تزخر بلادي باحتياطيات وفيرة من الكاولين، حيث تبلغ الاحتياطيات الجيولوجية المؤكدة حوالي 3 مليارات طن، موزعة بشكل رئيسي في مقاطعات قوانغدونغ، وقوانغشي، وجيانغشي، وفوجيان، وجيانغسو، وغيرها. ونظرًا لاختلاف التكوينات الجيولوجية، يختلف تركيب الكاولين وبنيته باختلاف مناطق إنتاجه. الكاولين عبارة عن سيليكات طبقية من النوع 1:1، تتكون من ثماني السطوح ورباعي السطوح. مكوناته الرئيسية هي ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) وأكسيد الألومنيوم (Al2O3). كما يحتوي على كميات ضئيلة من أكسيد الحديد (Fe2O3)، وثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2)، وأكسيد المغنيسيوم (MgO)، وأكسيد الكالسيوم (CaO)، وأكسيد البوتاسيوم (K2O)، وأكسيد الصوديوم (Na2O)، وغيرها. يتميز الكاولين بخصائص فيزيائية وكيميائية ممتازة، بالإضافة إلى سهولة تصنيعه، مما يجعله واسع الاستخدام في البتروكيماويات، وصناعة الورق، والمواد الوظيفية، والطلاءات، والسيراميك، والمواد المقاومة للماء، وغيرها. ومع تقدم العلوم والتكنولوجيا الحديثة، تتوسع استخدامات الكاولين باستمرار، وبدأت تشق طريقها إلى مجالات متقدمة ودقيقة ومتطورة. يحتوي خام الكاولين على كمية ضئيلة (عادةً من 0.5% إلى 3%) من معادن الحديد (أكاسيد الحديد، الإلمنيت، السيدريت، البيريت، الميكا، التورمالين، وغيرها)، والتي تُلوّن الكاولين وتؤثر على تلبيده. يُحدّ من استخدامات الكاولين بياضه وخصائصه الأخرى. لذا، يُعدّ تحليل تركيب الكاولين والبحث في تقنيات إزالة الشوائب منه ذا أهمية بالغة. تتميز هذه الشوائب الملونة عادةً بخصائص مغناطيسية ضعيفة، ويمكن إزالتها بالفصل المغناطيسي. الفصل المغناطيسي هو طريقة لفصل جزيئات المعادن في مجال مغناطيسي بالاستفادة من الاختلاف المغناطيسي بين المعادن. بالنسبة للمعادن ذات المغناطيسية الضعيفة، يتطلب الفصل المغناطيسي مجالًا مغناطيسيًا قويًا عالي التدرج.
بنية ومبدأ عمل فاصل المغناطيس عالي التدرج HTDZ
1.1 بنية الفاصل المغناطيسي عالي التدرج للملاط الكهرومغناطيسي
تتكون الآلة بشكل أساسي من الإطار، وملف الإثارة المبرد بالزيت، والنظام المغناطيسي، ووسيط الفصل، ونظام تبريد الملف، ونظام التنظيف، ونظام إدخال وتفريغ الخام، ونظام التحكم، وما إلى ذلك.
الشكل 1: مخطط هيكلي لفاصل مغناطيسي عالي التدرج للملاط الكهرومغناطيسي
1- ملف الإثارة 2- النظام المغناطيسي 3- وسيط الفصل 4- صمام هوائي 5- أنبوب مخرج اللب
6- السلم المتحرك 7- أنبوب المدخل 8- أنبوب تصريف الخبث
1.2 الخصائص التقنية لفاصل مغناطيسي عالي التدرج يعمل بتقنية الفصل الكهرومغناطيسي للملاط HTDZ
◎تقنية تبريد الزيتيُستخدم زيت تبريد محكم الإغلاق للتبريد، ويتم تبادل الحرارة وفقًا لمبدأ التبادل الحراري بين الزيت والماء، كما تُستخدم مضخة زيت محول قرصية ذات تدفق كبير. يتميز زيت التبريد بسرعة دوران عالية، وقدرة عالية على تبادل الحرارة، وارتفاع طفيف في درجة حرارة الملف، وقوة مجال مغناطيسي عالية.
◎تقنية تقويم التيار وتثبيت التيار: من خلال وحدة التقويم، يتم تحقيق خرج تيار مستقر، ويتم ضبط تيار الإثارة وفقًا لخصائص المواد المختلفة لضمان قوة المجال المغناطيسي المستقرة وتحقيق أفضل مؤشر للتحسين.
