كواشف الأمين الإيثرية الألكيلية لتعويم السيليكا العكسي في خام الحديد

في مصانع ترقية خام الحديد التي يتجاوز فيها محتوى ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) في المنتج النهائي الحدود التعاقدية المُقررة للغرامات، تُعدُّ مُجمِّعات أمين الإيثر الكاتيونية واحدةً من الخيارات الرئيسية للمُضافات المستخدمة في طَفو الكوارتز العكسي. أما قرار الشراء العملي فلا يتعلَّق بسؤال ما إذا كان «أمين الإيثر» عمومًا فعَّالًا كفئة، بل يتعلَّق باختيار الدرجة المحددة من أمين الإيثر التي تحقِّق نسبة الرفض المطلوبة من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) مع أقل خسارة ممكنة في استرجاع الحديد، وذلك وفقًا لخصائص خامك وماء التشغيل ودائرة الطَفو المستخدمة.

يُفصِّل هذا الدليل ما تؤكده الأدلة المصدرية المقدمة من جهة، وما يتعيَّن على فرق المشتريات والعمليات الحصول عليه عبر وثائق بيانات السلامة الفنية/السلامة (TDS/SDS) الخاصة بالمورِّدين واختبارات التعويم المخبرية الخاصة بالموقع من جهة أخرى.

أبرز النقاط التي يجب على المشترين الانتباه إليها:

• تُعَد أمينات الإيثر الألكيلية وأمينات الإيثر الألكيلية ثنائية الأمين مُجمِّعاتٍ راسخةً لإزالة السيليكات في عملية التعويم الرغوي العكسية لخام الحديد.

• تؤدي أمينات الإيثر دور مُجمِّعات الكوارتز، كما تسهم في سلوك الترغيق ضمن عملية التعويم العكسي الموجبي الشحنة.

• تُستخدَم مُجمِّعات أمينات الإيثر عالميًّا في رفض السيليكات خلال معالجة خام الحديد، بما في ذلك معالجة أكثر من ٨٠ مليون طن من تركيز خام الحديد في البرازيل.

• لا يتضمَّن مجموعة المصادر المقدمة درجة تجارية محددة أو رقم تسجيل CAS أو الصيغة الجزيئية أو معدل الجرعة أو نسبة إزالة ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) أو قيمة استرجاع الحديد (Fe) أو اختبارًا مقارنًا بين أمين الإيثر وأمين التالو. ويجب أن تأتي هذه القيم من وثائق المورِّد واختبارات المعمل الصغيرة.

• لا تقبل رقم تسجيل CAS عامًّا واحدًا لأمين الإيثر بديلاً عن هوية كيميائية محددة حسب الدرجة.

أول جدول بيانات طلب عرض الأسعار: جدول تحديد المنتج

لا يوجد كتالوج للمورِّد في الأدلة المقدمة. ولذلك، لا يُخصِّص هذا البند اسم العلامة التجارية أو رقم الكاس أو الصيغة الجزيئية لمنتج تجاري. وهذه بالضبط الحقول التي يجب أن يطلبها المشتري من المورِّد قبل مقارنة الأداء.

يصف المصدر المقدَّم مجموعة الإيثر على أنها سلسلة بولي أوكسي إيثيلين. ومع ذلك، فقد يكون المنتج التجاري المستخدم في جامعات خام الحديد فعليًّا أمين ألكوكسي بروبيل أو داي أمين يحتوي على رابطة إيثر واحدة فقط، أو قد يحتوي على درجة محدودة من الألكوكسيلATION. ولذلك، ينبغي على المشترين التحقق مباشرةً من الشركة المصنِّعة بشأن البنية الجزيئية، ودرجة الألكوكسيلATION، وتوزيع سلسلة الكربون، والمحتوى الفعّال. ويمكن أن تؤثِّر هذه المتغيرات في قوة الجمع، وقابلية التشتت في الماء، وسلوك الرغوة.

١. جامع أمين إيثر كاتيوني لطفو عكسي للسليكا في خام الحديد

أصبحت الأمينات الإيثرية فئةً مهمةً من الجامعات الكاتيونية في معالجة المعادن بسبب كفاءتها وانتقائيتها في تطبيقات الطفو. وفي الطفو العكسي لخام الحديد، يكون الهدف الرئيسي هو الكوارتز والشوائب السيليكاتية الأخرى. ويتم ارتباط جامع الأمين الإيثيري بسطح الكوارتز، فينتقل الكوارتز إلى طبقة الرغوة، بينما تبقى معادن الحديد في الخلايا كتيار المركز.

