معرفی جایگزین طبیعی برای کلکتورهای شیمیایی در صنعت فرآوری مواد معدنی

کلکتورها مواد آلی و اکثراً دارای ملکولی بزرگ است و شامل انواع مختلفی می شود. هر یک دارای خاصیت تشکیل لایه روی سطوح جدید معینی هستند. به این ترتیب هر کلکتور روی کانه خاص با ترکیب شیمیایی و یا شبکه بلوری معینی، تشکیل لایه می دهد. شناورسازی کف یا فلوتاسیون فرایندی برای جداسازی مواد آبگریز از آب دوست است. این فرایند در صنایع فرآوری مواد معدنی، بازیافت کاغذ و صنایع تصفیه فاضلاب استفاده می‌شود. از نظر تاریخی، این فرایند اولین بار در صنعت معدن استفاده شد، جایی که یکی از فناوری‌های قدرتمند قرن بیستم بود.

قراباغی درباره مراحل فلوتاسیون مواد معدنی و اهمیت استفاده از نانوکلکتورهای نوین در افزایش کارآیی و کاهش خطرات محیط زیستی این روش، گفت: فلوتاسیون مهمترین روش فرآوری مواد معدنی است. این روش یک فرآیند جدایش فیزیکی- شیمیایی و تنها روش فرآوری است که هم‌زمان از سه فاز جامد، مایع و گاز بهره می‌برد. سالانه بیش از یک میلیارد تُن مواد معدنی در سراسر دنیا به این روش تغلیظ می‌شود.

دانشیار گروه فرآوری مواد معدنی دانشکده مهندسی معدن دانشگاه تهران درباره نانوکلکتورهای دوستدار محیط زیست گفت: با خُردایش ذرات آبگریز تا ابعاد نانومتر تحت شرایط کنترل‌شده، می‌توان آنها را به عنوان کلکتور (سطح‌ساز) در فلوتاسیون استفاده کرد. بدین ترتیب علاوه بر سورفکتانت‌های شیمیایی مرسوم و بعضی از کلکتورهای گازی، نانوذرات آبگریز به عنوان کلکتور طبیعی و جامد نوآورانه در فرآیند فلوتاسیون در سال‌های آتی کاربرد بسیاری خواهند یافت.

عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی معدن گفت: در این تحقیق به بررسی امکان استفاده از گروه جدیدی از سطح‌سازهای نانومقیاس، با کارآیی بیشتر و اثر مخرب محیط زیستی کمتر پرداخته شده است. پیش از این استفاده از نانوذرات اغلب برای مواد سنتزشده و غیرطبیعی به صورت محدود گزارش شده بود، اما در این پژوهش برای نخستین بار از این گروه جدید نانوسطح‌سازها برای شناورسازی مواد معدنی طبیعی استفاده شده است. با توجه به ارتباط مستقیم بازیابی فلوتاسیون با میزان پوشش سطح کانی باارزش توسط نانوذرات، در این مطالعه تأثیر پارامترهای غلظت نانوذرات، زمان آماده‌سازی، روش‌های آماده‌سازی، زمان فلوتاسیون و اندازه نانوذرات بر میزان پوشش کانی باارزش توسط نانوذرات مورد بررسی قرار گرفت.

وی درباره یافته‌های این پژوهش گفت: نتایج آزمایش‌ها نشان داد که کاهش بازیابی فرآیندهای فرآوری مواد معدنی به دلیل اتلاف ذرات کانی باارزش به‌صورت نَرمه و انتقال به سدهای باطله، از مسائل ریشه‌دار و مهم در این صنعت است. حال آنکه کاربرد نانوکلکتورها، موجب گسترش دامنه ابعادی فلوتاسیون‌های مرسوم به اندازه‌های ریزتر هستند. استفاده از نانوذرات هیدروفوب در حد بهینه، توازن بین حضور نانو ذرات هیدروفوب در محیط فلوتاسیون و پوشش سطحی یکنواخت، کافی و تک‌لایه‌ای نانوذرات بر سطح کانی باارزش، باعث ایجاد شرایط بهینه فرآیند و دستیابی به حداکثر بازیابی کانی باارزش می‌شود.

قراباغی تأثیرگذاری نانوذرات آبگریز طبیعی در محیط فلوتاسیون را اینگونه توضیح داد: حضور نانوذرات آبگریز طبیعی در محیط فلوتاسیون دو نقش اصلی را ایفا می‌کند: نخست اینکه به عنوان واسطه سطح‌ساز (کانی باارزش-نانوذرات هیدروفوب-حباب) موجب می‌شوند کانی باارزش از محیط خارج و به قسمت کنسانتره منتقل می‌شود؛ دیگر اینکه باعث تقویت اتصال ذرات کانی باارزش به حباب، در طول مسیر انتقال ذره به زون کف می‌شوند، به طوری که نانوذرات هیدروفوب در کل پالپ بصورت معلق حضور دارند و پس از شناور شدن کانی باارزش از محیط عمل خارج نمی‌شوند.

این امر باعث پایداری اتصال حباب-ذره در مدت زمان بیشتر شده و نتیجتاً بازیابی کانی باارزش را افزایش می‌دهد. همچنین به دلیل باقی ماندن بخشی از نانوذرات هیدروفوب در محیط، مصرف واقعی آنها در مقیاس صنعتی و پایا کمتر است.

نتایج این تحقیق به تازگی از سوی الزویر در نشریه Journal of Cleaner Production با ضریب تأثیر (IF) ۹.۸ منتشر شده و در این پیوند یافتنی است.