◎تقنية المغناطيس الفيزيائي عالي الأداء ذو التجويف الكبير المدرع: استخدم درعًا حديديًا لتغليف الملف المجوف، وصمم بنية دائرة مغناطيسية كهرومغناطيسية معقولة، وقلل من تشبع الدرع الحديدي، وقلل من تسرب التدفق المغناطيسي، وشكل قوة مجال عالية في تجويف الفرز.
◎تقنية الفصل ثلاثي الأطوار بين المواد الصلبة والسائلة والغازيةتتعرض المادة الموجودة في حجرة الفصل لقوى الطفو والجاذبية الذاتية والمغناطيسية لتحقيق تأثير معالجة مناسب في ظل ظروف ملائمة. ويساهم الجمع بين تصريف المياه وضغط الهواء العالي في جعل عملية غسل الوسط أكثر نظافة.
◎تقنية جديدة للمواد المغناطيسية الموصلة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ذات الشكل الشائكتعتمد وسائط الفرز على الصوف الفولاذي، أو شبكة فرز ماسية الشكل، أو مزيج منهما. تجمع هذه الوسائط بين خصائص المعدات، وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ عالي النفاذية والمقاوم للتآكل، والذي تم تطويره من خلال البحث والتطوير. يتميز هذا الوسط بتدرج حث مغناطيسي كبير، مما يسهل التقاط المعادن المغناطيسية الضعيفة، كما أن المغناطيسية المتبقية فيه منخفضة، مما يسهل غسله عند تفريغ الخام.
1.3 تحليل مبدأ عمل المعدات وتحليل توزيع المجال المغناطيسي
1.3.1مبدأ الفرز هوفي الملف المدرع، توضع كمية محددة من الصوف الفولاذي المقاوم للصدأ الموصل مغناطيسيًا (أو المعدن الممدد). بعد تشغيل الملف، يتمغنط الصوف الفولاذي، مما يُولد مجالًا مغناطيسيًا غير منتظم على سطحه، يُعرف بمجال التمغنط عالي التدرج. عندما تمر المادة البارامغناطيسية عبر الصوف الفولاذي في خزان الفرز، فإنها تتلقى قوة مجال مغناطيسي تتناسب مع حاصل ضرب المجال المغناطيسي المُطبق وتدرج المجال المغناطيسي، فتُمتص على سطح الصوف الفولاذي، بدلًا من مرور المادة غير المغناطيسية عبر المجال المغناطيسي مباشرةً. ثم تتدفق المادة البارامغناطيسية إلى خزان المنتج غير المغناطيسي عبر الصمام والأنبوب المخصصين له. عندما تصل كمية المادة المغناطيسية الضعيفة التي يجمعها الصوف الفولاذي إلى مستوى معين (يُحدد وفقًا لمتطلبات العملية)، يتوقف تغذية الخام. يُفصل مصدر طاقة الإثارة، وتُغسل المواد المغناطيسية. تتدفق المواد المغناطيسية إلى خزان المنتج المغناطيسي عبر الصمام والأنبوب المخصصين له. ثم تُجرى العملية الثانية، وتُكرر هذه الدورة.
1.3.2تحليل توزيع المجال المغناطيسي: استخدام برامج العناصر المحدودة المتقدمة لمحاكاة خريطة توزيع المجال المغناطيسي بسرعة، وتقصير دورة التصميم والتحليل؛ اعتماد تصميم مُحسَّن لتقليل استهلاك الطاقة للمعدات وخفض تكاليف المستخدم؛ اكتشاف المشاكل المحتملة قبل تصنيع المنتج، وزيادة موثوقية المنتجات والمشاريع؛ محاكاة مخططات الاختبار المختلفة، وتقليل وقت الاختبار وتكاليفه؛
خصائص حركة المعادن
2.1 تحليل حركة المواد
يُعدّ فاصل HTDZ المغناطيسي عالي التدرج مناسبًا للتغذية المنخفضة عند فرز الكاولين. يستخدم الجهاز صوفًا متعدد الطبقات من الفولاذ المقاوم للصدأ (أو معدنًا موسعًا) كوسيط فرز، مما يجعل مسار جزيئات الخام غير منتظم في الاتجاهين الرأسي والأفقي. يوضح الشكل 1 حركة جزيئات المعدن المنحنية. لذلك، يُسهم إطالة زمن التشغيل ومسافة المعادن في منطقة الفصل في امتصاص المغناطيسات الضعيفة بشكل كامل. بالإضافة إلى ذلك، يتفاعل معدل تدفق الملاط والجاذبية والطفو أثناء عملية الفصل، مما يُبقي جزيئات الخام في حالة مفككة باستمرار، ويقلل من الالتصاق بينها، ويُحسّن كفاءة إزالة الحديد، وبالتالي يُحقق نتائج فرز جيدة.
