روش‌های فرآوری منگنز: جداسازی گرانشی در مقابل جداسازی مغناطیسی

آیا تا به حال فکر کرده‌اید که چگونه می‌توان در صنعت فولاد جهانی پررونق امروزی و نوآوری مداوم ، به یک منبع پایدار سنگ منگنز با عیار بالا دست یافت؟ منگنز همانند آهک هیدارته یا آهک میکرونیزه یک عنصر ضروری در بسیاری از صنایع کلیدی مانند تولید فولاد، تولید باتری و صنایع شیمیایی است و کیفیت سنگ معدن آن به طور مستقیم بر عملکرد و کیفیت محصولات پایین‌دستی تأثیر می‌گذارد. با این حال، سنگ‌های منگنز استخراج شده در طبیعت اغلب با ناخالصی‌های زیادی مانند گانگ مخلوط می‌شوند که نمی‌توانند مستقیماً استانداردهای بالای تولید صنعتی را برآورده کنند و همین امر، فرآوری سنگ معدن منگنز را بسیار مهم می‌کند. اما استخراج کارآمد آنها بسیاری از معدنچیان را به چالش می‌کشد. انتخاب روش اشتباه منجر به نرخ بازیابی پایین، اتلاف انرژی و هزینه‌های بالاتر می‌شود.

فرآوری منگنز: جداسازی ثقلی برای ذرات درشت منگنز با اختلاف چگالی مشخص از مواد زائد بهترین عملکرد را دارد. جداسازی مغناطیسی ذرات ریز با خواص مغناطیسی را هدف قرار می‌دهد. انتخاب بهینه به نوع سنگ معدن، اندازه ذرات و بودجه فرآوری بستگی دارد.

فرآوری منگنز چیست؟

فرآوری سنگ معدن منگنز مانند سنگ معدن آهک و آهک کلسینه به فرآیند استفاده از روش‌های فیزیکی، شیمیایی و سایر روش‌ها برای جداسازی کانی‌های منگنز از گانگ و سایر ناخالصی‌های موجود در سنگ معدن منگنز به منظور افزایش محتوای منگنز و خلوص آن در سنگ معدن منگنز اشاره دارد. این فرآیند عمدتاً شامل جداسازی ثقلی و جداسازی مغناطیسی است.

ویژگی‌های سنگ معدن مؤثر بر غنی‌سازی

• اندازه ذرات: در طول فرآیند جداسازی ثقلی، سنگ معدن درشت دانه به دلیل سرعت رسوب سریع خود، می‌تواند از نیروی جاذبه برای جداسازی از ناخالصی‌ها بهتر استفاده کند؛ در حالی که سنگ معدن ریز دانه مستعد جداسازی ناقص در طول جداسازی ثقلی است و ممکن است برای روش‌هایی مانند جداسازی مغناطیسی که به اندازه ذرات چندان اهمیت نمی‌دهند، مناسب‌تر باشد.
• چگالی: هرچه اختلاف چگالی بین سنگ معدن منگنز و گانگ بیشتر باشد، اثر جداسازی ثقلی بهتر است. از نظر مغناطیس، اگر سنگ معدن منگنز موجود در سنگ معدن منگنز دارای مغناطیس قوی باشد، جداسازی مغناطیسی می‌تواند به طور مؤثر آن را از ناخالصی‌های غیر مغناطیسی جدا کند.
• ترکیب مواد معدنی: اجزای معدنی مختلف خواص شیمیایی متفاوتی دارند. برخی ممکن است نیاز به فرآوری با روش‌های خاص فرآوری شیمیایی داشته باشند، در حالی که برخی دیگر را می‌توان با روش ساده ثقلی یا جداسازی مغناطیسی از هم جدا کرد.

روش جداسازی گرانشی سنگ معدن منگنز

۱. اصل جداسازی گرانشی

اصل اساسی جداسازی ثقلی ، استفاده از اختلاف چگالی قابل توجه بین سنگ معدن منگنز و کانی‌ها برای دستیابی به جداسازی است. در طول فرآیند جداسازی ثقلی، سنگ معدن منگنز در یک محیط خاص (معمولاً آب) قرار می‌گیرد. با توجه به چگالی‌های مختلف کانی‌های مختلف، سرعت رسوب آنها در محیط نیز متفاوت خواهد بود. سنگ معدن منگنز با چگالی بالاتر سریع‌تر ته‌نشین می‌شود، در حالی که کانی‌های گانگ با چگالی کمتر نسبتاً آهسته ته‌نشین می‌شوند. با کنترل سرعت و جهت جریان آب و وضعیت حرکت محیط، سنگ معدن منگنز و کانی‌های گانگ می‌توانند به ترتیب در مناطق مختلف غنی شوند و در نتیجه به هدف جداسازی دست یابند.