وتُظهر الأدلة المصدرية أيضًا نقطةً بالغة الأهمية لمهندسي المنشآت: فالأمينات الإيثرية ليست مجرد جامعات للكوارتز فحسب، بل تعمل أيضًا كمُرغِّفات في عملية الطفو العكسي الكاتيوني لخامات الحديد. وعلى الرغم من أن امتزاز الكوارتز قد درس على نطاق واسع، فإن تأثير خصائص رغوة الأمين الإيثيري ورغوته على انتقائية الطفو لم يُبحث بعدُ تفصيليًّا. ولذلك، ينبغي للمشترين اعتبار سلوك الرغوة عنصر تقييم مستقل، وليس خاصية ثانوية هامشية.

تُستخدم جامعات الإيثر الأمينية بالفعل على نطاق صناعي. والأنواع الناتجة من الأمين-السيليكات كافية النشاط السطحي لتعزيز فصل السيليكات بالطفو، وتُستخدم جامعات الإيثر الأمينية عالميًّا في محطات معالجة خام الحديد لرفض السيليكات. وحدها صناعة خام الحديد البرازيلية تُجهِّز أكثر من ٨٠ مليون طن من تركيز خام الحديد، حيث تشكِّل هذه الجامعات جزءًا من مسار رفض السيليكات.

التطبيق مُستقرٌ جيدًا بالنسبة للسيليكات في خامات الحديد، وبخاصة في الأنظمة المغناطيسية، لكن نفس المصادر تشير إلى أن تطبيق الإيثر الأميني في الأنظمة الكربوناتية–السليكاتية، وبخاصة المغنيسيت، لم يُدرس بشكل واسع. ولا ينبغي للمشتري أن يفترض أن جامعًا أُثبتت فعاليته في خام حديد غني بالكوارتز يمكن تطبيقه مباشرةً على خام يحتوي على كربونات دون إجراء اختبارات.

ما الذي يجب أن يحدده المشتري في طلب العروض (RFQ) الخاص بجامع إيثر أميني كاتيوني؟

اطلب ما لا يقل عن ما يلي:

• الاسم الدقيق للمنتج ورمز المنتج.

• رقم التسجيل الكيميائي المحدد للدرجة والمعرفة الجزيئية.

• ما إذا كان المنتج أمينًا إيثريًّا ألكيليًّا، أو داي أمينًا إيثريًّا ألكيليًّا، أو منظفًا وظيفيًّا إيثريًّا آخر.

• المحتوى الفعّال، والمذيب، ومحتوى الماء، وشكل التعديل الحمضي القاعدي.

• التغليف، ونقطة التجمد، وحدود التخزين، ومدة الصلاحية.

• ورقة بيانات التقنية الحالية (TDS) وورقة بيانات السلامة (SDS).

• عينة مخبرية بوزن يتراوح بين ١ و٥ كيلوغرامات لاختبار الطفو على المنضدة.

• تأكيد كتابي لتوريد الدرجة المُشار إليها بدقة.

لا تتخذ قرارك بشأن المورد استنادًا إلى بيان عام بأن المنتج «أمين إيثري كاتيوني لخام الحديد»؛ فهذا لا يُعرِّف المنتج الكيميائي الذي ستتلقّاه فعليًّا.

لماذا يمكن أن يؤدي نفس التركيب الكيميائي للأمين الإيثري الكاتيوني إلى أداء مختلف في مصانع مختلفة؟

لأن أمينات الإيثر تساهم في سلوك جمع المعادن وفي سلوك طبقة الرغوة على حد سواء. وقد تتغير الانتقائية تبعًا لتركيب الماء، ونوع الخلايا، ونقطة إضافة الكواشف. وشمل أخذ العينات الصناعية في دائرة الطفو في منشأة ساماركو عينات من الماء والمخلفات من الخلايا الميكانيكية والخلايا المخزنية وأعمدة الطفو، ما يدل على أن موقع العملية ومصدر الماء يُعدّان جزءًا من التقييم. فقد يحتاج مادة جامع تعمل بكفاءة في ترتيب خلوي معين إلى جرعة مختلفة أو إلى إدارة مختلفة لطبقة الرغوة في ترتيب خلوي آخر.

