات زیادی شده اند.به دلیل اینکه فلوتاسیون ستونی اولین بار توسط متخصصین کانادایی ثبت گردید گاهی به ان سلول کانادایی نیز گفته می شود[2].
در ایران اولین بار ستون فلوتاسیون نیمه صنعتی در کارخانه پایلوت پلنت مجتمع مس سرچشمه توسط دکتر بنیسی و همکارانش طراحی و ساخته شدو تست های مختلفی بر روی کارایی و قابلیت کاربرد آن در طرحهای توسعه ای کارخانه تغلیظ مس سرچشمه انجام گرفت و توانایی آن برای ارتقاء کارایی فلوتاسیون به اثبات رسید[3].
با توجه به کاربرد روزافزون این سلول های فلوتاسیون،کسب تجربه های عملی و گسترش دانسته های تئوری در مورد فرایندهای جدایش در انها ضروری است.از آنجایی که یکی از مهمترین قسمت های سلول فلوتاسیون ستونی بخش کنترل اتوماتیک انها می باشد،وجود بخش کنترل و ابزار دقیق بر روی کارایی ستون اثر بسزایی دارد و به کمک آن می توان فرایند جدایش در ستون را به خوبی تنظیم و کنترل نمود و شرایط فرآیند جدایش مواد را بهبود بخشید.
تعداد صفحه : 195
قیمت : 14700تومان