الشكل 4: رسم تخطيطي لحركة المعادن
1. شبكة الوسائط 2. الجسيمات المغناطيسية 3. الجسيمات غير المغناطيسية.
2. طبيعة الخام وعملية التخصيب الأساسية
2.1 خصائص مادة معدنية معينة من الكاولين في مقاطعة قوانغدونغ:
تشمل المعادن المصاحبة للكاولين في منطقة معينة من مقاطعة قوانغدونغ الكوارتز، والمسكوفيت، والبيوتيت، والفلسبار، بالإضافة إلى كمية قليلة من المعدن الأحمر والليمونيت. يتركز الكوارتز بشكل أساسي في الحبيبات التي يزيد حجمها عن 0.057 مم، بينما يزداد محتوى الميكا والفلسبار في الحبيبات متوسطة الحجم (0.02-0.6 مم)، ويزداد محتوى الكاولينيت وكمية قليلة من المعادن الداكنة تدريجيًا مع انخفاض حجم الحبيبات. يبدأ الكاولينيت بالتراكم عند حجم حبيبات أقل من 0.057 مم، ويبلغ تركيزه ذروته عند حجم حبيبات أقل من 0.020 مم.
الجدول 1: نتائج تحليل العناصر المتعددة لخام الكاولين (%)
2.2 شروط الإثراء الرئيسية المطبقة على الاستكشاف التجريبي للعينات الصغيرة
العوامل الرئيسية التي تؤثر على عملية الفصل المغناطيسي لفاصل الملاط المغناطيسي عالي التدرج HTDZ هي معدل تدفق الملاط، وقوة المجال المغناطيسي الأساسي، وما إلى ذلك. يتم اختبار الشرطين الرئيسيين التاليين في هذه الدراسة التجريبية.
2.2.1 معدل تدفق الملاط: عندما يكون معدل التدفق مرتفعًا، يكون مردود المركز أعلى، ومحتواه من الحديد مرتفعًا أيضًا؛ وعندما يكون معدل التدفق منخفضًا، يكون محتوى الحديد في المركز منخفضًا، ومردوده منخفضًا أيضًا. تُعرض البيانات التجريبية في الجدول 2.
الجدول 2: نتائج تجريبية لمعدل تدفق الملاط
ملاحظة: يتم إجراء اختبار معدل تدفق الملاط في ظل ظروف مجال مغناطيسي خلفي قدره 1.25 تسلا وجرعة مشتتة قدرها 0.25%.
الشكل 5: العلاقة بين معدل التدفق و Fe2O3
الشكل 6: العلاقة بين سرعة التدفق واللون الأبيض الجاف.
بالنظر إلى تكلفة المعالجة بشكل شامل، يجب التحكم في معدل تدفق الملاط عند 12 مم/ث.
2.2.2 المجال المغناطيسي الأساسي: تتوافق شدة المجال المغناطيسي الأساسي لفاصل الطين المغناطيسي مع قانون مؤشر إزالة الحديد في فصل الكاولين المغناطيسي، أي أنه عندما تكون شدة المجال المغناطيسي عالية، يكون كل من مردود المركز ومحتوى الحديد في الفاصل المغناطيسي منخفضين، ويكون معدل إزالة الحديد منخفضًا نسبيًا. ومع ذلك، فإن ارتفاع شدة المجال المغناطيسي يؤدي إلى فعالية جيدة في إزالة الحديد.
الجدول 3: نتائج تجريبية للمجال المغناطيسي الخلفي
ملاحظة: يتم إجراء اختبار المجال المغناطيسي الأساسي في ظل ظروف معدل تدفق الملاط 12 مم/ث وجرعة المشتت 0.25%.