٢. جرعة أمينات الإيثر في طفو خام الحديد العكسي

تشمل الأدلة المصدرية المقدمة إجراءً مختبريًّا للطفو الكاتيوني العكسي لخام الحديد باستخدام مادة جامع من أمينات الإيثر. وإعداد العينة المرجعية يكون كالتالي:

• تكسير وطحن خام الحديد للوصول إلى حجم جزيئي مستهدف، وعادةً ما يكون ٨٠٪ منها يمرّ عبر غربال بفتحات قطرها ١٥٠ ميكرومتر.

• إعداد عينة تمثيلية من خام الحديد المطحون، مثلًا وزنها ١٠٠٠ غرام.

• وضع خام الحديد المطحون في خلية طفو مختبرية، مثل خلية دنفر.

لا يذكر الاستخراج الأصلي معدل جرعة عالميًا لأمين الإيثر. وهذا أمر متوقع: إذ تعتمد الجرعة على معادن الخام، ونسبة ثاني أكسيد السيليكون في التغذية، وتوزيع أحجام الجسيمات، وصلابة الماء، ونوع مثبط النشا والجرعة المستخدمة منه، والأس الهيدروجيني، وزمن التعويم.

للمقارنة أثناء الشراء، يجب تقييم الجرعة بوحدة غرامات المادة الفعالة لكل طن من الخام. فإذا قدَّم مورِّدان جرعات سائلة كما هي دون تعديل، فيجب توحيد القيم بالنسبة للمادة الفعالة. وإلا فإن محتوى الماء أو المذيب سيؤدي إلى مقارنة خاطئة لمدى الكفاءة.

خطة اختبار العلاقة بين جرعة أمين الإيثر والاستجابة

يصح إجراء المقارنة فقط عند استخدام عينة خام واحدة وظروف فلوتاشن متطابقة لكلا المنتجين.

كيف تُعبَّر الجرعة في المقارنات بين المورِّدين؟

اطلب تحديد الجرعة على أساس المكوِّن الفعَّال. فعلى سبيل المثال، قارن غرامات الجامع الفعَّال لكل طنٍّ، لا المليلترات من المنتج المخفَّف. كما اطلب معرفة نسبة المكوِّن الفعَّال، ونوع المذيب، والتخفيف الموصى به. وهذا يمنع التقدير المبالغ فيه لأداء منتج مخفَّف أو التقليل من أداء منتج أكثر تركيزًا.

ما الشروط المخبرية التي يجب تثبيتها قبل مقارنة ادعاءات الجرعات؟

تصحيح حجم الجسيمات (P80)، ودفعة الخام، وكثافة الطين، ودرجة الحموضة (pH)، ونوع مثبِّط التطفو والجرعة المُستخدمة، وتركيب المياه، وزمن التطفو، ومعدل تدفق الهواء، وهندسة خلية التطفو. وتبدأ إجراءات المختبر المرجعية بحجم جسيمات (P80) قدره ١٥٠ ميكرومتر وعينة تمثيلية وزنها ١٠٠٠ غرام في خلية من نوع دنفر. فإذا استُخدمت مياه إعادة الاستخدام من المصنع في اختبارٍ ما، واستُخدمت مياه الصنبور في اختبارٍ آخر، فإن مقارنة الجرعات لا تكون موثوقةً، خاصةً لأن تركيب المياه في دوائر التطفو قد يختلف باختلاف نقطة أخذ العينة.

٣. كفاءة إزالة السيليكا باستخدام واصلات الأمين الإيثري

كفاءة إزالة السيليكا ليست خاصَّةً ثابتةً تنتمي إلى فئة المواد الكيميائية لأمينات الإيثر. بل هي نتيجة عملية تنتج عن تفاعل الواصل مع سطح الخام، وتركيب المياه، والمثبِّط، وتشغيل خلية التطفو.

