نوشته: حمید خرمی، بهرام رضایی، احمد امینی و فتح‌اله مصوری

كاني شناسي كانسار فلورين پاچي ميانا و همبودهای آن شامل فلورين، باريت، گالن، اسميتزونيت، پيريت، سروزيت، كوارتز، كلسيت، اسپات ايسلند و به مقدار جزيي كاني هاي مس دار مانند كالكوپيريت، كووليت و مالكيت است. فلورين به عنوان مهمترين كانـي غير فلزي، به شكل پراكنـده در متن سنـگ ميزبان ديده مي شود (سازمان زمین شناسی، 1388 و 1384). هـدف از خـردایش مـواد معـدنی آزاد کـردن مـواد باارزش و جـدا کـردن این مــواد از مـواد کم ارزش است خردایـش .(Gaudin, 1939; Weigle & Li, 1967; Veasey & Wills, 1991( ً 30 تا 50 درصد انرژی مصرفی در فعالیت های معدنی را در بـر می گیرد معمول (La Nauze, 2002; Tromans, 2008). دستیابی به یک درجه آزادی خوب در اندازه های درشت از مصرف انرژی خردایش جلوگیری می كند و سبب جدایش کانی ها با هزینه کمتری می شود (اولیازاده، 1372). بنابراین درجه آزادی کانی های باطله در اندازه درشت احتمال حذف کانی باطله را افزایش می دهد و این امر سبب کاهش مقدار خوراک در ورودی مدار و کاهش انرژی مصرفی خردایش می شود. (Vizcarra et al., 2010). آزاد کردن کانی های با ارزش از زمينه سنگ یکی از ضروریترین فرایندهاي خردایش است (Eric Wang, 2012). برای به دست آوردن درجه آزادی فلورین در بخشهای مختلف دانه بندی (تجزیه سرندی) نمونه 20 گرمی گرفته، مقاطع نازک و صیقلی تهیه و با تعیین شمارش فلورین، در بخش های مختلف دانه بندی درجه آزادی تعیین می شود (رضایی،1373). انتخاب روش های فرآوری بستگی به ترکیبات کانی شناسی و بافت ذره در کانسنگ دارد. ترکیبات کانی شناسی، ترکیبی از کانی هایی با ارزش و کم ارزش است و نسبت این مقدار در کانسنگ به بافت، تجمع، رسوب گذاری و شکل کانی در کانسنگ بستگی دارد (Wills, 1992). بازیابی کانی های مورد استفاده در کانه آرایی و عملیات پرعیارسازی بر پايه روش هایی است که ذرات را با توجه به ویژگی های فیزیکی یا شیمیایی آنها جدا می کند (King, 2001). جداسازی کانی ها به آزادسازی آن ها وابسته است. کانی های منحصر به فرد با استفاده از روش هاي فیزیکی یا شیمیایی از یکدیگر جدا می شوند (King, 2001). یکی از مهمترین عامل های تأثیرگذار بر روی عیار و بازیابی درجه آزادی است که اگر ناکافی باشد جدایش مؤثر ذرات محدود می شود روش های از یکی آزادی درجه. (Al-Wakeel et al., 2009; Vizcarra et al., 2010) اولیه در جدایش کانی هاست که برای ارزیابی طراحی فلوشیت یا وضعیت عملیاتی مدار است. تعیین درجه آزادی کانی ها یا جریان خوراک در فرایند جدایش همیشه یکی از اطلاعات ضروری است (Falutsu, 1994). بنابراین درجه آزادی یکی از متغيرهای بسیار مهم است که توانایی انتخابی و دست یافتنی فرایند را تعیین میکند. (Ogunniyi et al., 2009) تجزیه و تحلیل درجه آزادی اطلاعاتی می دهد که با روش های دیگر نمی توان به دست آورد. هزینه و زمان آن ناچیز است و با اصلاح عملکرد کارخانه تأثیر مثبت بسیار زیادی دارد (Lastra, 2007). هدف اصلی این پژوهش مشخص کردن انواع کانی های موجود در کانسنگ و همچنین ويژگي هاي بافت، شکل، اندازه ذرات، درجه آزادی کانی با ارزش و کم ارزش و پراكندگي ذرات است که برای ارزیابی مناسب فرایند و روشهای فرآوری فلورین است.

