Διαχωρισμός πολύ λεπτομερών τεμαχιδίων στείρου από μαγνησίτη με συνδυασμό εκλεκτικής συσσωμάτωσης και μαγνητικού διαχωρισμού
Authors: Μπιμπίλας Γεώργιος-Μιχαήλ 
Published: November 2021

Το αντικείμενο της παρούσας ερευνητικής εργασίας είναι η διερεύνηση της δυνατότητας διαχωρισμού πολύ λεπτομερών τεμαχιδίων στείρου από μαγνησίτη.Στις δοκιμές χρησιμοποιήθηκε υλικό που προερχόταν από απόρριμμα εμπλουτισμού μαγνησίτη της περιοχής του Μαντουδίου Ευβοίας, με σκοπό την παραγωγή εμπορεύσιμου προϊόντος. Η ορυκτολογική ανάλυση με περίθλαση ακτίνων-Χ- (XRD), έδειξε ότι τα κύρια ορυκτολογικά συστατικά του προς διερεύνηση υλικoύ είναι μαγνησίτης (MgCO3), σερπεντίνης με τη μορφή χρυσοτίλη [Mg3Si2O5(OH)4], ολιβίνης με τη μορφή φορστερίτη (Mg2SiO4) και ιλμενίτης (FeTiO3) ενώ σε μικρή ποσότητα συναντάται τάλκης [Mg3Si4O10(OH)2], δολομίτης [CaMg(CO3)2)], σεπιόλιθος [Mg4Si6O15(OH)2·6H2O], καθώς επίσης και μικρή ποσότητα ασβεστίτη (CaCO3) και χαλαζία (SiO2).Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε περιελάμβανε τα εξής δύο στάδια: α) εκλεκτική συσσωμάτωση των στείρων ορυκτών, κάποια από τα οποία έχουν μαγνητικές ιδιότητες, και β) διαχωρισμό των συσσωματωμάτων από αυτά που δεν έχουν συσσωματωθεί, με καθίζηση ή μαγνητικό διαχωρισμό. Κατ’ αρχήν, έγιναν προκαταρκτικές δοκιμές σε καθαρά ορυκτά, στη συνέχεια σε τεχνητά μίγματα, και τέλος στο απόρριμμα του εμπλουτισμού.Σε όλες τις δοκιμές, χρησιμοποιήθηκε φυσικό μετάλλευμα μαγνησίτη. Ακόμα και στις προκαταρκτικές δοκιμές που χρησιμοποιήθηκαν μεμονωμένα ορυκτά ή τεχνητά μίγματα, αυτά προερχόντουσαν από το φυσικό μετάλλευμα και είχαν διαχωριστεί οπτικά με χειροδιαλογή.Αρχικά πραγματοποιήθηκαν δοκιμές συσσωμάτωσης με ελαϊκό νάτριο σε πολύ λεπτομερή καθαρό μαγνησίτη και στείρο, το οποίο περιείχε χρυσοτίλη, ιλμενίτη και φορστερίτη. Τα αντιδραστήρια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: το ελαϊκό νάτριο (C17H33COONa), ως ανιονικός συλλέκτης, ενώ για τη ρύθμιση του pH χρησιμοποιήθηκαν, κατά περίπτωση, αραιά διαλύματα NaOH και HCl. Στις δοκιμές που έγιναν, οι παράγοντες που εξετάστηκαν ήταν το pH, η ποσότητα του ελαϊκού νατρίου, ο χρόνος προοδοποίησης και ο χρόνος καθίζησης. Για κάθε σειρά δοκιμών μεταβαλλόταν ένας μόνο παράγοντας ενώ οι υπόλοιποι παρέμεναν σταθεροί.Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι τόσο ο μαγνησίτης όσο και τα ορυκτά του στείρου, παρουσιάζουν την ίδια συμπεριφορά σε σχέση με το ελαϊκό νάτριο στην περιοχή pH=7-12. Το ελαϊκό νάτριο προσροφείται στην επιφάνεια και των δυο παραπάνω συστατικών περίπου στον ίδιο βαθμό. Αυτό έχει ως συνέπεια να συσσωματώνονται στον ίδιο περίπου βαθμό και τα δυο συστατικά (μαγνησίτης, στείρο) και να μην υπάρχει δυνατότητα εκλεκτικού διαχωρισμού με συσσωμάτωση ή σε συνδυασμό με άλλη μέθοδο. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές συσσωμάτωσης με αμίνη. Οι δοκιμές έγιναν πρώτα σε καθαρά ορυκτά, στη συνέχεια σε μείγματα ορυκτών σε συγκεκριμένες αναλογίες, και τέλος σε απόρριμμα εργοστασίου εμπλουτισμού.