معالجة المياه بالتعويم

أصبحت دوائر التعويم هي تقنية الفصل الأساسية للعديد من مركزات المعادن الأساسية والمعادن الثمينة، ومع ذلك فإن أداء كل خلية مرتبط بشكل لا ينفصل عن جودة المياه التي تحمل المعادن الثمينة والكواشف والرغوة. في منشأة تعدين وتعدين نموذجية، تدخل المياه إلى منطقة التعويم من مرحلة الطحن، ومن خزانات تركيب الكواشف، ومن مكثفات التركيز، وبشكل متزايد من حلقات إعادة التدوير التي تعيد ترشيح المخلفات إلى المنشأة. تحمل كل من هذه التدفقات جسيمات دقيقة وأيونات مذابة ومجمعات متبقية وزيوت معالجة يمكن أن تغير معدلات التحام الفقاعات وتغير إمكانات زيتا وتسمم الكواشف النهائية. عندما لا يتم التحكم في هذه الملوثات، تنخفض عمليات الاسترداد، وتتأثر درجات التركيز، ويرتفع استهلاك الكواشف المحددة. لذلك يستثمر المشغلون بكثافة في قطارات معالجة مياه التعويم المخصصة التي تزيل المواد الصلبة العالقة وتضبط العسر والقلوية وتزيل المواد العضوية الزائدة وتطهر النمو البيولوجي الذي من شأنه أن يفسد الدائرة. ولا تعتبر هذه المعالجة فكرة ثانوية، ولكنها تقنية تمكين أساسية تحافظ على الميزانية العمومية المعدنية في الميزانية العمومية المعدنية في حالة جيدة.

ما هي إذن معالجة مياه التعويم في صناعة التعدين والمعادن؟ إنها مجموعة متكاملة من عمليات الوحدة الفيزيائية والكيميائية وأحيانًا البيولوجية التي تعمل على تكييف المياه الخام أو المعاد تدويرها أو مياه المكياج لتلبية المواصفات الصارمة للعكارة والكيمياء والميكروبيولوجية التي يتطلبها التعويم بالزبد الحديث. من خلال إزالة الطين متناهي الصغر الذي يمتص المجمع، والتحكم في الكالسيوم والمغنيسيوم الذي يخفض شحنة السطح، وأكسدة الثيول الذي يخفض تكوين الفقاعات، يضمن قطار المعالجة أن يكون تشتت الهواء متوقعًا، وأن تعمل الكواشف بالجرعة المصممة لها، وأن تظل الرغوة مستقرة بما يكفي لنقل المعادن القيمة إلى المغاسل دون أن تتسرب إليها الشوائب. وباختصار، فإن معالجة مياه التعويم هي الرافعة غير المرئية التي تجعل التحرير والتجميع والفصل مجدية اقتصاديًا في المكثفات الحالية. وتزيد دوافع الاستدامة، وضغوط ندرة المياه، والتزامات الشركات فيما يتعلق بالحوكمة البيئية والاجتماعية وحوكمة الشركات من أهميتها لأن كل متر مكعب من المياه التي يمكن إعادة تدويرها بأمان يقلل من استهلاك المياه العذبة وتكاليف التصاريح والمخاطر البيئية. ولهذا السبب يناقش مصممو المصانع الآن المياه في نفس الوقت الذي يناقش فيه مصممو المصانع طاقة الطحن ومخططات الكواشف عند تحديد حجم مشروع جديد.

تعمل هذه الأنظمة بشكل متناسق لتوفير مياه نقية ومتسقة وغير ضارة كيميائياً. تزيل كل وحدة فئة مختلفة من المواد الكريهة، ويقلل التباعد بينها بالترتيب أعلاه من استخدام الطاقة والتكلفة الكيميائية. ويتحمل جهاز التصفية حمل المواد الصلبة الثقيلة، وتوفر مرشحات الجاذبية تلميعًا غير مكلف للجسيمات، ويوفر الترشيح الفائق حاجزًا فيزيائيًا لاختراق المستحلبات، ويضبط الترشيح النانوي القوة الأيونية دون الإفراط في التليين، ويوفر AOP التأمين التأكسدي النهائي الذي يحافظ على الدائرة خالية من المواد الخافضة للتوتر السطحي الميكروبية. من خلال الجمع بين هذه العمليات، تقوم المصانع بشكل روتيني بإعادة تدوير ما بين 70% إلى 90% من مياه معالجة التعويم، وخفض استهلاك الجير للتحكم في الأس الهيدروجيني، وخفض الجرعات الزائدة من الكواشف، كل ذلك مع تلبية تصاريح التصريف الصارمة لتيار النزف الصغير الذي يترك الحلقة.

