فلوتاسیون کف‌ساز (Froth Flotation) فرآیندی است که در آن ذرات کانی ارزشمند، پس از آب‌گریز شدن سطح، به حباب‌های هوا متصل شده و در لایه کف بالای سلول جمع‌آوری می‌شوند؛ در حالی که ذرات باطله آب‌دوست در پالپ باقی می‌مانند. این روش امروزه پرکاربردترین فرآیند تغلیظ کانسنگ‌های سولفیدی مس، به‌ویژه کالکوپیریت (CuFeS₂)، کالکوسیت و بورنیت است.
مبانی فیزیکوشیمیایی
شرط اصلی جدایش، اختلاف در خاصیت سطحی کانی‌هاست. کانی‌های سولفیدی مس به‌طور طبیعی آب‌گریزی محدودی دارند و با افزودن کلکتور، زاویه تماس سطح آن‌ها با آب افزایش می‌یابد. احتمال بازیابی یک ذره حاصل‌ضرب سه احتمال است: برخورد ذره با حباب، اتصال پایدار و عدم جدایش در مسیر انتقال به لایه کف.
- اندازه مناسب ذرات برای فلوتاسیون معمولاً بین ۱۰ تا ۱۵۰ میکرون است.
- ذرات بسیار ریز (نرمه) به دلیل احتمال برخورد پایین، و ذرات درشت به دلیل جدایش از حباب، بازیابی کمتری دارند.
- درجه آزادسازی کانی ارزشمند، تعیین‌کننده حداکثر عیار قابل دستیابی در کنسانتره است.
مواد شیمیایی فلوتاسیون
- کلکتورها: زانتات‌ها (مانند سدیم ایزوپروپیل زانتات)، دی‌تیوفسفات‌ها و تیونوکاربامات‌ها که به‌صورت انتخابی بر سطح کانی سولفیدی جذب می‌شوند.
- کف‌سازها: MIBC و پلی‌گلیکول‌ها برای تشکیل کف پایدار و کنترل اندازه حباب.
- تنظیم‌کننده‌های pH و بازداشت‌کننده‌ها: آهک برای افزایش pH به محدوده حدود ۱۰.۵ تا ۱۲ و بازداشت پیریت؛ سیلیکات سدیم برای پراکنده‌سازی باطله سیلیکاته.
پیکربندی مدار
مدار متداول تغلیظ مس شامل مراحل رافر (Rougher)، اسکاونجر (Scavenger) و کلینر (Cleaner) است. کنسانتره مرحله رافر معمولاً جهت آزادسازی بیشتر، در آسیای مجدد (Regrind) تا ابعاد حدود ۲۵ تا ۴۵ میکرون خرد شده و سپس در یک یا چند مرحله کلینر تمیزکاری می‌شود. باطله کلینر به ابتدای مدار بازگردانده می‌شود تا تلفات کانی ارزشمند کاهش یابد.
- سلول‌های مکانیکی (همزن‌دار) برای مراحل رافر و اسکاونجر با حجم‌های بزرگ.
- سلول‌های ستونی برای مراحل کلینر به دلیل امکان شستشوی کف و دستیابی به عیار بالاتر.
معیارهای طراحی
طراحی مدار بر پایه آزمایش‌های سینتیکی ناپیوسته و آزمایش مدار بسته (Locked Cycle Test) انجام می‌شود. سینتیک فلوتاسیون معمولاً با مدل مرتبه اول توصیف می‌شود: R = R∞ (1 − e^(−kt))، که در آن R∞ حداکثر بازیابی و k ثابت سرعت است. زمان ماند آزمایشگاهی با ضریب مقیاس (معمولاً ۲ تا ۳ برابر) به زمان ماند صنعتی تبدیل می‌شود.
- دانه‌بندی خوراک (P80): در کانسنگ‌های پورفیری مس معمولاً ۷۵ تا ۱۵۰ میکرون.
- درصد جامد پالپ رافر: معمولاً ۳۰ تا ۳۸ درصد وزنی.
- سرعت ظاهری گاز (Jg): معمولاً ۱ تا ۲ سانتی‌متر بر ثانیه.
- عیار کنسانتره نهایی کالکوپیریتی: معمولاً ۲۴ تا ۳۰ درصد مس با بازیابی ۸۵ تا ۹۲ درصد.
جمع‌بندی
موفقیت یک کارخانه تغلیظ به هماهنگی مدار خردایش، انتخاب صحیح مواد شیمیایی و طراحی مناسب مدار فلوتاسیون وابسته است. در پروژه کارخانه تغلیظ معدن مس چاه فیروزه، تولید سالانه ۱۰۰ هزار تن کنسانتره با عیار ۲۵ درصد مس همراه با آبگیری باطله به روش فیلتراسیون طراحی شده است.