۲. تجهیزات جداسازی گرانشی

• وقتی دستگاه کار می‌کند، سرعت و جهت جریان آب به صورت دوره‌ای تغییر می‌کند تا ذرات سنگ معدن بر اساس چگالی در جریان متناوب عمودی آب، لایه‌بندی شوند. سنگ معدن منگنز با چگالی بالا به لایه پایینی فرو می‌رود، در حالی که گانگ با چگالی کم در لایه بالایی باقی می‌ماند و سپس برای جداسازی جداگانه تخلیه می‌شود. این دستگاه برای فرآوری سنگ معدن منگنز درشت و متوسط ​​مناسب است.
• میز لرزان از حرکت رفت و برگشتی نامتقارن سطح بستر و تأثیر جریان جانبی آب برای ایجاد شکل بادبزنی ذرات سنگ معدن روی سطح بستر استفاده می‌کند و آنها را بر اساس تفاوت چگالی و اندازه ذرات از هم جدا می‌کند. این میز اغلب برای انتخاب سنگ معدن منگنز ریزدانه استفاده می‌شود.

۳. مزایای جداسازی ثقلی:

• این دستگاه راندمان جداسازی بالایی دارد و می‌تواند به سرعت و به طور مؤثر سنگ معدن منگنز را جدا کند تا کنسانتره منگنز با عیار بالا به دست آید.
• این عملیات نسبتاً ساده است و نیازی به جریان فرآیند پیچیده و تکنسین‌های حرفه‌ای ندارد.

۴. محدودیت‌های جداسازی ثقلی

برای سنگ معدن‌های ریزدانه یا سنگ معدن‌هایی با اختلاف چگالی کم، اثر جداسازی گرانشی اغلب ضعیف است.

برای سنگ‌های معدنی پیچیده، نرخ بازیابی جداسازی ثقلی محدود است. سنگ‌های معدنی پیچیده ممکن است حاوی انواع مختلفی از مواد معدنی باشند و روابط درونی آنها پیچیده است. بازیابی مؤثر تمام مواد معدنی منگنز با جداسازی ثقلی دشوار است، که این امر باعث اتلاف منابع شده و بر مزایای اقتصادی فرآوری مواد معدنی تأثیر می‌گذارد.

روش جداسازی مغناطیسی سنگ معدن منگنز

۱. اصل جداسازی مغناطیسی

اصل اساسی جداسازی مغناطیسی، جداسازی سنگ معدن منگنز از باطله غیر مغناطیسی بر اساس خواص مغناطیسی سنگ معدن منگنز است. در طول فرآیند جداسازی مغناطیسی، سنگ معدن منگنز در یک محیط میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد. از آنجا که سنگ معدن منگنز مغناطیسی است، تحت تأثیر نیروی مغناطیسی جذب شده و از مسیر حرکت اصلی خود منحرف می‌شود. باطله غیر مغناطیسی تحت تأثیر نیروی میدان مغناطیسی قرار نمی‌گیرد و به حرکت خود در جهت اصلی ادامه می‌دهد. به این ترتیب، با تنظیم منطقی قدرت، جهت و ساختار میدان مغناطیسی، سنگ معدن منگنز مغناطیسی و باطله غیر مغناطیسی را می‌توان به ترتیب در مناطق مختلف جمع‌آوری کرد تا به هدف جداسازی دست یافت.

۲. انواع تجهیزات جداسازی مغناطیسی

• شدت میدان مغناطیسی تولید شده توسط جداکننده مغناطیسی با شدت کم نسبتاً کم است و عموماً برای جداسازی سنگ معدن منگنز با مغناطیسی قوی، مانند برخی از سنگ معدن منگنز حاوی کانی‌های مغناطیسی قوی مانند مگنتیت، مناسب است.
• جداکننده‌های مغناطیسی با شدت بالا می‌توانند شدت میدان مغناطیسی بالاتری تولید کنند که برای جداسازی سنگ معدن منگنز با مغناطیسی ضعیف مانند رودوکروزیت مناسب است.

