به گزارش عیار معدن، کاهش عیار ذخایر معدنی و پیچیدگیهای ساختاری کانسنگهای طلای مقاوم، صنعت فرآوری را به سمت خردایش شدید تا ابعاد کمتر از بیست میکرون سوق داده است. در چنین ابعادی، کارایی هیدرودینامیکی سلولهای فلوتاسیون مرسوم با افول چشمگیری مواجه میشود. حبابهای مرسوم صنعتی با ابعاد میلیمتری، جرمی بسیار بزرگتر از ذرات میکرونی دارند و به دلیل اینرسی ناچیز این ذرات در پالپ، خطوط جریان سیال ذرات طلا و پیریت طلادار را بدون برخورد از کنار حباب عبور میدهند. پیامد این پدیده، کاهش شدید احتمال برخورد و حبس مکانیکی باطلههای رسی در کف حاصله است که همزمان بازیابی و عیار کنسانتره را تنزل میدهد.
هویت فیزیک و شیمیایی و پایداری ترمودینامیکی نانوحبابها
نانوحبابها دستهای از حبابهای گازی با قطر کمتر از هزار نانومتر هستند که خواص رفتاری آنها تفاوت بنیادینی با حبابهای ماکرو دارد. این ساختارهای بسیار ریز دارای انرژی آزاد سطحی و پتانسیل زتای منفی قابلتوجهی هستند که مانع از به هم پیوستن خودبهخودی و متلاشی شدن آنها در فاز مایع میشود. فشار موئینگی در مقیاس نانو موجب انتقال جرم سریعتر گاز به سطح کانی شده و حضور این حبابها در فصلمشترک کانی و آب، لایه هیدراتاسیون احاطهکننده ذرات را ناپایدار میسازد. پایداری طولانیمدت این حبابها در پالپ، بستری پایدار برای برهمکنشهای سطحی مداوم در حین عملیات شناورسازی فراهم میآورد.
سازوکار پلزنی موئینگی و تشکیل لختههای آبگریز
یکی از اصلیترین سازوکارهای نانوحبابها در فلوتاسیون طلا، پدیده کاویتاسیون ناهمگن روی دامنههای آبگریز سطحی است. نانوحبابها به صورت انتخابی بر سطوح کانیهای طلادار و پیریت مستقر میشوند. با نزدیک شدن ذرات شناور به یکدیگر، نانوحبابهای متصل به سطوح به یکدیگر جوش خورده و پلهای موئینگی گازی تشکیل میدهند. این پیوند باعث تجمع و دانهبندی ذرات زیر بیست میکرون شده و آنها را به صورت لختههای آبگریز با رفتاری شبیه ذرات درشت بازآرایی میکند. در نتیجه این اتصال، احتمال برخورد با حبابهای ماکروی سلول شناورسازی به شکل موثری افزایش مییابد.
اصلاح زاویه تماس و کاهش زمان القای پیوند
پایداری لایه نازک آب میان ذره و حباب، همواره مانعی برای چسبیدن کانی به فاز گازی است. در فلوتاسیون متداول، خروج این فیلم نازک آب و برقراری تماس سهفاز مستلزم صرف زمان قابلتوجهی تحت عنوان زمان القا است. نانوحبابهای نشاندهشده بر سطح طلا، یکپارچگی فیلم آب را مختل کرده و زمان مورد نیاز برای اتصال نهایی ذره به حباب را از مقیاس دهها میلیثانیه به کسری از میلیثانیه کاهش میدهند. چنین رخدادی علاوه بر تثبیت زاویه تماس در مقادیر بالاتر، ثابت سرعت فلوتاسیون را ارتقا داده و ظرفیت پالپپذیری مدار را بهبود میبخشد.
پیامدهای متالورژیکی و بهینهسازی مصرف مواد شیمیایی
تلفیق فناوری نانوحباب در خطوط شناورسازی پیریتهای طلادار، بازیابی ذرات دانه ریز طلا را در مقایسه با فرآیندهای سنتی بین بیست تا سی درصد افزایش میدهد. از سوی دیگر، به علت تقویت طبیعی آبگریزی سطحی به وسیله نانوحبابها، نیاز به مصرف کلکتورهای رایج تیولی نظیر زانتاتها و دیتیوفسفاتها تا یکسوم کاهش پیدا میکند. ارتقای بازیابی در دانهبندیهای ریز، از هدررفت مقادیر قابلملاحظه طلا در بخش باطله سلولهای رافر و رمقگیر جلوگیری کرده و درجه خلوص کف نهایی را به دلیل کاهش حمل مکانیکی ذرات هیدروفیلی رسی بهبود میبخشد.