Τα αντιδραστήρια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: δωδεκυλαμίνη (C12H25NH2), η οποία είναι πρωτοταγής αµίνη µε ευθεία υδρογονανθρακική αλυσίδα, και κηροζίνη, ενώ για τη ρύθμιση του pH χρησιμοποιήθηκαν, κατά περίπτωση, αραιά διαλύματα NaOH και HCl. Στις δοκιμές που έγιναν σε καθαρό μαγνησίτη και στείρο, οι παράγοντες που εξετάστηκαν ήταν το pH και η ποσότητα της δωδεκυλαμίνης. Ο χρόνος προοδοποίησης και ο χρόνος καθίζησης διατηρήθηκαν σταθεροί σε όλες τις δοκιμές και ίσοι με 180 sec και 60 sec αντίστοιχα. Για κάθε σειρά δοκιμών μεταβαλλόταν ένας μόνο παράγοντας ενώ οι υπόλοιποι παρέμεναν σταθεροί.Τα αποτελέσματα των δοκιμών στα καθαρά ορυκτά έδειξαν ότι η δωδεκυλαμίνη επιδρά σε σημαντικό βαθμό στα στείρα που αποτελούνται από φορστερίτη, χρυσοτίλη, ιλμενίτη ή/και τάλκη ενώ έχει μηδενική ή πολύ μικρή επίδραση στον καθαρό μαγνησίτη, ανάλογα με το pH. Τέλος, έχει ενδιάμεση επίδραση σε στείρο που αποτελείται από μαγνησίτη, δολομίτη και χρυσοτίλη. Με βάση αυτά τα αποτελέσματα, φαίνεται δυνατός ο διαχωρισμός του μαγνησίτη από στείρο που αποτελείται από φορστερίτη, χρυσοτίλη, ιλμενίτη ή/και τάλκη.Η δωδεκυλαμίνη επιδρά σε σημαντικό βαθμό στα στείρα που αποτελούνται από φορστερίτη, χρυσοτίλη, ιλμενίτη ή/και τάλκη ενώ έχει μηδενική ή μικρή επίδραση στον καθαρό μαγνησίτη για ποσότητες μεταξύ 500 και 3000 g/t. Για τις παραπάνω ποσότητες, έχει ενδιάμεση επίδραση σε στείρο που αποτελείται από μαγνησίτη, δολομίτη και χρυσοτίλη. Με βάση τα παραπάνω αποτελέσματα, φαίνεται ότι η αυξημένη ποσότητα της δωδεκυλαμίνης επιδρά θετικά στον διαχωρισμό, καθώς διευρύνεται η διαφορά μεταξύ βάρους στείρου και βάρους μαγνησίτη που καθιζάνουν ως συσσωματώματα.Ο συνδυασμός δωδεκυλαμίνης και κηροζίνης φαίνεται να έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του βάρους του υλικού που καθιζάνει. Η κηροζίνη παρουσιάζει μεγαλύτερη επίδραση στα στείρα σε σχέση με τον μαγνησίτη. Μικροσκοπικές παρατηρήσεις των συσσωματωμάτων με και χωρίς κηροζίνη, έδειξαν ότι η δομή των συσσωματωμάτων των στείρων, επηρεάζεται σημαντικά από την προσθήκη κηροζίνης, δεδομένου ότι αυτά είναι μεγαλύτερα και συγκρατούνται πολύ πιο ισχυρά σε σχέση με τα συσσωματώματα που σχηματίζονται μόνο με δωδεκυλαμίνη. Αντίθετα, για τον μαγνησίτη δεν παρατηρείται σημαντική διαφορά με ή χωρίς κηροζίνη. Τα αποτελέσματα των δοκιμών σε μείγματα ορυκτών έδειξαν ότι παρατηρείται μια τάση διαχωρισμού των υλικών (μαγνησίτης, στείρο) σε όλη την περιοχή pH μεταξύ 7 και 11, με τον μαγνησίτη να συγκεντρώνεται κατά κύριο λόγο στο αιώρημα και το στείρο στο συσσωματωμένο υλικό, όπως προκύπτει από τις περιεκτικότητες των προϊόντων. Στην περιοχή pH μεταξύ 7 και 9, παρατηρείται σημαντική αύξηση της περιεκτικότητας σε MgCO3 κατά 10 με 15 μονάδες (μέγιστη στο pH =7), όμως η ανάκτηση του μαγνησίτη στο αιώρημα, γενικά, κυμαίνεται σε χαμηλές τιμές (μικρότερες από 30%), με εξαίρεση την ανάκτηση σε τιμή pH=7, που είναι περίπου 56%.Tα αποτελέσματα των δοκιμών στο απόρριμμα του εργοστασίου εμπλουτισμού δεν ήταν σε πλήρη συμφωνία με τα αποτελέσματα σε συνθετικά μίγματα. Στις δοκιμές με το απόρριμμα, παρατηρήθηκε αύξηση στην περιεκτικότητα του αιωρήματος σε MgCO3 μόνο για pH=9, αλλά με μικρή ανάκτηση μαγνησίτη. Για τιμές pH 7 και 8, δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφοροποίηση της περιεκτικότητας σε MgCO3 στο αιώρημα ή στο συσσωματωμένο προϊόν. Αντίθετα, σε pH = 11, η περιεκτικότητα του αιωρούμενου υλικού σε MgCO3 ήταν αρκετά μικρότερη από αυτή του συσσωματωμένου, γεγονός που υποδηλώνει ότι η δωδεκυλαμίνη επιδρά και στον μαγνησίτη, με αποτέλεσμα τη συσσωμάτωση και την καθίζησή του. Το γενικό συμπέρασμα από τις παραπάνω δοκιμές είναι ότι τα παραπάνω συστατικά δεν μπορούν να διαχωριστούν με εκλεκτική συσσωμάτωση και καθίζηση με δωδεκυλαμίνη, είτε λόγω ταυτόχρονης συσσωμάτωσης, σε μικρότερο ή μεγαλύτερο βαθμό ανάλογα με την τιμή του pH, και των δυο υλικών (μαγνησίτης, μίγμα στείρων) είτε λόγω παγίδευσης του ενός υλικού στα συσσωματώματα του άλλου. Με βάση τα αποτελέσματα των παραπάνω δοκιμών και λαμβάνοντας υπ’ όψη ότι ορισμένα από τα στείρα ορυκτά έχουν μαγνητικές ιδιότητες, έγιναν προσπάθειες να διαχωριστεί ο μαγνησίτης από τα στείρα ορυκτά με συνδυασμό εκλεκτικής συσσωμάτωσης και μαγνητικού διαχωρισμού. Σκοπός των δοκιμών ήταν να επιτευχθεί εγκλεισμός των μη μαγνητικών στείρων στα μαγνητικά συσσωματώματα και να ακολουθήσει η απομάκρυνσή τους με μαγνητικό διαχωρισμό.Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές σε καθαρά στείρα ορυκτά καθώς και στο απόρριμμα του εργοστασίου εμπλουτισμού (με και χωρίς την παρουσία δωδεκυλαμίνης). Από τις δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν στα στείρα ορυκτά, παρατηρήθηκε ότι κάποια από τα ορυκτά περιέχουν μαγνησίτη σε μικρή ποσότητα (7-14%). Στα στείρα που περιέχουν μαγνησίτη δεν παρατηρήθηκε διαφοροποίηση στην περιεκτικότητα των προϊόντων, πιθανόν λόγω εγκλωβισμού, ταυτόχρονης συσσωμάτωσης του μαγνησίτη ή μη πλήρους αποδέσμευσής του από το στείρο. Αντίθετα, στο στείρο με κύριο συστατικό τον μαγνησίτη σχεδόν όλο το βάρος του συγκεντρώθηκε στο μη μαγνητικό προϊόν.Οι δοκιμές σε απόρριμμα του εργοστασίου εμπλουτισμού έδειξαν ότι χωρίς συλλέκτη ο μαγνητικός διαχωρισμός επιφέρει μια μικρή αύξηση της περιεκτικότητας σε MgCO3 (περίπου 2-5 μονάδες), ενώ η προσθήκη δωδεκυλαμίνης βελτιώνει σημαντικά την περιεκτικότητα του μη μαγνητικού προϊόντος (κατά 10-13 μονάδες) στην βασική τιμή του pH. Επίσης, τα προϊόντα που παράγονται είναι εμπορεύσιμα καθώς έχουν περιεκτικότητα σε MgCO3 από 84% έως 91% για ποσότητες δωδεκυλαμίνης από 2 kg/t έως 5 kg/t μεταλλεύματος. Η πρωτοτυπία της παρούσας εργασίας σε σχέση με τις μέχρι τώρα έγκειται στην ταυτόχρονη, εκλεκτική και καθολική συσσωμάτωση των στείρων ορυκτών του μαγνησίτη, ορισμένα από τα οποία έχουν μαγνητικές ιδιότητες. Αυτό το γεγονός επιτρέπει τον επακόλουθο διαχωρισμό των μαγνητικών συσσωματωμάτων των στείρων από τον λεπτομερή (μη μαγνητικό) μαγνησίτη με εφαρμογή μαγνητικού διαχωρισμού. Επίσης, η παραπάνω διαδικασία μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλες παρόμοιες περιπτώσεις διαχωρισμού πολύ λεπτομερών τεμαχιδίων ορυκτών με μαγνητικές ιδιότητες.