نظراً لزيادة شدة المجال المغناطيسي الخلفي، تزداد قدرة الإثارة، وبالتالي يرتفع استهلاك الطاقة للمعدات، وترتفع تكلفة الإنتاج للوحدة. وبالنظر إلى تكلفة المعالجة، تم اختيار شدة المجال المغناطيسي الخلفي عند 1.25 تسلا.
الشكل 7: العلاقة بين شدة المجال المغناطيسي ومحتوى Fe2O3.
2.3 اختيار العملية الأساسية للفصل المغناطيسي
الهدف الرئيسي من معالجة خام الكاولين هو إزالة الحديد وتنقيته. ونظرًا للاختلاف المغناطيسي بين كل معدن، يُعد استخدام مجال مغناطيسي عالي التدرج فعالًا في إزالة الحديد وتنقية الكاولين، كما أن العملية بسيطة وسهلة التطبيق في الصناعة. لذلك، يُستخدم فاصل مغناطيسي عالي التدرج، يتكون من قسمين: قسم للخشن وآخر للدقيق، في عملية الفرز.
الإنتاج الصناعي
3.1 عملية الإنتاج الصناعي للكاولين
لإزالة الحديد من خام الكاولين في منطقة معينة بمقاطعة قوانغدونغ، تُستخدم مجموعة HTDZ-1000 لتشكيل عملية فصل مغناطيسي خشنة ودقيقة. يوضح الشكل 2 مخطط سير العمل.
3.2 ظروف الإنتاج الصناعي
3.2.1تصنيف المواد: الغرض الرئيسي1. يتم فصل الشوائب مثل الكوارتز والفلسبار والميكا في الكاولين مسبقًا باستخدام فاصل إعصاري ثنائي المراحل، مما يقلل الضغط على المعدات اللاحقة، ويصنف حجم الجسيمات لتلبية متطلباتها. 2. نظرًا لأن وسيط الفصل في الفاصل المغناطيسي للملاط هو صوف فولاذي رقم 3، يجب أن يكون حجم الجسيمات أقل من 250 مش لضمان عدم وجود جسيمات متبقية في وسيط الصوف الفولاذي، وذلك لمنع انسداده، مما يؤثر على مؤشر التركيز وغسل الوسيط، وعلى قدرة معالجة المعدات، وما إلى ذلك.
3.2.2ظروف تشغيل الفصل المغناطيسيتعتمد عملية التدفق على اختبارين: اختبار خشن واختبار دقيق، بالإضافة إلى عملية دائرة مفتوحة تتضمن اختبارين: اختبار خشن واختبار دقيق. وفقًا للتجربة النموذجية، تبلغ شدة المجال المغناطيسي الأساسي لفاصل الملاط المغناطيسي عالي التدرج المستخدم في عملية التخشين 0.7 تسلا، بينما تبلغ شدة المجال المغناطيسي الأساسي لفاصل الملاط المغناطيسي عالي التدرج المستخدم في عملية الانتقاء 1.25 تسلا. ويُستخدم فاصل مغناطيسي من طراز HTDZ-1000 لعملية التخشين، بالإضافة إلى فاصل مغناطيسي آخر من طراز HTDZ-1000 لعملية الانتقاء.
3.3 نتائج الإنتاج الصناعي
يوضح الشكل 3 عملية الإنتاج الصناعي للكاولين لإزالة الحديد في مكان معين في مقاطعة قوانغدونغ، وتظهر عينة الكعكة المنتجة بواسطة فاصل مغناطيسي عالي التدرج من نوع HTDZ، وتظهر البيانات في الجدول 2.
الكعكة 1: هي كعكة عينة الخام التي تدخل إلى فاصل الفصل المغناطيسي الخشن
الفطيرة 2: عينة مختارة تقريبًا من الفطيرة
الفطيرة 3، الفطيرة 4، الفطيرة 5: عينات مختارة
الجدول 2: نتائج الإنتاج الصناعي (نتائج أخذ العينات وتكسير الكعكات في الساعة 20:30 يوم 6 نوفمبر)
الشكل 3: عينة من كعكة مصنوعة من الكاولين في مكان معين في مقاطعة قوانغدونغ
تُظهر نتائج الإنتاج أنه يمكن تقليل محتوى Fe2O3 في المركز بنسبة 50٪ تقريبًا من خلال فصل مغناطيسي عالي التدرج للمعلق، ويمكن الحصول على تأثير جيد لإزالة الحديد.
شكرا جزيلا
تاريخ النشر: 27 مارس 2021