ما مدى معرفتك بتقنيات التعويم؟

1. مفهوم الطفو

التعويم، المعروف أيضاً باسم إثراء المعادن بالتعويم، هو تقنية لمعالجة المعادن تفصل المعادن المفيدة عن المعادن غير المرغوب فيها عند سطح التماس بين الأطوار الغازية والسائلة والصلبة، وذلك بالاستفادة من الاختلافات في خصائص سطح المعادن المختلفة في الخامات، ويُطلق عليه أيضاً اسم "الفصل السطحي". وتُعرف جميع العمليات التقنية التي تستخدم، بشكل مباشر أو غير مباشر، أسطح التماس بين الأطوار لتحقيق فصل الجسيمات بناءً على الاختلافات في خصائص سطح التماس بين جسيمات المعادن المختلفة باسم التعويم.

تشير خصائص سطح المعادن إلى الخصائص الفيزيائية والكيميائية وغيرها لسطح جزيئات المعادن، مثل قابلية السطح للترطيب، والخصائص الكهربائية السطحية، وأنواع الروابط الكيميائية لذرات السطح، ودرجة تشبعها، ونشاطها، وما إلى ذلك. وتختلف جزيئات المعادن المختلفة في خصائص سطحها. وباستغلال هذه الاختلافات، يمكن فصل المعادن وإثرائها باستخدام أسطح التماس بين الأطوار. ولذلك، تتضمن عملية التعويم أسطح تماس ثلاثية الأطوار: غاز، سائل، صلب.

يمكن تغيير خصائص سطح المعادن من خلال التدخل الاصطناعي، بهدف زيادة الفروقات السطحية بين المعادن المفيدة وجزيئات المعادن الشائبة لتسهيل فصلها. في عملية التعويم، تُستخدم عادةً كواشف التعويم لتغيير خصائص سطح المعادن اصطناعياً، وتوسيع الفروقات في خصائص سطح المعادن، وزيادة أو تقليل كراهية الماء لأسطح المعادن، وذلك لضبط سلوك التعويم والتحكم فيه والحصول على نتائج فصل أفضل. لذلك، يرتبط تطبيق وتطوير تقنية التعويم ارتباطاً وثيقاً بكواشف التعويم.

نظرًا لاختلاف الخصائص السطحية لجزيئات المعادن عن خصائصها الفيزيائية، كالكثافة والقابلية المغناطيسية، والتي يصعب تغييرها، فإنه يمكن تعديل هذه الخصائص السطحية صناعيًا لتحقيق الفروقات المطلوبة بين المعادن لأغراض الفصل. ولذلك، يُستخدم التعويم على نطاق واسع في فصل المعادن، ويُعرف بأنه الطريقة الأمثل لمعالجة المعادن. وهو على وجه الخصوص الطريقة الأكثر استخدامًا وفعالية في فصل المواد الدقيقة والمتناهية الصغر.

2. تطبيقات التعويم

تُعدّ معالجة المعادن عملية إنتاجية تُجهّز المواد الخام لصهر المعادن والصناعات الكيميائية، وقد أصبح التعويم الرغوي أحد أهم أساليب معالجة المعادن. ويمكن فصل جميع الموارد المعدنية تقريباً عن طريق التعويم.

في الوقت الحاضر، تُستخدم عملية التعويم على نطاق واسع في خامات المعادن الحديدية، وخاصةً لتخصيب الحديد والمنغنيز، مثل الهيماتيت والسميثسونيت والإلمنيت ومعادن أخرى؛ وفي خامات المعادن الثمينة، وخاصةً لتخصيب الذهب والفضة؛ وفي خامات المعادن غير الحديدية مثل النحاس والرصاص والزنك والكوبالت والنيكل والموليبدينوم والأنتيمون، بما في ذلك المعادن الكبريتية مثل الجالينا والاسفاليريت والكالكوبيريت والكالكوسيت والموليبدينيت والبنتلانديت، والمعادن الأكسيدية مثل الملاكيت والسيروسيت والهيميمورفيت والكاسيتريت والولفراميت؛ وفصل المعادن الملحية غير المعدنية مثل الفلوريت والأباتيت والباريت، والمعادن الملحية القابلة للذوبان مثل ملح البوتاس وملح الصخور؛ بالإضافة إلى فصل المعادن غير المعدنية ومعادن السيليكات مثل الفحم والجرافيت والكبريت والماس والكوارتز والميكا والفلسبار والبيريل والسبودومين.

اكتسبت تقنية التعويم خبرة واسعة في مجال معالجة المعادن، مع تطور تكنولوجي مستمر. أما المعادن منخفضة الجودة والمعقدة التركيب، والتي كانت تُعتبر سابقاً عديمة القيمة الصناعية، فيتم الآن إعادة تدويرها (كموارد ثانوية) من خلال التعويم.