تجهیزات جداسازی مغناطیسی سنگ معدن منگنز شامل جداکننده‌های مغناطیسی درام، جداکننده‌های مغناطیسی سه دیسکی یا جداکننده‌های مغناطیسی با شدت بالا هستند . انواع مختلف تجهیزات جداسازی مغناطیسی مزایای مربوط به خود را در فرآوری سنگ معدن منگنز با خواص مغناطیسی مختلف با توجه به ویژگی‌های قدرت میدان مغناطیسی آنها ایفا می‌کنند.

۳. مزایای جداسازی مغناطیسی

• این دستگاه گزینش‌پذیری بالایی برای سنگ معدن منگنز مغناطیسی دارد . می‌تواند سنگ معدن منگنز مغناطیسی را با دقت شناسایی و جداسازی کند، در حالی که ناخالصی‌های غیر مغناطیسی مانند گانگ را حذف می‌کند و خلوص کنسانتره منگنز را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد.
• این روش می‌تواند به طور مؤثر سنگ معدن ریزدانه را فرآوری کند. برای سنگ معدن منگنز ریزدانه، دستیابی به جداسازی کارآمد با سایر روش‌های فرآوری ممکن است دشوار باشد، اما جداسازی مغناطیسی خیلی محدود به اندازه ذرات نیست و می‌تواند از خواص مغناطیسی برای جداسازی سنگ معدن منگنز ریزدانه استفاده کند.
• کنسانتره پرعیار را می‌توان با جداسازی مغناطیسی به دست آورد. به دلیل گزینش‌پذیری بالا و ظرفیت فرآوری مؤثر برای سنگ معدن ریزدانه، سنگ معدن منگنز را می‌توان تا حد امکان غنی‌سازی کرد و از این طریق کنسانتره منگنز پرعیار برای تأمین تقاضا برای سنگ معدن منگنز با کیفیت بالا در تولید صنعتی به دست آورد.

۴. محدودیت‌های جداسازی مغناطیسی

مصرف بالای انرژی، به ویژه برای جداکننده‌های مغناطیسی با شدت بالا، یک مشکل برجسته‌تر است. کارکرد طولانی مدت با مصرف بالای انرژی نیز برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای مفید نیست.

 این روش کاربرد محدودی برای سنگ معدن منگنز غیر مغناطیسی یا با مغناطیسی ضعیف دارد. جداسازی مغناطیسی نمی‌تواند برای سنگ معدن منگنز تقریباً غیر مغناطیسی کار کند.

جداسازی گرانشی بر اساس اختلاف چگالی بین سنگ معدن منگنز و گانگ انجام می‌شود. این روش ساده، کم‌هزینه و سازگار با محیط زیست است . این روش برای سنگ معدن‌های درشت‌دانه با اختلاف چگالی آشکار، راندمان جداسازی بالایی دارد، اما برای سنگ معدن‌های ریزدانه با اختلاف چگالی کم مؤثر نیست و میزان بازیابی سنگ معدن‌های پیچیده محدود است. جداسازی مغناطیسی از خواص مغناطیسی سنگ معدن منگنز استفاده می‌کند و برای سنگ معدن منگنز مغناطیسی گزینش‌پذیری بالایی دارد . این روش می‌تواند سنگ معدن‌های ریزدانه را به طور مؤثر فرآوری کند و کنسانتره‌های با عیار بالا به دست آورد. با این حال، مصرف انرژی بالایی دارد و کاربرد آن برای سنگ معدن‌های غیرمغناطیسی یا با مغناطیسی ضعیف محدود است. 

منگنز در کجا استفاده می‌شود؟

کاربرد اصلی منگنز (تا ۹۰٪) در صنعت متالورژی و عمدتاً در تولید فولادهای آلیاژی است. در اینجا، این فلز به عنوان یک جزء آلیاژی استفاده می‌شود. 

۱٪ منگنز، فولاد را به فولاد ضد زنگ تبدیل می‌کند. فولاد منگنزی، حاوی تا ۱۵٪ منگنز، سختی، استحکام و مقاومت در برابر سایش بالایی دارد. منگنز جوش‌پذیری فولاد را بهبود می‌بخشد زیرا نقطه ذوب اکسیدها را کاهش می‌دهد و فرآیند جوشکاری را آسان‌تر می‌کند. افزودن منگنز به فولاد، تغییر شکل‌پذیری آن را بهبود می‌بخشد و اشکال و قطعات پیچیده‌ای را بدون ترک خوردن یا شکستن مواد تولید می‌کند.

افزودن منگنز به چدن هنگام تبدیل آن به فولاد، به حذف گوگرد از چدن کمک می‌کند که سپس به سرباره منتقل می‌شود.

آلیاژ مس/نیکل حاوی ۱۳٪ منگنز، مقاومت الکتریکی بالایی دارد و نسبت به نوسانات دما «بی‌تفاوت» است.

آلیاژهای منگنز با کربن و سیلیکون تقاضای زیادی دارند. بر اساس آنها، کالاهایی برای بخش‌های مختلف اقتصاد ایجاد می‌شود - از زره‌پوش، ماشین‌های حفاری و خردکن گرفته تا تجهیزات صنایع غذایی.

منگنز یکی از اجزای تشکیل دهنده تعدادی از آلیاژهای پایه منیزیم است و مقاومت آنها را در برابر خوردگی افزایش می‌دهد.

دی اکسید فلز، آمونیاک را اکسید می‌کند و در واکنش‌های تجزیه نمک‌های آلی و معدنی شرکت می‌کند. در این مورد، دی اکسید منگنز به عنوان کاتالیزور عمل می‌کند. MnO2 همچنین یک رنگ‌دهنده سیاه و قهوه‌ای تیره برای لعاب‌ها و لعاب‌ها در صنعت سرامیک است.

برخی از ترکیبات فلزی در سنتز آلی ظریف و سنتز آلی صنعتی استفاده می‌شوند.

آرسنید منگنز اثر مگنتوکالریک عظیمی دارد که اگر در معرض فشار بالا قرار گیرد، به طور قابل توجهی قوی‌تر می‌شود. تلورید منگنز یک ماده ترموالکتریک امیدوارکننده است.

اهمیت منگنز

خواص فیزیکی و شیمیایی منگنز، خواصی هستند که در عمل، ما با خود فلز سروکار نداریم. با این حال، با وجود ترکیبات و آلیاژهای متعدد آن، مزایا و معایب آن باید از این دیدگاه مورد بررسی قرار گیرد. 

مزایای منگنز

• منگنز تقریباً با تمام فلزات آلیاژهای مختلفی تشکیل می‌دهد که قطعاً یک مزیت محسوب می‌شود.
• آهن و منگنز کاملاً در یکدیگر محلول هستند، یعنی با هر نسبتی از عناصر، محلول‌های جامد تشکیل می‌دهند و از نظر خواص همگن هستند. در این حالت، آلیاژ نقطه جوش بسیار پایین‌تری نسبت به منگنز خواهد داشت.
• آلیاژهای منگنز با کربن و سیلیسیم از اهمیت کاربردی بالایی برخوردارند. هر دوی این آلیاژها به طور گسترده در صنعت فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• ترکیبات متعدد و متنوعی از منگنز در صنایع شیمیایی، نساجی، شیشه، تولید کود و غیره استفاده می‌شوند. فعالیت شیمیایی منگنز اساس این تنوع است.

معایب منگنز 

معایب این فلز با ویژگی‌های ساختاری عجیب و غریب آن مرتبط است که مانع از استفاده آن به عنوان یک ماده سازه‌ای مهندسی می‌شود.

• اصلی ترین آن شکنندگی به دلیل سختی بالا است.
• نقاط ذوب و جوش نسبتاً بالایی (+1244 ^{درجه سانتیگراد) و (+2095 درجه} سانتیگراد) دارد. کار با فلز با چنین شاخص‌های بالایی دشوار است.
• رسانایی الکتریکی منگنز بسیار کم است، بنابراین استفاده از آن در مهندسی برق نیز محدود است.

پاکسازی محلول‌های سولفات از فلزات قلیایی و قلیایی خاکی

وقتی سنگ معدن کربنات منگنز با اسید سولفوریک لیچ می‌شود، کربنات‌های کلسیم و منیزیم به محلول منتقل می‌شوند. تخمین زده می‌شود که در یک چرخه لیچینگ، غلظت کل CaSO4 و MgSO4 می‌تواند تا 110 گرم در لیتر باشد. در همین حال، استانداردهای عملی برای غلظت سولفات‌های کلسیم و منیزیم باید حداکثر 4 گرم در لیتر باشد. تجاوز از حد معمول منجر به "رسوب‌گیری" سریع خطوط لوله، دیافراگم‌ها و مبدل‌های حرارتی - از لیچینگ تا الکترولیز - می‌شود. 

در عین حال، غلظت قابل قبول سولفات‌های فلزات قلیایی (Na + K) در محلول تغذیه نباید از ۱۰۰ گرم در لیتر تجاوز کند، زیرا افزایش بیش از ۱۰۰ گرم در لیتر این فلزات منجر به «نمک‌سوزی» الکترولیت و کاهش رسانایی الکتریکی آن می‌شود.