افزایش بازیابی مس با بهینه‌سازی دانه‌بندی خوراک فلوتاسیون

در کارخانه‌های فرآوری مس، فلوتاسیون به عنوان یکی از مهم‌ترین روش‌های پرعیارسازی، نقشی کلیدی در بازیابی کانی‌های باارزش ایفا می‌کند. با این حال، یکی از چالش‌های اساسی که بسیاری از کارخانه‌ها با آن مواجه هستند، افت بازیابی مس به دلیل دانه‌بندی نامناسب خوراک فلوتاسیون است. تحقیقات نشان می‌دهد که در بسیاری از کارخانه‌های فرآوری مس، تلفات فلز عمدتاً در دو بخش اتفاق می‌افتد: ذرات درشت (بزرگ‌تر از ۱۰۰ تا ۲۱۲ میکرون) که به دلیل وزن زیاد و عدم اتصال کافی به حباب‌ها، در باطله باقی می‌مانند، و ذرات بسیار ریز (کوچک‌تر از ۱۰ تا ۲۰ میکرون) که به دلیل پدیده دنباله‌روی (Entrainment) و مصرف بالای مواد شیمیایی، بازیابی پایینی دارند [۱][۲].

در این مقاله، به بررسی جامع تأثیر دانه‌بندی خوراک بر بازیابی مس در فلوتاسیون پرداخته و راهکارهای عملی برای بهینه‌سازی ابعاد ذرات، کاهش تلفات در ذرات درشت و ریز، و در نهایت افزایش راندمان کارخانه‌های فرآوری مس ارائه می‌دهیم.

تصویر ۱: نمای کلی مدار فلوتاسیون در یک کارخانه فرآوری مس

۱. اهمیت دانه‌بندی خوراک در فلوتاسیون مس

فلوتاسیون یک فرآیند فیزیکوشیمیایی است که در آن ذرات کانی باارزش با استفاده از حباب‌های هوا از پالپ جدا می‌شوند. کارایی این فرآیند به شدت به اندازه ذرات وابسته است. محدوده بهینه برای فلوتاسیون معمولی معمولاً بین ۲۰ تا ۱۰۰ میکرون است [۴]. خارج از این محدوده، بازیابی به شدت کاهش می‌یابد.

مطالعه‌ای بر روی معدن مس سرچشمه نشان داد که بیشترین تلفات مس سولفیدی در ذرات درشت (بزرگ‌تر از ۷۴ میکرون) و بیشترین تلفات مس اکسیدی در ذرات بسیار ریز (کوچک‌تر از ۹ میکرون) رخ می‌دهد [۵]. این یافته نشان می‌دهد که نوع کانی نیز بر رفتار دانه‌بندی تأثیر دارد و استراتژی بهینه‌سازی باید با توجه به کانی‌شناسی خوراک تنظیم شود.

۲. چالش‌های ناشی از دانه‌بندی نامناسب

۲-۱. تلفات در ذرات درشت (Coarse Particles)

ذرات درشت (معمولاً بزرگ‌تر از ۱۰۰ تا ۱۵۰ میکرون) به دلایل زیر در فلوتاسیون بازیابی پایینی دارند:

• وزن زیاد: ذرات درشت سنگین‌تر هستند و نیروی گرانش بر آن‌ها بیشتر اثر می‌کند، بنابراین به راحتی از حباب جدا می‌شوند [۴].
• آشفتگی سلول: تلاطم بالا در سلول‌های فلوتاسیون مکانیکی باعث جدا شدن حباب از ذرات درشت می‌شود [۷].
• کاهش سطح تماس: با افزایش اندازه ذرات، نسبت سطح به حجم کاهش می‌یابد و احتمال اتصال به حباب کمتر می‌شود.
• کمبود آزادسازی (Liberation): ذرات درشت معمولاً به طور کامل آزاد نشده‌اند و به صورت کامپوزیت با باطله همراه هستند [۴].

تحقیقات نشان می‌دهد که در بسیاری از کارخانه‌های تغلیظ مس، حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد تلفات مس در باطله‌هایی با اندازه ذرات بزرگ‌تر از ۱۵۰ میکرون رخ می‌دهد [۸]. در یک کارخانه در جیانگشی چین، تقریباً ۶۸ درصد تلفات فلز در ذرات بزرگ‌تر از ۷۴ میکرون رخ داده است [۹].

۲-۲. تلفات در ذرات بسیار ریز (Ultra-fine Particles)

ذرات بسیار ریز (کوچک‌تر از ۱۰ تا ۲۰ میکرون) نیز چالش‌های خاص خود را دارند:

• دنباله‌روی (Entrainment): ذرات ریز به همراه آب بین حباب‌ها به سطح می‌آیند و به صورت غیرانتخابی وارد کنسانتره می‌شوند [۱۰].
• مصرف بالای مواد شیمیایی: ذرات ریز سطح ویژه بالایی دارند و مواد شیمیایی بیشتری جذب می‌کنند.
• کاهش سرعت فلوتاسیون: سینتیک فلوتاسیون برای ذرات ریز کندتر است.
• کاهش عیار کنسانتره: ورود ذرات ریز باطله به کنسانتره باعث کاهش عیار می‌شود.

در یک مطالعه بر روی کارخانه مس سرچشمه، مشخص شد که ذرات کوچک‌تر از ۹ میکرون بیشترین تلفات مس اکسیدی را دارند [۵]. همچنین، بررسی یک کارخانه بزرگ مس در خارج از کشور نشان داد که ذرات کوچک‌تر از ۱۰ میکرون و بزرگ‌تر از ۲۱۲ میکرون بالاترین تلفات را ایجاد می‌کنند [۶].

تصویر ۲: توزیع دانه‌بندی ذرات در خوراک فلوتاسیون و تأثیر آن بر بازیابی

۳. راهکارهای بهینه‌سازی دانه‌بندی خوراک فلوتاسیون

۳-۱. بهینه‌سازی مدار آسیاکنی

مدار آسیاکنی نقش کلیدی در تعیین دانه‌بندی خوراک فلوتاسیون دارد. بهینه‌سازی این مدار می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر بازیابی مس داشته باشد.

بهینه‌سازی توزیع گلوله‌ها در آسیاب: یکی از مؤثرترین روش‌ها برای بهبود دانه‌بندی، بهینه‌سازی توزیع گلوله‌های آسیاب است. در یک مطالعه بر روی یک معدن مس، با بهینه‌سازی توزیع گلوله‌ها به نسبت m(Φ70 mm):m(Φ50 mm):m(Φ40 mm):m(Φ30 mm)=15:25:35:25، محتوای ذرات قابل فلوتاسیون (-۰.۰۲۰+۰.۰۱۰ میلی‌متر) تا ۱۰.۴۴ درصد و ذرات به راحتی قابل فلوتاسیون (-۰.۰۷۴+۰.۰۱۸ میلی‌متر) تا ۱۵.۱۸ درصد افزایش یافت، در حالی که ذرات فوق‌ریز (-۰.۰۱۰ میلی‌متر) تا ۱۰.۲۲ درصد کاهش یافت. در نتیجه، بازیابی کنسانتره مس ۰.۶۵ درصد افزایش یافت [۱۱].

پیش‌طبقه‌بندی خوراک آسیاب: روش دیگر برای کاهش تولید ذرات بسیار ریز، پیش‌طبقه‌بندی خوراک آسیاب است. در این روش، مواد درشت‌تر وارد آسیاب شده و مواد ریزتر مستقیماً به فلوتاسیون هدایت می‌شوند. این روش می‌تواند تولید ذرات -۱۰ میکرون را کاهش داده و تلفات مس در این محدوده دانه‌بندی را به حداقل برساند [۱۲].

بهینه‌سازی غلظت و سرعت آسیاب: تنظیم دقیق غلظت پالپ و سرعت آسیاب نیز می‌تواند به بهبود دانه‌بندی کمک کند. در مطالعه فوق، غلظت بهینه آسیاب ۷۳ درصد و سرعت پر شدن گلوله‌ها ۴۱ درصد تعیین شد [۱۱].