الدليل المقدَّم من المصدر لا يحتوي على نسبة محددة لإزالة ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) أو قيمة لاسترجاع الحديد (Fe) تتعلق بالمنتج. ولذلك، لا يذكر هذا المقال رقماً عاماً «عالي الكفاءة». وينبغي للمشتري أن يعتبر أي ادّعاءٍ لمورِّدٍ بشأن الكفاءة في كتالوجاته غير موثوقٍ حتى يتم التحقق منه باستخدام عيّنة خام المشتري.

تشير الخبرة الصناعية المشار إليها في مجموعة المصادر إلى أنَّ مواد جمع الإيثر الأمينية تُستخدم عالمياً لرفض السيليكات في محطات معالجة خام الحديد، وبشكل واسع النطاق في مصانع التركيز البرازيلية. ومع ذلك، فإن هذا يدلّ فقط على التبني الصناعي، وليس ضماناً لإزالة السيليكا المحددة لموقع معين.

ما السبب في انخفاض كفاءة إزالة السيليكا أثناء التوسع في الحجم؟

يشير الدليل من المصدر إلى عدة عوامل عملية يجب التحقق منها:

• خصائص الرغوة: كما أن مواد جمع الإيثر الأمينية تعمل أيضاً كمواد مُرغِّفة، لذا قد تتغير استقرار الرغوة وانتقائيتها بتغير الجرعة وكيمياء المياه.

• تكوين الخلية: أُجري أخذ عيّنات صناعيّة عبر الخلايا الميكانيكيّة والخلايا المخصّصة للخزانات والأعمدة العوّامة. والكفاءة ليست متطابقة بين أنواع الخلايا.

• كيمياء المياه: قد تختلف عيّنات المياه المأخوذة من نقاط مختلفة في دائرة العوّامات الخاصة بخام الحديد من حيث التركيب. وقد تؤثّر مياه إعادة الاستخدام ومياه الذيل على الانتقائيّة.

• انحراف حجم التغذية: إذا كان طحن المصنع أخشَن أو أنعم من قيمة P80 المخبريّة البالغة ١٥٠ ميكرومتر، فقد يتغيّر جرعة المُجمِّع ونسبة الاسترجاع.

لا ينبغي حل انخفاض إزالة SiO₂ تلقائيًّا بإضافة كمية أكبر من المُجمِّع. فالإفراط في الجرعة قد يغيّر سلوك الرغوة ويقلّل الانتقائيّة، خصوصًا لأن الأمينات الإيثريّة تمتلك وظيفة رغويّة.

ما الذي ينبغي قياسه في تجربة كفاءة إزالة السيليكا؟

تسجيل تركيز ثاني أكسيد السيليكون في التغذية وتركيز الحديد في التغذية وتركيز ثاني أكسيد السيليكون في المركز وتركيز الحديد في المركز ونسبة استرداد الحديد ونسبة الاستخلاص الكتلي وجرعة المُجمِّع الفعالة ودرجة الحموضة وصلابة الماء وارتفاع الرغوة ومحتوى الرغوة من الماء وزمن التعويم. ويُعدُّ إجراء مقارنة بين الوضع قبل التحسين وبعده على نفس الخام أكثر فائدةً من الاقتصار على نسبة رفض ثاني أكسيد السيليكون فقط.

٤. الأمين الإيثري مقابل أمين التالو لتعويم خامات الحديد

لا تحتوي المواد المصدرية المتاحة على مقارنة مُحكَمة في المختبر أو في المصنع بين مُجمِّعَي الأمين الإيثري وأمين التالو. كما أنه لا توجد قيم متاحة للمقارنة من حيث الجرعات أو درجة نقاء ثاني أكسيد السيليكون أو نسبة استرداد الحديد أو أداء الرغوة. ولذلك، لا يدَّعي هذا المقال أي تفوُّق أداء للأمين الإيثري مقارنةً بأمين التالو.

تُعَدُّ الأمينات الإثيرية الألكيلية والأمينات الإثيرية الثنائية الألكيلية عائلتين مُثبتتين من المُجمِّعات المستخدمة في التعويم العكسي لخامات الحديد. ولا ينبغي اختزال هياكلها التفصيلية إلى وصف عام لسلسلة البولي إثيلين جلايكول دون تأكيد محدَّد حسب الدرجة. ويجب إجراء المقارنة مع أمين التالو على عيِّنة خام واحدة.

خطة الاختبار المُقارن لعملية الطفو باستخدام أمين الإيثر وأمين التالو

بما أنه لا توجد قيم اختبار مُطابقة في مجموعة المصادر، استخدم خطة الاختبار الفارغة التالية. ولا تعتبرها دليلاً على الأداء.

الجدول يُشكِّل إطارًا لتجربة فعلية، وليس نتيجة مبنية على مصادر. وقد تختلف النتائج الميدانية عن نتائج الاختبارات المخبرية، كما أن اختبار دفعة واحدة لا يُعَدُّ مؤهلًا كامل النطاق.

هل ينبغي للمصنع التحوُّل من أمين التالو إلى أمين الإيثر استنادًا إلى ورقة بيانات المورِّد؟

لا. فورقة البيانات قد تؤكِّد هوية المنتج ومواصفاته، لكنها لا تثبت انتقائيته على خام المشتري. والأدلة المصدرية تدعم كون أمينات الإيثر جامِعاتٍ للكوارتز ومُرغِّفاتٍ، لكنها لا توفِّر مقارنةً مع أمين التالو. لذا، يجب إجراء اختبار عوامِل طافية مُطابَق في المختبر، باستخدام مرجع أمين التالو الحالي ومرشح أمين الإيثر، وبظروف متطابقة تمامًا من حيث درجة الطحن والماء ودرجة الحموضة والمواد المثبِّطة وظروف الخلية. وبعد ذلك، يُقيَّم درجة ثاني أكسيد السيليكون واسترجاع الحديد وسلوك الرغوة معًا.

ما البيانات الميدانية التي ينبغي جمعها أثناء التجربة الميدانية؟

لِتجربة المصنع، سجّل تركيز ثاني أكسيد السيليكون والحديد في التغذية، وتركيز ثاني أكسيد السيليكون والحديد في المركز، ونسبة استرجاع الحديد، واستهلاك جامع نشط، واستهلاك مثبّط، وعمق الرغوة، ومقدار المياه المنقولة مع الرغوة، وسلوك الترشيح، وأي تغيّرات في كيمياء المياه عبر الدائرة. واستخدم نفس منهجية أخذ العيّنات المُشار إليها للخلايا الميكانيكية والخلايا الخزّانية وأعمدة التعويم.

اطلب وثائق المواصفات الفنية (TDS) ووثائق السلامة (SDS) والعَيّنات المخبرية.

لِتقييم جامعات الأمين الإيثرية الموجبة الشحنة في دائرة التعويم العكسي لفصل السيليكا عن خام الحديد الخاص بك، اطلب ما يلي من المورِّد:

• النسخ الحالية من وثائق المواصفات الفنية (TDS) ووثائق السلامة (SDS) للدرجة المُحدَّدة المذكورة في العرض السعري.

• رقم الكود الدولي لتحديد المواد الكيميائية (CAS) الخاص بالدرجة، والمدى المكوِّني الجزيئي المقابل لها.

• نسبة المادة الفعّالة والمذيب ودرجة الحموضة (pH) وبيانات التخزين.

• عينة مخبرية بوزن يتراوح بين ١ و٥ كيلوغرامات لاختبار الطفو على المنضدة.

• طلب عروض أسعار مكتوب يتضمّن الجرعة المحسوبة على أساس المادة الفعّالة، والشروط المقترحة لمرحلة التكييف.

• بروتوكول تجربة ميدانية مبني على إجراء التعويم، بدءاً من حجم جسيمات يمرّ ٨٠٪ منه من منخل بحجم ١٥٠ ميكرومتر، وباستخدام عيّنة تغذية مخبرية تمثيلية.

أرسل إلى المورد درجة رأس خامك، وتركيز ثاني أكسيد السيليكون المستهدف في المركز، ونوع جامع الطفو الحالي وجرعته، وبرنامج النشا/المثبِّط، وتحليل مياه المصنع، ومخطط تدفق عملية الطفو. واطلب إليه إجراء اختبار مُطابَقٍ مع جامع الطفو الحالي لديك قبل التوسع الصناعي.

ملاحظة: البيانات أعلاه تستند إلى عينات الخام المحددة وظروف المختبر. وقد تختلف النتائج في الموقع باختلاف التركيب المعدني، وتركيب ماء العملية، وإعدادات العملية. وتوصى بإجراء تجارب ميدانية قبل التوسُّع إلى المستوى الصناعي.