دانه بندی بهینه برای فراوری کائولین با هیدروسیکلون

دانه بندی بهینه برای فرآوری کائولن با هیدروسیکلون

امیر اسماعیل قندهاری

در فرآیند فرآوری کائولن، دانه بندی ذرات نقش حیاتی در عملکرد هیدروسیکلون و کیفیت نهایی محصول دارد. بر اساس مطالعات معتبر (از جمله تحقیقات منتشر شده در Applied Clay Scienceو داده های صنعتی)، جزئیات به شرح زیر است:

۱. محدوده استاندارد دانه بندی برای هیدروسیکلون

- دامنه ایده آل ورودی: ذرات باید عمدتا زیر ۴۵ میکرون (۳۲۵ مش) باشند .

- توزیع بهینه:

- ذرات کائولن مطلوب: زیر ۲۰ میکرون (بیشتر در محدوده ۰.۵–۲ میکرون) .

- سهم ذرات زیر ۲ میکرون باید بیش از۹۰٪ باشد تا جداسازی موثر باشد .

- ناخالصی های مجاز: ذرات درشت تر مانند کوارتز و فلدسپات باید عمدتا بالای ۳۲۵ مش (۴۵ میکرون) باشند تا به راحتی توسط هیدروسیکلون جدا شوند .

جدول خلاصه محدوده استاندارد:

هدف جداسازی

محدوده دانه بندی

جزء

ماندن در جریان سرریز (Overflow)

(۹۰٪ زیر ۲ میکرون)

کائولن ارزشمند

خروج از جریان ته نشین (Underflow)

۴۵ میکرون<

ناخالصی های ماسه ای

۲. تاثیر دانه بندی پایین تر از استاندارد (ذرات بسیار ریز)

- کاهش راندمان جداسازی:

- ذرات ریزتر از ۰.۵ میکرون به دلیل نیروی اینرسی کم، در جریان آب به خوبی جدا نمی شوند و ممکن است همراه ناخالصی ها دفع شوند .

- افزایش ویسکوزیته سوسپانسیون:

- تجمع ذرات ریز باعث افزایش ویسکوزیته شده و تشکیل رسوب در هیدروسیکلون را تسهیل می کند .

- تلفات کائولن: تا ۲۰٪ از ذرات ریز مفید ممکن است در مرحله حذف ماسه (Sand Removal) از دست بروند .

۳. تاثیر دانه بندی بالاتر از استاندارد (ذرات بسیار درشت)

- اختلال در جداسازی ناخالصی ها:

- ذرات درشت تر از ۷۵ میکرون، مسیر جریان در هیدروسیکلون را مسدود می کنند و باعث کاهش دبی سرریز می شوند .

- کاهش خلوص محصول:

- کائولن همراه با ناخالصی های ریز (مثل هماتیت) که اندازه مشابهی دارند، جدا نمی شوند و سفیدی محصول (Whiteness) کاهش می یابد .

- خوردگی تجهیزات: ذرات درشت کوارتز (> ۱۰۰ میکرون) باعث سایش هیدروسیکلون و افزایش هزینه های تعمیرات می شوند .

۴. چالش های خاص هیدروسیکلون بر اساس مطالعات میدانی

- محدودیت در حذف ناخالصی های ریز:

- هیدروسیکلون قادر به حذف موثر ناخالصی های ریز (< ۵ میکرون) مانند کلسیت یا اکسیدهای آهن نیست، زیرا رفتار دینامیکی مشابه کائولن دارند .

- در یک مطالعه روی کائولن زنوز (ایران)، هیدروسیکلون تنها ۱۵٪ از کلسیت را حذف کرد، درحالی که فلوتاسیون تا ۶۰٪ موفق بود .

- نوسانات عملکردی:

- تغییرات فشار ورودی یا غلظت سوسپانسیون منجر به **نوسان در دانه بندی خروجی** می شود .

۵. راهکارهای بهینه سازی بر اساس منابع لاتین

- پیش فرآوری ذرات:

- استفاده ازآسیاب غلتکی فشاری (Roller Mill) برای کنترل حداکثر اندازه ذرات در خروجی به ۴۵ میکرون .

- ترکیب با فناوری های مکمل:

- پس از هیدروسیکلون، از سانتریفوژ افقی (Horizontal Centrifuge) برای جداسازی ذرات ریزتر از ۲ میکرون استفاده شود .

- برای ناخالصی های ریز (< ۱۰ میکرون)، فلوتاسیون یا جداسازی مغناطیسی (HGMS) توصیه می شود .

- پایش مداوم:

- اندازه گیری دائمی اندازه ذرات با لیزر دیفرکشن و تنظیم پارامترهای هیدروسیکلون (مثل فشار ورودی، قطر اپکس) .

جمع بندی علمی

- حد بحرانی اندازه ذرات: کارایی هیدروسیکلون برای ذرات ۲–۴۵ میکرون بهینه است. ذرات ریزتر (< ۲ میکرون) نیاز به سانتریفوژ و ذرات درشت تر (> ۷۵ میکرون) نیاز به پیش غربالگری دارند .

- تاثیر بر سفیدی محصول: مطالعات نشان می دهد دانه بندی نامناسب (ذرات > ۲۰ میکرون) می تواند سفیدی کائولن شسته شده را تا ۱۰ واحد ISOکاهش دهد .

- توصیه نهایی: در کارخانه های مدرن، تلفیق هیدروسیکلون + سانتریفوژ + جداساز مغناطیسیبرای دستیابی به کائولن با خلوص > ۹۵٪ و سفیدی > ۸۵٪ ضروری است .

🔬استاندارد دانه بندی کائولن قبل از فرآوری هیدروسیکلون

بر اساس منابع معتبر و الزامات فرآیند هیدروسیکلون، دانه بندی بهینه برای کائولن قبل از ورود به مرحله جداسازی باید

شرایط زیر را داشته باشد:

📏 رنج استاندارد دانه بندی ورودی به هیدروسیکلون

1. حداکثر اندازه ذرات:

- ذرات باید عمدتا زیر 75 میکرون (الک مش 200) باشند.

- ذرات درشت تر از 45 میکرون (الک مش 325) نباید بیش از 5-10% وزن کل نمونه را تشکیل دهند .

2. توزیع ایده آل:

- ذرات ارزشمند کائولن (کائولینیت خالص): باید عمدتا در محدوده زیر 20 میکرون باشند.

- سهم ذرات ریز: حداقل **60-70%** ذرات باید کوچکتر از 20 میکرون و حدود 20-30% ذرات باید کوچکتر از 2 میکرون باشند .

3. مقایسه با داده های کارخانه :

- باقیمانده روی الک 38 میکرون (22%): این مقدار بالاتر از حد بهینه (10% حداکثر) است.

- باقیمانده روی الک 90 میکرون (0.1%): این مقدار ایده آل است و نشان می دهد آسیاب غلتکی ذرات درشت را به خوبی خرد کرده است .

⚠تاثیر انحراف از استاندارد

- اگر دانه بندی درشت تر از استاندارد باشد (باقیمانده روی الک 38 میکرون > 10%):

- کاهش راندمان جداسازی در هیدروسیکلون، زیرا ذرات درشت تر به سمت ته ریز (Underflow) هدایت شده و همراه ناخالصی ها (مثل کوارتز) دفع می شوند.

- افزایش سایش تجهیزات به دلیل وجود ذرات سخت > 45 میکرون .

- اگر دانه بندی ریزتر از استاندارد باشد (ذرات < 2 میکرون > 40%):

- افزایش ویسکوزیته سوسپانسیون، که منجر به تشکیل رسوب در هیدروسیکلون و کاهش دبی سرریز می شود.

- تلفات ذرات ریز مفید (تا 20%) به دلیل چسبندگی به ناخالصی ها .

بهینه سازی دانه بندی در کارخانه

1. تنظیم آسیاب غلتکی:

- هدف: کاهش باقیمانده روی الک 38 میکرون از 22% به کمتر از 10%.

- روش: افزایش زمان آسیاب یا تنظیم فاصله غلتک ها برای تولید ذرات ریزتر.

2. افزودن مراحل کنترل کیفی:

- استفاده از الک های میانی (مثل 25 میکرون و 10 میکرون) برای پایش دقیق تر توزیع دانه ها .

- نمونه برداری هر 2 ساعت از خروجی آسیاب و تنظیم پارامترها بر اساس داده ها.

3. استانداردهای اندازه گیری:

- مطابق استاندارد ASTM D7928: نمونه ها باید پس از خشک شدن در دمای 110°C و به روش تر الک شوند تا از چسبندگی ذرات جلوگیری شود .

📊 جمع بندی

- رنج بهینه:

وضعیت کارخانه

مقدار استاندارد

پارامتر

22% (نیاز به بهبود(

< 10%

باقیمانده روی 38 میکرون

0.1% (ایده آل(

< 0.5%

باقیمانده روی 90 میکرون

نیاز به اندازه گیری

60-70%

ذرات< 20میکرون

- توصیه نهایی: برای افزایش خلوص کائولن سرریز هیدروسیکلون تا 95%، باقیمانده ذرات روی الک 38 میکرون باید به زیر 10% کاهش یابد. منابع معتبر مانند Applied Clay Scienceتاکید می کنند که ذرات 2-45 میکرون بیشترین بازدهی را در جداسازی هیدروسیکلون دارند .