۳-۲. بهینه‌سازی مدار طبقه‌بندی

هیدروسیکلون‌ها و سرندها نقش مهمی در کنترل دانه‌بندی خوراک فلوتاسیون دارند. عملکرد نامناسب این تجهیزات می‌تواند منجر به ورود ذرات درشت یا بسیار ریز به فلوتاسیون شود [۶].

بهبود کارایی هیدروسیکلون‌ها: تنظیم دقیق قطر ورودی، قطر سرریز و فشار هیدروسیکلون می‌تواند دقت طبقه‌بندی را بهبود بخشد. در یک مطالعه بر روی یک کارخانه مس در خارج از کشور، مشخص شد که با بهینه‌سازی مدار طبقه‌بندی می‌توان بازیابی مس را به طور قابل توجهی افزایش داد [۶].

طبقه‌بندی در چند مرحله: در کارخانه‌های با کانی‌شناسی پیچیده، استفاده از طبقه‌بندی در چند مرحله می‌تواند مؤثر باشد. به عنوان مثال، در یک مطالعه بر روی یک کانسنگ سولفیدی مس با ریزدانه‌های منتشر، با طبقه‌بندی در ۲۵ میکرون و فلوتاسیون مجزای هر بخش، بازیابی مس از ۸۸.۷۸ درصد به ۹۵.۲۰ درصد افزایش یافت [۱۳].

۳-۳. فلوتاسیون تخصصی برای ذرات درشت و ریز

برای ذرات درشت و ریز که در سلول‌های فلوتاسیون معمولی بازیابی پایینی دارند، تکنولوژی‌های تخصصی توسعه یافته است.

فلوتاسیون ذرات درشت: سلول‌های فلوتاسیون سیال (Fluidized Flotation) و سلول‌های ستونی با شرایط عملیاتی خاص، می‌توانند ذرات درشت را بازیابی کنند. یک مطالعه نشان داد که با استفاده از یک سلول فلوتاسیون سیال جدید، می‌توان ذرات درشت (تا ۷۴ میکرون) را با بازیابی ۵۰-۶۰ درصد در یک مرحله فلوتاسیون خشن بازیابی کرد [۹]. همچنین، مطالعه‌ای بر روی پروژه مس Copper Creek نشان داد که استفاده از آسیاب درشت (۳۵۰ میکرون) به همراه فلوتاسیون ذرات درشت، بازیابی قابل مقایسه‌ای با آسیاب ریزتر (۲۰۰ میکرون) در فلوتاسیون معمولی دارد [۱۴].

فلوتاسیون ذرات ریز: برای ذرات بسیار ریز، استفاده از کلکتورهای نانو، لخته‌سازی انتخابی و همزن با شدت بالا می‌تواند مؤثر باشد. در مطالعه‌ای بر روی کانسنگ سولفیدی مس با ریزدانه‌های منتشر، با افزودن مواد پراکنده‌کننده و همزن با شدت بالا برای ذرات -۲۵ میکرون، بازیابی مس به طور قابل توجهی افزایش یافت [۱۳].

۴. مطالعه موردی: کارخانه مس سرچشمه

معدن مس سرچشمه به عنوان یکی از بزرگ‌ترین مجتمع‌های مس ایران، مورد مطالعه دقیقی برای بهبود بازیابی مس از طریق بهینه‌سازی دانه‌بندی قرار گرفته است [۵]. در این مطالعه، تلفات مس در باطله به دو دسته اصلی تقسیم شد:

• ذرات درشت (بزرگ‌تر از ۷۴ میکرون): بیشترین تلفات مس سولفیدی در این رده دانه‌بندی رخ می‌دهد. دلیل اصلی، آزادسازی ناقص کانی‌های مس از باطله است.
• ذرات بسیار ریز (کوچک‌تر از ۹ میکرون): بیشترین تلفات مس اکسیدی در این رده دانه‌بندی مشاهده می‌شود که عمدتاً به دلیل پدیده دنباله‌روی است.