2- آزمایش ها

1-2. نمونه کانسنگ: نمونه های کانسنگ مورد آزمایش از معدن فلورین پاچی میانا تهیه شد. سپس با استفاده از سنگ شکن فکی تا ابعاد مش 10- (2- میلیمتر) برای مطالعات کانی شناسی، درجه آزادی و فرآوری خردایش انجام شد. مطالعه کانی شناسی و درجه آزادی کانسنگ فلورین پاچی میانا، استان مازندران 156 برای تعیین ترکیبات کانی شناسی در نمونه فلورین تست های مختلف آنالیز شیمیایی، XRD ،XRF و مطالعات میکروسکوپی انجام شد.

2-2. مشخصات نمونه: نتایج تجزيه XRF، مطالعات میکروسکوپی به همراه تجزيه شیمیایی و XRD به ترتیب در جدولهاي 1 و 2 نشان داده شده است که بیانگر فلورین، کلسیت و کوارتز بالست.

3-2. مطالعات عیار و توزیع ابعادی: برای مطالعه و بررسی تغییرات عیار و توزیع فلورین، کلسیت و کوارتز در بخش های مختلف دانه بندی نمونه ای به وزن 2550 گرم مورد تجزیه سرندی قرار گرفت. منحنی های دانه بندی و توزیع در شکل های 1 و 2 نشان داده شده است. بر پايه مطالعات توزیع ابعادی نتایج زیر را به دست آمد:

تقریباً 80 درصد ذرات دارای ابعادی کمتر از 1400 و 50 درصد مواد دارای ابعادی تقریبا کمتر از 650 میکرون هستند. توزیع عیار در فراکسیون 850+1700- میکرون برای فلورین، کوارتز و کلسیت به ترتیب 38.09، 30.72 و 29.99 درصد است که نسبت به ديگر فراکسیون ها بیشترین توزیع را دارد و این مسئله در مطالعات تعیین درجه آزادی می تواند مورد توجه قرار گیرد. ميانگين عیار فلورین 41.06، کوارتز 20.56 و کلسیت 16.47 درصد است.

3- بحث و نتایج

1-3. كاني شناسي فرايند فراكسيون هاي دانه بندي كانسنگ فلورين پاچي‌ميانا

-فراكسيون دانه بندي1700 میکرون: بيش از 95 درصد دانه هاي سازنده اين فراكسيون از دانه هاي غيرفلزي تشكيل شده است كه به ترتیب فراواني شامل كلسيت، فلورين و كوارتز است. شكل 3 نماهايي از توزيع دانه هاي فلورين دار اين فراكسيون را نشان مي دهد. حـدود 37 درصد از دانه هــاي فلورين دار اين فراكسيون آزاد است كه در تصوير با رنگ نارنجـي (شماره1) مشخـص شده است. جنس باطله درگير با فلورين بيشتر كوارتز و يا كوارتز آغشته به اكسيدهاي آب دار آهن (qtz +Fe) است كه با هاشور آبي از دانه هاي كلسيت كه به رنگ سفيد ديده مي شود متمايز شده است. بقيه بخش هاي تيره شامل بيشتر كوارتز و به مقدار كمتر كلسيت آغشته به رنگ دانه هاي اكسيد آهن است كه با نماد (Cc + Fe) متمايز است. در شکل 4 یک قطعه سنگ کوارتز ريزبلورين (میکروکریستالین) با آغشتگی های لیمونیتی و بلورهای درشت گالن با درگیری ناچیز با کوارتز دیده می شود. در شکل 5 دانه های فلورین در متن يك قطعه سنگ آهكي تخريبي داراي بلورهاي ريزبلورين كوارتز ديده می شود.

