بررسي تأثير پارامترهاي مؤثر بر توزيع اندازه حبابها در سلول فلوتاسيون مکانيکي با اصلاح روش آناليز تصويري

ريحانه مظاهر نسب، رحمان احمدي*+
قزوين، دانشگاه بينالمللي امام خميني )ره(، دانشکده مهندسي معدن

چكيده: يکي از عاملهاي مؤثر در بازدهي فرايند فلوتاسيون، توزيع ابعادي حبابها ميباشد. توزيع اندازه حبابها بر سه مرحله برخورد، چسبيدن و جدايش ذره/ حباب مؤثر مي باشد. در اين پژوهش، توزيع اندزه حبابهاي توليد شده در يک سلول فلوتاسيون مکانيکي آزمايشگاهي، با روش مستقيم آناليز تصويري اندازهگيري شد .
افزون بر اندازهگيري ابعاد، پارامترهاي مؤثر بر توزيع اندازه حبابها شامل غلظت کف ساز ،pH و دما نيز مورد بررسي قرار گرفتند. براي نمونهبرداري و عکسبرداري از حبابها، دستگاه نمايشگر حباب شامل محفظهي نمايش و لولهي نمونهگير، ساخته شد. پس از عکسبرداري از حبابها ،تصويرها توسط نرم افزار Image J Ver. 1.44 پردازش شدند .
براي کاهش تعداد حبابها در محفظه عکسبرداري و کمينه کردن همپوشاني آنها، قطر لولهي نمونهگير تا حد امکان کوچک انتخاب شد. با پوشاندن وجههاي جانبي محفظهي نمايش، از ورود نور به محفظه عکسبرداري از طريق اين صفحهها جلوگيري شده و کيفيت تصويرها بهبود يافت .همچنين، با تنظيم عمق ميدان عکسبرداري و با استفاده از لنز مناسب، مشکلهاي موجود در مطالعههاي پيشين مانند همپوشاني حبابها در تصويرها و خطاي ناشي از پرسپکتيو برطرف شدند. به منظور کمينه کردن انحراف معيار اندازهگيري ابعاد حبابها، در هر آزمايش 022 عکس از حبابها گرفته شد و تعدادي از آنها به صورت تصادفي براي پردازش انتخاب شدند. بررسي اثر کفساز بر توزيع اندازه حبابها نشان داد که با افزايش غلظت کف ساز از ppm 02 به ppm 02 قطر ساتر حبابها )32d( از 002 ميکرون به 620 ميکرون کاهش يافت .همچنين، نتيجهها نشان داد که با افزايش مقدار pH از 4 به 4/02، همزمان با افزايش مقدار مطلق پتانسيل زتا ،32d حبابها از 0202 ميکرومتر به 654 ميکرومتر کاهش يافت و منحني
توزيع اندازه حبابها به توزيع نرمال نزديکتر شد. بررسي اثر دما بر توزيع ابعادي حبابها نشان دهنده افزايش قطر ساتر حبابها از 000 ميکرومتر به 032 ميکرومتر با افزايش دماي محلول از 02 درجه سلسيوس به 46 درجه سلسيوس ميباشد.

واژههاي كليدي: فلوتاسيون مکانيکي؛ توزيع اندازه حباب؛ پارامترهاي مؤثّر؛ نمايشگر حباب؛ پردازش تصويري.

KEYWORDS: Mechanical flotation; Bubble size distribution; Effective parameters; Bubble viewer; Image analysis.