بارامترات جودة المياه الرئيسية التي يتم رصدها

إن الحفاظ على رقابة صارمة على جودة المياه ليس ممارسة سلبية؛ فهو يتطلب مراقبة مستمرة عبر الإنترنت، وتأكيدًا مختبريًا سريعًا، وتحليلات قوية للبيانات لربط الانحرافات مع التحولات في الاسترداد أو الدرجة. المحطات التي كانت تأخذ العينات مرة واحدة في كل وردية تقوم الآن بنشر أجهزة استشعار متعددة القنوات تغذي لوحات تحكم SCADA كل دقيقة. في الفقرة الأولى هنا، نوضح كيف أن التعكر يظل المقياس الأكثر بديهية لأن ارتفاع التعكر غالبًا ما يسبق زعزعة استقرار الزبد، ومع ذلك لا يمكن للعكارة وحدها التنبؤ بالتوسع أو فقدان الكاشف. وتكشف اتجاهات التوصيلية عن تراكم الأيونات المعاد تدويرها، بينما توفر إمكانات اختزال الأكسدة (ORP) مؤشرًا في الوقت الحقيقي لأنواع الكبريتيد المتبقية التي قد تخفض معادن الكبريتيد القيمة. وتسلط الفقرة نفسها الضوء على أن الأكسجين المذاب، على الرغم من أنه ليس مقياسًا تقليديًا لجودة المياه، إلا أنه يؤثر على تنوي الفقاعات الدقيقة في وحدات المعالجة المسبقة للتعويم بالهواء المذاب (DAF).

تستكشف الفقرة الثانية أهمية البارامترات الأقل شهرة مثل الكربون العضوي المذاب (DOC)، وإمكانات زيتا ونسب الكالسيوم إلى الصوديوم. يمكن أن تشير الاختلافات في DOC إلى اختراق جزيئات المجمّع، في حين أن التحولات في إمكانات زيتا غالبًا ما تنذر بضعف ارتباط المجمّع أو التنشيط غير المتوقع للعقدة. تقوم خوارزميات المستشعرات اللينة الآن بتقدير المتغيرات غير المقيسة، وتغذي حلقات التحكم التنبؤي بالنموذج (MPC) التي تضبط معدلات الجير والتخثر وتدفق الهواء تلقائيًا. أخيرًا، تشير الفقرة إلى الضغط التنظيمي المتزايد لمراقبة المواد البلاستيكية الدقيقة والمعادن النزرة في المياه المعاد تدويرها، مما يدفع المشغلين نحو مجموعات تحليلية أكثر تطورًا واختبارات تكامل الأغشية.

اعتبارات التصميم والتنفيذ

يبدأ تصميم قطار معالجة مياه التعويم بميزان مائي صارم يحدد كمية المياه الخام المتاحة، وأجزاء إعادة التدوير، وأحجام النزف في ظل ظروف الإنتاجية القصوى والعادية والدنيا. تناقش الفقرة الأولى من هذا القسم كيف تؤثر هيدرولوجيا الموقع والمناخ على ذروة أحمال المواد الصلبة العالقة، مما يجبر المصممين في المناخات القاحلة على حساب العواصف الترابية التي تزيد من التعكر، في حين يجب أن تتعامل عمليات المناخ الرطب مع التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة التي تؤثر على حركية التلبد. يجب أن يأخذ تحديد حجم المضخة لحلقات إعادة التدوير في الاعتبار ليس فقط الرأس الهيدروليكي ولكن أيضًا حساسية القص لمواد التلبد البوليمرية التي يمكن أن تتحلل إذا كانت الدفاعات تدور بسرعة كبيرة. يؤكد مهندسو العمليات أيضًا أن مواد الخزانات والحشيات والطلاءات تقاوم ضباب حمض الكبريتيك منخفض المستوى الذي غالبًا ما يكون موجودًا بالقرب من محطات التكسير، مما يمنع التآكل المبكر الذي من شأنه أن يلوث المياه المعالجة بأيونات الحديد.