– فراكسيون دانه بندي 1700-850+ میکرون: بيش از 95 درصد دانه هاي سازنده اين فراكسيون از دانه هاي غير فلزي تشكيل شده است كه به ترتیب فراواني شامل كلسيت، فلورين و كوارتز است. در سطح مقطع صيقلي تهيه شده از اين فراكسيون آثار گالن ساب ميكروسكوپي و در ابعاد كمتر از 10 تا 20 ميكرون است ولي در سطح مقطع نازك دو دانه گالن به نسبت درشت كه با توجه به آثار رخ مثلثي آن ها در نمونه دستي قابل شناسايي است ديده مي شود. فراواني گالن در حدود 1 تا 2 درصد دانه هاست. در شکلهاي 6-الف و ب نماي ماكروسكوپي از سطح مقطع نازك و در شکل هاي 6-پ، ت، ح،ج، د و ذ نمای میکروسکوپی داراي: 1) دانه گوتيت ليمونيت درگير با كوارتز ريزبلورين؛ 2) قطعه سنگ آهك ميكرواسپارايتي؛ 3) بلور درشت گالن؛ 4) بلور آزاد فلورين؛ 5) قطعه سنگ داراي كوارتز ريزبلورين آغشته به ليمونيت؛ 6) قطعه آهكي ميكرواسپارايتي آغشته به مواد آلي ديده مي شود.

– فراكسيون دانهبندي 850-600+ میکرون: بيش از 90 درصد دانه هاي سازنده اين فراكسيون از دانه هاي غير فلزي تشكيل شده است كه به ترتیب فراواني شامل كلسيت، فلورين و كوارتز است. دانه هاي سازنده اين فراكسيون بيشتر آزاد هستند. شکل 8 نماهايي از سطح مقطع نازك تهيه شده از اين فراكسيون را نشان مي دهد.

– فراكسيون دانه بندي 600-300+ میکرون: بيش از 90 درصد دانه هاي سازنده اين فراكسيون از دانه هاي غير فلزي تشكيل شده است كه به ترتیب فراواني شامل كلسيت، فلورين و كوارتز است. دانه هاي سازنده اين فراكسيون بيشتر آزاد هستند. شکل 9 نماهايي از سطح مقطع نازك و صيقلي تهيه شده از اين فراكسيون را نشان مي دهد.

– فراكسيون دانه بندي 300-150+ میکرون: بيش از 90 درصد دانه هاي سازنده اين فراكسيون از دانه هاي غير فلزي تشكيل شده است كه به ترتیب فراواني شامل كلسيت، فلورين و كوارتز است. دانه هاي سازنده اين فراكسيون بيشتر آزاد هستند. شکل 10 نماهايي از سطح مقطع نازك تهيه شده از اين فراكسيون را نشان مي دهد.

– فراكسيون دانه بندي 150-75+ میکرون: بيش از 90 درصد دانه هاي سازنده اين فراكسيون از دانه هاي غير فلزي تشكيل شده است كه به ترتیب فراواني شامل كلسيت، فلورين و كوارتز است. دانه هاي سازنده اين فراكسيون بيشتر آزاد هستند. شکل 11 نماهايي از سطح مقطع نازك تهيه شده از اين فراكسيون را نشان مي دهد. همچنین در این مطالعه بر پايه تركيب كمي-كيفي تقريبي كاني شناسي فراكسيون هاي مختلف دانه بندي بر پايه تجزيه شيميايي و با توجه به فازهاي موجود در سطح مقاطع مورد مطالعه در جدول 3 نشان داده شده است. کوارتز و کلسیت پس از فلورین بیشترین ترکیبات را در این کانسنگ دارد و اسمیتزونیت بیشترین کانی فلزی در مقطع است.