+E-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات*
155
مقدمه
فلوتاسيون يکي از پرکاربردترين روشها برای تغليظ مواد معدني بهويژه فلزهای پايه ميباشد. بازدهي فرايند فلوتاسيون به عاملهای گوناگوني وابسته است که از مهمترين آنها اندازهها و توزيع ابعادی حبابها ميباشد. حبابهای هوا نقش بسيار مهمي در فلوتاسيون بازی ميکنند. برخورد و اتصال حباب/ذره و انتقال اين مجموعه به فاز کف، به اندازه حباب و ثبات کف بستگي دارد]1[. ثابت نرخ فلوتاسيون) k( با متوسط شار سطح جانبي )Sb( حبابها در ارتباط است و بهصورت k = PSbRf بيان ميشود؛ که در آن ،P معياری از شناورپذيری ماده ،Rf فاکتور بازيابي کف و (32Jg( (Sb = 6Jg/d سرعت ظاهری گاز و 32d قطر ميانگين ساتر)1( حباب( ميباشد]2[.
در ارتباط با بهينه کردن مرحله برخورد حباب/ذره، تمامي مدلهای موجود، به لزوم دسترسي به اطلاعات کامل از توزيع اندازه حبابها برای رسيدن به کارايي بيشتر فلوتاسيون در بازههای گوناگون اندازه، اشاره کردهاند .برای اندازهگيری ابعاد حبابهای به نسبت درشت، روشهای زيادی از جمله پرتو ايکس ]4 ، 3[، رابطههای تجربي و نيمه تجربي بر مبنای ديناميک جريان )قانون استوکس](5[، اندازهگيری مقاومت الکتريکي ]6[ و روشهای صوتي ]7[ به کار گرفته شدهاند .بيشتر اين روشها دارای عيبهايي مانند زمان طولاني مورد نياز برای اندازهگيری، دقت پايين و نياز به نصب تجهيزهای پيشرفته ميباشند. روش پردازش تصوير در تعيين توزيع اندازه حبابها و ذرههای جامد به عنوان روشي استاندارد، طي دو دههی اخير پيشرفتهای چشمگيری در زمينهی تجهيزها، نرم افزار پردازش و چگونگي عکسبرداری داشته است .با اين وجود، مشکلهايي همچون همپوشاني حبابها و خطای ناشي از پرسپکتيو در تعيين توزيع اندازه حبابها با اين روش وجود داشته است. خطای ناشي از پرسپکتيو )تفاوت فاصله حبابها از لنز دوربين( عبارت از غير واقعي نشان داده شدن اندازههای حبابها به دليل دور يا نزديک بودن آنها از صفحهی تمرکز لنز )با توجه به اينکه مقياس اندازهگيری در اين صفحه قرار دارد( ميباشد.
)چن2( و همکاران ]8[ در سال 2001 ميلادی با استفاده از روش UCT)3( به تعيين اندازه حبابها در سلول فلوتاسيون مکانيکي در مقي اس نيم ه ص نعتي
اقدام کردن د. آن ه ا ب رای س ادگي تمرک ز دورب ين ،ي ک قطع ه
)4( Hernandez-Aguilar
)5( McGill Bubble Size Analyzer
)0( Bubble viewer
سيم با قطر مشخص را در محفظه عکسبرداری قرار دادند تا محل محفظه دوربين ثابت بوده و همچنين قطر سيم مقياسي برای اندازهگيری حبابها باشد. اين پژوهشگران، با استفاده از يک ميکروسکوپ ،به طور مستقيم قطر حبابها را بهدست آوردند .
وجود سيم بهعنوان مقياس در مسير عبور حبابها، باعث چسبيدن حبابها به آن و در نتيجه تلفيق با يکديگر شد .درنتيجه بهعلت غير واقعي بودن اندازهها، اين حبابها در مرحله پردازش تصوير بايد حذف شوند که خود عامل ايجاد خطا در تعيين توزيع اندازه حبابها ميشود.
با ورود نرم افزارهای پردازش تصوير که ذرهها را به صورت خودکار شمارش و اندازهگيری ميکند سرعت فناوری آناليز تصويری تا حدود زيادی بهبود يافت .
هرناندز آگوي )الر4( ]9[ در سال 2002 ميلادی طرحي از يک نمونهگير
حباب شامل يک محفظهی نمايش به صورت زاويهدار و يک لولهی نمونهگير ارايه کرد. اين طرح ساده به همراه نورپردازی مناسب از پشت ،تصويرهايي با کنتراست) روشني( بالا فراهم نمود.
کيفيت عکسها به صورتي بود که يک محاسبهی ساده کافي بود تا تصويرها بهطور خودکار پردازش شوند. اين دستگاه که برای اولين بار در دانشگاه مکگيل کانادا ساخته شد ،MBSA)5( و يا نمايشگر حباب)6( نامگذاری شد .در اين روش نيز، تعداد بسيار زياد حبابها در زون عکسبرداری، باعث همپوشاني آنها شد.
در اين پژوهش توزيع اندازه حبابهای توليد شده در سلول فلوتاسيون مکانيکي آزمايشگاهي توسط روش پردازش تصوير تعيين شده و تأثير پارامترهای غلظت کف ساز ،pH و دما بر توزيع ابعادی حبابها بررسي شده است .کمينه کردن خطای به دست آمده از پرسپکتيو و همپوشاني حبابها از ديگر هدفهای اين پژوهش بوده است.

بخش تجربي مواد و تجهيزات
در اين پژوهش، حبابها در سلول فلوتاسيون مکانيکي آزمايشگاهي دنور با حجم 5 ليتر توليد شدند. در تمامي آزمايشها ،آب خالص دو بار تقطير شده توسط دستگاه دو بار تقطير SDL 12L
-43052232282

ساخت شرکت OES آمريکا برای آماده سازی محلولها
)0( Sauter
)0( Chen
)3( The University of Cape Town
151 پژوهشي
-37855-185570

شکل
1

حباب

تصويری

آناليز

در

تجهيزها
جانمايي

ـ
.
ها

قرار

گرفت
.
مورد

استفاده

ايزوبوتيل

متيل

از
(
کربينول
MIBC
)
سولفور
ي

ک

اسيد

و
ي

سد
محلول

ا
ي
م

کربنات

تنظ
ي
م

شد
پس

از
.

شکل

1

حباب

تصويری

آناليز

در



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید