SUPERVISOR
Ebrahim Azimi,Mahdi Nasiri sarvi
ابراهیم عظیمی (استاد مشاور) مهدی نصیری سروی (استاد راهنما)
STUDENT
Mehrshad Jokar migleri
مهرشاد جوکارمیگلی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده معدن
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Kinetic modeling of galena flotation considering the effect of particle size and liberation
Flotation has been the focus of researchers as one of the most important processes of mineral processing. The importance of studying and optimizing ore circuits has led researchers to articulate processes toward mathematical methods until Mathematical methods along with laboratory methods lead to circuit design, cost savings and time savings. Kinetic models are fundamental models used to evaluate and analyze the flotation process and they are important for optimizing, simulating and controlling the flotation process. The parameters influencing the flotation kinetics include particle size, particle size distribution, particle shape, type of reagents and their amount, air flow rate, pulp density, amount of wash water, etc. The purpose of this study was to optimize the parameters affecting galena flotation by considering the interaction of collector, frother and pH parameters on metallurgical conditions, and then investigate the effect of primary feed particle size and liberation of galena mineralization on flotation kinetics. First, by studying the liberation of galena mineralization to achieve optimum crushing rate, the primary feed materials after crushing and grinding were divided into three dimensions of +106, -106 +75 and -75 micron and with the degree of freedom studies, it was found that the galena mineral reaches the appropriate degrees of freedom at -106 +75 micron. Then, experimental design software was used to optimize and model the amount of chemicals consumed, including collector, frother and pH. Lead recovery and grade were considered as the responses and the influence of parameters on responses was evaluated. Interaction of parameters on responses was investigated using two-dimensional, three-dimensional, and cantor plots and it turned out that the selected parameters are interactive. The optimum values of collector, frother and pH for maximum recovery were 350 g/t, 26 g/t and 8.5, respectively. In the study of six kinetic model classic model, Classical first-order model, Second-order kinetic model, First-order model with rectangular distribution of flotabilities, Second-order model with rectangular distribution of flotabilities, Fully mixed reactor model, Improved gas/solid adsorption model for galena flotation kinetics were used. After achieving optimum quantities of flotation chemicals according to the purpose of this study to investigate the effect of particle size and degree of freedom on flotation kinetics, the materials were first divided into three section (+106, -106 +75 and -75 micron) and flotation experiments were performed on each fraction separately and the kinetics of foaming were done and after drawing the cumulative recovery-time diagram, the models were fitted to the laboratory data and suitable models were obtained for each dimension fraction. The classical first-order model was more consistent with the large particle size flotation (+ 106 ?m) and for the other two dimensional fractions, all models were suitable. The buoyancy kinetics were small for coarse particle size (+106 micron) and the kinetics increased with decreasing particle size and finally, a decrease was observed for the fine particle size (-75 micron). Microscopic and degrees of freedom studies on floating materials at different flotation-time scavenging sites revealed that the degree of freedom release of particles that float early differs from those that float at end-points. We therefore considered floating materials at 0-30 seconds and 120-240 seconds as materials with high degrees of freedom and low degrees of freedom, and performed flotation kinetics experiments on them. For this reason, two experiments were performed for all the high-freedom and low-freedom materials by fixing all the factors that were effective on the flotation. Suitable for both degrees of freedom of classical and first order classical models with a rectangular distribution and was found to decrease with decreasing degree of constant kinetic freedom
فلوتاسیون به عنوان یکی از مهمترین فرایندهای پرعیارسازی مورد توجه محققین قرار گرفته است. اهمیت مطالعه و بهینهسازی مدارهای کانهآرایی باعث شده است تا محققین برای بیان فرایندها به سمت روشهای ریاضی سوق پیدا کنند تا روشهای ریاضی در کنار روشهای آزمایشگاهی به طراحی مدارها، پایین آوردن هزینهها و صرفهجویی در وقت منجر شود. مدلهای سینتیکی مدلهای بنیادی هستند که برای ارزیابی و تجزیهوتحلیل فرایند فلوتاسیون استفاده میشود و برای بهینهسازی، شبیهسازی و کنترل فرایند فلوتاسیون مورد اهمیت هستند. پارامترهای تأثیرگذار بر روی سینتیک فلوتاسیون شامل اندازه ذرات، توزیع اندازه ذرات، شکل ذرات، نوع واکنشگرها و میزان آنها، سرعت جریان هوا، دانسیته پالپ، میزان آب شستشو و ... است. در این پژوهش هدف بهینهسازی پارامتر¬های مؤثر بر فلوتاسیون گالن با در نظر گرفتن تأثیر متقابل پارامترهای کلکتور، کفساز و pH بر شرایط متالورژیکی و در ادامه بررسی تأثیر اندازه ذرات خوراک اولیه و درجه آزادی کانی گالن بر سینتیک فلوتاسیون است. ابتدا با مطالعه درجه آزادی کانی گالن جهت دستیابی به میزان خردایش بهینه، مواد خوراک اولیه پس از سنگ شکنی و آسیا¬کنی در سه فراکسیون ابعادی 106+، 75+ 106- و 75- میکرون تقسیم شد و با مطالعات درجه آزادی مشخص شد که کانی گالن در اندازه ذرات 75+ 106- به درجه آزادی مناسب میرسد. جهت بهینهسازی و مدلسازی مقدار مواد شیمیایی مصرفی شامل کلکتور، کفساز و pH جهت پرعیارسازی کانی گالن از نرم افزار طراحی آزمایش و روش باکس-بنکن استفاده شد. مقدار بازیابی و عیار سرب به عنوان پاسخ در نظر گرفته شدند و تأثیر پارامترها بر روی پاسخها مورد بررسی قرار گرفتند. با استفاده از نمودارهای دوبعدی، سهبعدی و همتراز، تأثیر متقابل پارامترها بر روی پاسخها بررسی شدند و مشخص شد که پارامترهای انتخابی تعاملی متقابل دارند. مقادیر بهینه کلکتور، کفساز و pH، جهت دستیابی به بازیابی حداکثر، به ترتیب 350 گرم بر تن، 26 گرم بر تن و 5/8 به دست آمد. جهت مدلسازی سینتیکی فلوتاسیون گالن از شش مدل سینتیکی کلاسیک درجه اول، درجه دوم، درجه اول با توزیع مستطیلی، درجه دوم با توزیع مستطیلی، جذب گاز جامد و مخلوط کامل استفاده شد. پس از دستیابی به مقادیر بهینه مواد شیمیایی مصرفی فلوتاسیون با توجه به هدف این پژوهش که بررسی تأثیر اندازه ذرات و درجه آزادی بر سینتیک فلوتاسیون است ابتدا خوراک آسیا شده به سه بخش 106+، 75+ 106- و 75- تقسیم و آزمایشهای فلوتاسیون به صورت جداگانه بر روی هر فراکسیون انجام گرفت و به صورت سینتیکی کف گیری انجام گرفت و پس از رسم نمودار بازیابی تجمعی- زمان مدلهای انتخابی بر روی دادههای آزمایشگاهی برازش شدند و مدلهای مناسب برای هر فراکسیون ابعادی به دست آمد که مدل کلاسیک درجه اول مطابقت بیشتری با فلوتاسیون اندازه ذرات درشت (106+ میکرون) و برای دو فراکسیون ابعادی دیگر همه مدلها انتخابی مناسب بودند. سینتیک شناورسازی برای اندازه ذرات درشت (106+) کم و با کاهش ابعاد ذرات زیاد و در انتها برای اندازه ذرات ریز (75-) کاهش یافت. با مطالعات میکروسکوپی و درجه آزادی بر روی مواد شناور شده در زمانهای مختلف کف گیری مربوط به فلوتاسیون با اندازه ذرات مشخص مشاهده شد که درجه آزادی ذراتی که زود شناور میشوند با ذراتی که در زمانهای انتهایی شناور میشوند با هم متفاوت است. از این رو مواد شناور شده در زمانهای 30-0 ثانیه و 240-120 ثانیه را به ترتیب بهعنوان مواد با درجه آزادی بالا و درجه آزادی پایین در نظر گرفته شد و آزمایشهای سینتیک فلوتاسیون را بر روی آنها انجام گرفت به همین دلیل با ثابت بودن همه عوامل مؤثر بر فلوتاسیون دو آزمایش برای مواد به درجه آزادی بالا و درجه آزادی پایین انجام گرفت و با برازش مدلهای سینتیکی بر روی دادههای آزمایشگاهی مدل مناسب برای هر کدام از درجه آزادیها به دست آمد که برای هر دو درجه آزادی مدلهای کلاسیک درجه اول و درجه اول با توزیع مستطیلی مناسب بودند و مشاهده شد که با کاهش درجه آزادی ثابت سینتیک نیز کاهش پیدا میکند.