راهکارهای پیشنهادی برای سرچشمه:

• کاهش اندازه ذرات درشت باطله رافر و فلوتاسیون مجدد: با آسیاب کردن مجدد ذرات درشت باطله رافر و هدایت مجدد آن به فلوتاسیون، بازیابی کلی از ۷۹.۳ درصد به ۸۲.۲ درصد افزایش یافت [۵].
• بهینه‌سازی دوز مواد شیمیایی: با افزایش دوز سولفیدکننده (NaHS) به ۸۰۰ گرم بر تن، بازیابی از ۷۹.۳ درصد به ۸۳.۸ درصد افزایش یافت [۵].
• کنترل دقیق‌تر pH و دوز کلکتور: با تنظیم دقیق این پارامترها، می‌توان بازیابی را تا ۸۷ درصد بدون کاهش عیار افزایش داد [۵].

۵. نتیجه‌گیری و جمع‌بندی

دانه‌بندی خوراک فلوتاسیون یکی از مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر بازیابی مس در کارخانه‌های فرآوری است. ذرات درشت (بزرگ‌تر از ۱۰۰ میکرون) و ذرات بسیار ریز (کوچک‌تر از ۱۰ میکرون) بیشترین تلفات مس را ایجاد می‌کنند. بهینه‌سازی مدار آسیاکنی و طبقه‌بندی، همراه با استفاده از تکنولوژی‌های تخصصی فلوتاسیون برای ذرات درشت و ریز، می‌تواند بازیابی مس را به طور قابل توجهی افزایش دهد.

تجربه کارخانه‌های موفق در ایران و جهان نشان می‌دهد که با رویکرد سیستماتیک و مبتنی بر داده، می‌توان دانه‌بندی خوراک فلوتاسیون را بهینه کرده و بازیابی مس را تا ۱۰ درصد یا بیشتر افزایش داد. این بهبود نه تنها به افزایش سودآوری کارخانه کمک می‌کند، بلکه به مدیریت پایدار منابع معدنی نیز کمک می‌کند.

با توجه به کاهش عیار کانسنگ‌های مس و افزایش تقاضای جهانی برای این فلز استراتژیک، بهینه‌سازی دانه‌بندی خوراک فلوتاسیون به یک ضرورت اجتناب‌ناپذیر در صنعت فرآوری مس ایران تبدیل شده است.

📚 منابع و مراجع

1. 国外某大型铜矿选矿厂流程考查与分析. (2022). 矿业工程. مشاهده منبع
2. 某低品位铜矿磨机给矿预先分级——浮选试验. (2021). 矿冶. مشاهده منبع
3. M. Asghari et al., “Copper Recovery Improvement in an Industrial Flotation Circuit: A Case Study of Sarcheshmeh Copper Mine.” Energy Sources, Part A, 2019. مشاهده منبع
4. Gontijo et al., “The effect of particle size on flotation performance.” Minerals Engineering, 2007.
5. M. Asghari et al., “Copper Recovery Improvement in an Industrial Flotation Circuit: A Case Study of Sarcheshmeh Copper Mine.” Energy Sources, Part A, 2019. مشاهده منبع
6. 国外某大型铜矿选矿厂流程考查与分析. (2022). 矿业工程. مشاهده منبع
7. Hacifazlioglu and Sutcu, “The effect of turbulence on coarse particle flotation.” Minerals Engineering, 2007.
8. Hassanzadeh et al., “Copper losses in flotation tailings.” Minerals Engineering, 2022.
9. Recovering the coarse particles associated with copper tailings by a new fluidized flotation column. Minerals Engineering, 2025. مشاهده منبع
10. Entrainment in flotation. Advances in Colloid and Interface Science.
11. 李建灵等. 某铜矿山高效磨矿工艺条件优化研究. 有色金属（选矿部分）, 2025. مشاهده منبع
12. 某低品位铜矿磨机给矿预先分级——浮选试验. (2021). 矿冶. مشاهده منبع
13. 某微细粒嵌布硫化铜矿的强化分级浮选工艺研究. (2026). 金属矿山. مشاهده منبع
14. Faraday Copper Announces Positive Metallurgical Results. (2025). مشاهده منبع