الزامات نصب در مدار و بازگشت سرمایه اقتصادی
پیادهسازی این سیستم در واحدهای فرآوری کانسنگ طلا نیازمند دگرگونی در طراحی سلولهای موجود نیست، بلکه از طریق الحاق ژنراتورهای کاویتاسیون هیدرودینامیکی یا سامانههای انحلال پرفشار گاز در لولههای انتقال پالپ ورودی به تانکهای آمادهسازی میسر میشود. از دیدگاه مالی، تجهیزات تولید نانوحباب به توان برقی پایینی نیاز دارند و به دلیل ماهیت فیزیکی فرایند، استهلاک مکانیکی چندانی ایجاد نمیکنند. افزایش حتی یک درصدی در بازیابی کل طلا در یک کارخانه با ظرفیت متوسط، قادر است هزینههای سرمایهای ناشی از تهیه و ادغام این مولدها را ظرف مدت چند ماه مستهلک سازد.
ممیزی متالورژیکی باطلهها و تعیین سهم ذرات ریز در افت راندمان
به مدیران و مهندسان کارخانههای فرآوری طلا پیشنهاد میشود با انجام آنالیزهای دانهبندی و تعیین عیار در کسرهای مختلف ابعادی، سهم اتلاف طلا در دامنههای دانهای زیر بیست میکرون (Slime) را به دقت محاسبه نمایند. در صورتی که بخش عمده هدررفت طلا در فاز باطله ناشی از عدم ریکاوری ذرات ریز سولفیدی باشد، فناوری نانوحباب سریعترین و کمهزینهترین راهکار برای احیای ظرفیت و افزایش چنددرصدی ریکاوری بدون نیاز به احداث خطوط جدید خردایش است.
نصب پایلوت ژنراتورهای نانوحباب در خط برگشت یا خوراک ورودی
پیادهسازی صنعتی این فناوری نیازی به توقف خط تولید یا تغییرات عمده در چیدمان سلولهای فلوتاسیون و تانکهای لیچینگ ندارد. معدنداران میتوانند با نصب یک واحد مولد نانوحباب (مانند سیستمهای کاویتاسیون هیدرودینامیکی یا ونتوری) در مسیر جریان دوغاب ورودی به سلولهای رافر، پایلوت نیمهصنعتی را راهاندازی کنند. این رویکرد به تیم متالورژی اجازه میدهد تأثیر مستقیم نانوحبابها را در کاهش مصرف کفساز، کاهش زمان ماند و بهبود عیار کنسانتره در شرایط واقعی عملیاتی پایش و اثبات نماید.
ارتقای سیستم هوادهی تانکهای لیچینگ با نانوحبابهای اکسیژن
برای واحدهایی که با محدودیت ظرفیت تانکهای لیچینگ یا افت اکسیژن محلول در فصول گرم سال روبرو هستند، جایگزینی هوادهیهای سنتی با سامانه تزریق نانوحباب اکسیژن پیشنهاد میشود. این اقدام با ایجاد فوقاشباع اکسیژن در پالپ و حذف مناطق مرده، ظرفیت خوراکدهی تانکها را افزایش داده و دوره تماس مورد نیاز برای انحلال کامل طلا را به شکل معناداری کوتاه میکند.
منابع
۱. نشریه بینالمللی مواد، متالورژی و مواد معدنی (تاریخ انتشار: اوت ۲۰۲۵)
فلوتاسیون ارتقایافته پیریت طلادار با نانوحبابها در کانسنگ طلا: رفتار و سازوکارها
مشخصات استناد: International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials، جلد ۳۲، شماره ۸، صفحات ۱۸۲۶ تا ۱۸۳۷
شناسه دیجیتال: 10.1007/s12613-025-3097-7
۲. مجله معدنی امدیپیآی (تاریخ انتشار: فوریه ۲۰۲۶)
مروری بر کاربردهای میکرو-نانوحبابها در فلوتاسیون کانیهای دانهریز: مبانی، پیشرفتها و رویکردهای آینده
مشخصات استناد: MDPI Minerals، جلد ۱۶، شماره ۳، شناسه مقاله ۲۷۱
شناسه دیجیتال: 10.3390/min16030271
۳. نشریه تخصصی طلا (تاریخ انتشار: ژانویه ۲۰۲۵)
بررسی اثرات نانوحبابهای حجمی بر بازیابی و سینتیک فلوتاسیون کانسنگ طلا
مشخصات استناد: Gold Journal، جلد ۴۶، شماره ۱، صفحات ۴۵ تا ۵۳
شناسه دیجیتال: 10.11792/hj20250114
۴. مهندسی مواد معدنی الزویر (تاریخ انتشار: دسامبر ۲۰۲۳ / نمایه ۲۰۲۴)
سازوکارهای جذب نانوحباب بر سطوح کانی و اثر همافزایی آن با کلکتورهای مرسوم
مشخصات استناد: Minerals Engineering، جلد ۲۰۴، شناسه مقاله ۱۰۸۱۱۲
شناسه دیجیتال: 10.1016/j.mineng.2023.108112