مع تزايد ندرة الموارد المعدنية، يتم توزيع المعادن المفيدة بشكل أدق وتختلط في الخامات، مما يجعل الفصل أكثر صعوبة؛ من أجل تقليل تكاليف الإنتاج، فإن الصناعات مثل المواد المعدنية والمواد الكيميائية لديها متطلبات أعلى فيما يتعلق بمعايير الجودة ودقة المواد الخام المعالجة، أي المنتجات المفصولة.

من جهة، من الضروري تحسين الجودة؛ ومن جهة أخرى، فيما يتعلق بمشكلة صعوبة فصل المعادن بسبب صغر حجم جزيئاتها، فقد أظهرت عملية التعويم مزايا متزايدة مقارنةً بالأساليب الأخرى، لتصبح الطريقة الأكثر استخدامًا والأكثر واعدة في معالجة المعادن حاليًا. وقد تطورت طرق التعويم تدريجيًا من استخدامها في البداية للمعادن الكبريتية إلى المعادن الأكسيدية والمعادن غير الفلزية. واليوم، يصل إجمالي كمية المعادن التي تُعالج بالتعويم في جميع أنحاء العالم إلى مليارات الأطنان سنويًا.

في العقود الأخيرة، لم يعد تطبيق تقنية التعويم مقتصراً على مجال هندسة معالجة المعادن، بل امتد ليشمل حماية البيئة، وعلم المعادن، وصناعة الورق، والزراعة، والصناعات الكيميائية، والأغذية، والمواد، والطب، وعلم الأحياء، وغيرها من المجالات.

على سبيل المثال، تعد عمليات التعويم لاستعادة المكونات المفيدة في المنتجات الوسيطة والمواد المتطايرة والخبث في علم المعادن الحرارية؛ واستعادة مخلفات الترشيح الهيدروميتالورجي ومنتجات الترسيب المزاحة؛ والتعويم في الصناعة الكيميائية لإزالة الحبر من الورق المعاد تدويره واستعادة الألياف من سائل نفايات اللب؛ واستخراج النفط الخام الثقيل من رمال خام قاع النهر، وفصل الملوثات الصلبة الصغيرة والغرويات والبكتيريا، وإزالة شوائب المعادن النزرة من مياه الصرف الصحي تطبيقات نموذجية في الهندسة البيئية.

مع تحسين عمليات وأساليب التعويم، وظهور مواد ومعدات تعويم جديدة وفعالة، سيزداد استخدام التعويم في العديد من الصناعات والمجالات. تجدر الإشارة إلى أن استخدام عمليات التعويم يزيد من تكلفة المعالجة (مقارنةً بالفصل المغناطيسي والفصل بالجاذبية)؛ كما أن حجم الجسيمات المطلوب للمعالجة دقيق نسبيًا؛ وتتأثر عملية التعويم بالعديد من العوامل، مما يستلزم متطلبات تقنية عالية؛ فضلًا عن أن مياه الصرف المحتوية على بقايا المواد الكيميائية ضارة بالبيئة.

3. محتوى أبحاث التعويم

تتضمن عملية التعويم استخدام المعادن الصلبة ووسائط الفصل (الماء والغاز). تشمل المحتويات الرئيسية للبحث المبادئ الأساسية للتعويم، وكواشف التعويم، وآلات التعويم، وعمليات التعويم، وما إلى ذلك.

تشمل النظرية الأساسية للتعويم قابلية المعادن للطفو، وخصائص أسطح الفصل، ودراسة خصائص أسطح الطور، والتفاعل بين الأطوار، وآلية تمعدن الفقاعات، وما إلى ذلك؛ وتشمل الأبحاث المتعلقة بكواشف التعويم أنواعها، وبنيتها، وخصائصها، وآليات عملها، وطرق تحضيرها واستخدامها؛ وتشمل الأبحاث المتعلقة بآلات التعويم بنيتها، ومبدأ عملها، ومجالات تطبيقها؛ وتشير الأبحاث المتعلقة بعمليات التعويم إلى بنية العملية، وتأثير عوامل العملية والتحكم فيها، ونظام الكواشف؛ بالإضافة إلى ذلك، هناك أبحاث حول التطبيق العملي لمختلف الخامات.

يشمل النظام النظري لأبحاث التعويم تخصصات مثل علم المعادن العملياتي، والكيمياء العضوية، والكيمياء غير العضوية، والكيمياء الفيزيائية (كيمياء الواجهة، وكيمياء الغرويات)، وميكانيكا الموائع، والهندسة الميكانيكية، والكشف التلقائي، والتحليل التقني والاقتصادي.