2-3. مطالعه درجه آزادی برای تعیین درجه آزادی و مطالعات کانی شناسی از نمونه معرف در ابعاد 1700+، 1700-850+، 850-600+، 600-300+، 300-150 و 150-755  صیقلی و نازک تهیه شد. سپس مقاطع مورد نظر برای تعیین کانی شناسی و درجه آزادی مورد مطالعه میکروسکوپی قرار گرفتند و از راه شمارش، درصد آزاد شدگی ذرات کانی با ارزش و کم ارزش ثبت شد. با توجه به شکل 12 ديده می شود که با کاهش ابعاد ذرات، درصد آزاد شدگی افزایش و درصد قفل شدگی مواد کاهش می یابد. همچنین در ابعاد 300 تا 600 میکرون، اختلاف درصد آزاد شدگی و اختلاف درصد قفل شدگی هر دوکمتر از 7.5 درصد و در ابعاد 150 تا 300 میکرون، اختلاف درصد آزاد شدگی و اختلاف درصد قفل شدگی هر دو کمتر از 3 درصد است. جدول 4 درجه آزادی فلورين را نشان مي دهد. دانه هاي با عيار بيش از 90 درصد آزاد تلقي مي شوند. درجه آزادي كاني فلورين از 37 درصد در ابعاد 1700میکرون به 89 درصد در ابعاد 75 میکرون، درجه آزادي كاني کلسیت از 17 درصد در ابعاد 1700 میکرون به 85 درصد در ابعاد 75 میکرون و درجه آزادي كاني کوارتز از 14 درصد در ابعاد 1700 میکرون به 83 درصد در ابعاد 75 میکرون افزايش یافت. در شکل 13 نمودار درجه آزادی 3 کانی فلورین، کلسیت و کوارتز نشان داده شده است. بر پايه درجه آزادی 80 درصد، به ترتیب درجه آزادی فلورین 100، کلسیت 100 و کوارتز90 میکرون است. همچنین مقایسه درجه آزادی کانی های مختلف در شکل 14 نشان داده شده است.

4- نتیجه‌گیری

با کاهش دانه بندی، دانه های غیر فلزی سطح از 95 درصد به 90 درصد کاهش می یابند. فازهاي اصلي سازنده اين كانسنگ شامل فلورين، كوارتز، كلسيت، گالن و اكسيدهاي آبدار آهن است.

فاز كربناتي به 2 صورت است: 1) به نسبت خالص شامل قطعات سنگي داراي بلورهاي كلسيت درشت بلور (Sparry Calcite)؛ 2) قطعات سنگي ميكرايتي تا ميكرواسپارايتي كه به علت آغشتگي به مواد آلي كربني و يا گاه اكسيدهاي آهن ليمونيتي قهوه اي به نظر مي رسد.

كوارتز بيشتر به صورت تجمعات ريزبلورين ديده مي شود كه معمولاً دارای آغشتگي هايي به اكسيدهاي آبدار آهن (ليمونيت و گوتيت) است. بلورهاي منفرد و به نسبت درشت كوارتز نيمه شكلدار تا بي شكل نيز در سطح مقاطع به مقدار كم وجود دارد ولي بيشتر تجمعات كوارتز ريزبلورين سازنده اصلي فاز سيليكاتي فراكسيون هاي دانه بندي به شمار مي رود. ابعاد بلورهاي فلورين به نسبت درشت و تقریباً در همه فراكسيون هاي دانه بندي بلورهاي آزاد آن قابل مشاهده است. فاز اصلي كدر در سطح مقاطع صيقلي گالن با فراواني حدود 3 تا 6 درصد ومعمولاً به نسبت درشت است.

 در محدوده ی ابعادی 300 تا600 میکرون و 150تا 300 میکرون خردایش بیشتر تأثیر چندانی روی درصد آزادشدگی ندارد. با کاهش دانه بندی درجه آزادی فلورین از 37 درصد به 89 درصد افزایش می یابد. بر پايه d80 درجه آزادی فلورین، کلسیت و کوارتز به ترتیب برابر 100 ،100 و 90 میکرون است. براي فرآوری فلورین در ابعاد 600-425+ میکرون و ابعاد 150- میکرون به ترتیب روش های ثقلی و فلوتاسیون به عنوان مناسب ترین روش ها پیشنهاد می شود.

شکل 1- دانه بندی محصول خروجی از سنگ شکن فکی

شکل 2- توزیع فلورین، کوارتز و کلسیت

شکل 3- توزيع دانه هاي فلورين دار (شماره 1 به رنگ نارنجی)، كوارتز (شماره 2 به رنگ آبی
هاشور خورده)، كلسيت (شماره 3 به رنگ سفید)، کوارتز درگیر با فلورین (شماره 4)، فلورین
درگیر با کوارتز (شماره 5)، فلورین درگیر با کوارتز و کوارتز درگیر با اکسیدهای آهن
(شماره 6 و 9)، کوارتز درگیر با اکسید آهن (شماره 7)، کلسیت درگیر با اکسید آهن
(شماره 8) و گالن (شماره 10) وكاني هاي كدر در سطح مقطع نازک

شکل 4- الف) نماي ماكروسكوپي از سطح مقطع نازك؛ ب) در نور پلاریزه؛ ج) در
نور عادی، دارای بلور درشت گالن با درگیری ناچیز با کوارتز ریزبلورین؛ د) در نور
پلاریزه؛ ذ) در نور عبوری دارای كوارتز ریزبلورین دارای آغشتگي هاي لیمونیتی

شکل 5- الف) دانه فلورين (1) و کوارتز ریزبلورین (2) در نور پلاریزه؛ ب) دانه فلورین(1)
در نور عبوری در متن یک قطعه سنگ آهكي تخريبي دارای بلورهاي ریزبلورین کوارتز

شکل 6- الف و ب) نماي ماكروسكوپي و میکروسکوپی از سطح مقطع نازك؛ پ) در نور
پلاریزه؛ ت) در نور عادی؛ ح) در نور پلاریزه؛ ج) در نور عادی؛ د) در نور پلاریزه؛ ذ) در نور
عادی

شکل 7- نماي میکروسکوپی از فراكسيون دانه بندي 850 میکرون؛ الف) در نور پلاریزه؛
70 % و درگير با كوارتز رزبلورین در نور – ب) در نور عادی حاوی: فلورين (1) باعيار 90
50 % و درگير – پلاریزه؛ ج) در نور پلاریزه؛ د) در نور عادی حاوی: فلورين (1) باعيار (70 دوسویه با گالن)

شکل 8- الف) در نور پلاریزه؛ ب) در نور عادی شامل: كوارتز موجي (1) واجد تيغه هاي تغییر
شکل (Deformation Lamella)، بلورهای فلورین آزاد (5)، قطعات آهکی به رنگ تیره(2) که یکی از آن ها  درگیر کوارتز میکروکریستالین است، قطعات آهکی تیره(3)، قطعات آهکی(4) درگیر کوارتز درگیر و قطعه فلورین درگیر با کلسیت  و کوارتز(5) در فراکسیون دانه بندی 600 میکرون

شکل 9- الف) در نور پلاریزه؛ ب) در نور عادی حاوی: فلورين با عيار 50-30 درصد درگیر با کوارتز و کلسیت (1)، بخشی از دو دانه فلورین آزاد (2)، یک فلورین درگیر با سنگ آهک (3)  و بخشی از یک دانه کلسیت درشت بلور آزاد (4) در فراکسیون دانه بندی 300میکرون

شکل 10 – الف) در نور پلاریزه؛ ب) در نور عادی، حاوی: فلورين عمدتاً آزاد (1) و كلسيت
و كوارتز دارای ناخالصي (2)؛ دواير، حباب هاي هوای به تله افتاده در زير لامل مقطع است.
سطح مقطع نازك تهيه شده از فراكسيون دانه بندي نمونه 150 میکرون

شکل 11 – الف) در نور پلاریزه؛ ب) در نور عادی، حاوی: فلورين عمدتاً آزاد با رخهاي
مشخص (1)، كوارتز دارای ناخالصي كمي تيره (2و 3) و كلسيت دارای ناخالصی

شکل 12 – درصد آزادشدگی و قفل شدگی بر حسب ابعاد

شکل 13 – درصد درجه آزادی بر حسب ابعاد

شکل 14 – مقایسه میان درجه آزادی کانی ها

جدول 1- نتایج تجزیه XRF نمونه فلورین پاچی میانا

جدول 2- نتایج مطالعات میکروسکوپی و تجزیه شیمیایی و XRD نمونه فلورین پاچی میانا

جدول 3- ترکیب کمی و کیفی کانی شناسی فراکسیون های مختلف دانه بندی بر پایه تجزیه شیمیایی و مطالعات میکروسکوپی

جدول 4- درجه آزادی فلورین، کوارتز و کلسیت