وتنتقل الفقرة الثانية إلى الهندسة الرقمية، مشيرة إلى أن شركات الهندسة والمشتريات والإنشاءات تبني بشكل متزايد نماذج محاكاة ديناميكية باستخدام أدوات مثل IDEAS أو SysCAD لتقييم جداول الصمامات وتفاعلات حلقة التحكم وأوقات استرداد الاضطرابات. يتم وضع رفوف الغشاء في منصات نمذجة معلومات المباني ثلاثية الأبعاد بحيث يتم التحقق من خلوص الصيانة ومسارات الرافعات العلوية وزلاجات الجرعات الكيميائية قبل البدء في العمل. يدمج المصممون أجهزة حافة إنترنت الأشياء التي تنقل بيانات التدفق المتخلل كل ساعة إلى لوحات التحكم السحابية، حيث تتنبأ نماذج التعلم الآلي بمحفزات التنظيف المكاني (CIP) قبل أربعة إلى سبعة أيام. ثم ينتقل الاهتمام بعد ذلك إلى تحسين الطاقة: حيث تقوم المحركات متغيرة السرعة على مضخات التغذية بتتبع الضغط التفاضلي عبر حزم الترشيح الفائق، بينما تستخدم زلاجات الترشيح الفائق صمامات الضغط الخلفي المتخلل لزيادة الاسترداد إلى أقصى حد دون تجاوز 80 % من عامل تلوث الغشاء. وتتطلب أهداف الاستدامة تقييمات دورة حياة الكربون، مما يدفع إلى اختيار المحركات عالية الكفاءة ومولدات الأوزون التي تعمل بالطاقة الشمسية عندما تكون طاقة الشبكة كثيفة الكربون.

التشغيل والصيانة

يتطلب تشغيل نظام معالجة مياه التعويم اليقظة المستمرة، لأنه حتى الهفوات الصغيرة تنتشر بسرعة عبر الدائرة وتؤدي إلى تآكل الأداء المعدني. وتلاحظ الفقرة الافتتاحية أن معظم المحطات تقوم بتشغيل جهاز التصفية على حلقة تحكم في عمق قاع الحمأة مرتبطة بمحول طاقة سونار؛ وعندما يُسمح بتراكم بطانيات المواد الصلبة العميقة، فإنها تعمل كبوليمرات في الموقع وتقلل من الطلب الكيميائي، ومع ذلك يجب على المشغلين منع انتقال القاع إلى السد. يتم ضبط توقيت دورات الغسيل العكسي الأوتوماتيكية على المرشحات ثنائية الوسائط ليس فقط على فقدان الرأس ولكن أيضًا على جداول توصيل المياه لضمان عدم جفاف خزانات المكياج الكاشفة الحرجة. يتجه المشغلون إلى اتجاه الموصلية النفاذية وSDI وتفاضل الضغط النفاذي لاكتشاف القاذورات العضوية قبل ارتفاع الضغط التفاضلي.

تسلط الفقرة الثانية الضوء على فلسفات الصيانة التي توازن بين المهام الوقائية والتنبؤية والانتهازية. تخضع حزم الترشيح الفائق لنبضات أسبوعية من الهواء تليها عمليات الغسيل العكسي المعزز كيميائيًا التي تتناوب بين المواد القلوية الخافضة للتوتر السطحي وحامض الستريك. تتلقى عناصر الترشيح غير المرتبط بالترشيح الفائق نبضات تنظيف مكاني فصلية منخفضة الأس الهيدروجيني لإذابة نوى الجبس، مع تشريح الغشاء كل عامين. يتم فحص أقطاب مولدات الأوزون الكهربائية نصف السنوية للكشف عن تكلس نترات الكالسيوم، ويتم استبدال مصابيح الأشعة فوق البنفسجية بمجرد انخفاض الإشعاع إلى أقل من 70% من اللوحة الاسمية. تولد التحليلات الرقمية المزدوجة إرشادات تظهر في نظام إدارة إدارة إدارة المصنع، مما يسمح للمخططين بمواءمة تنظيف الأغشية مع عمليات الإغلاق المجدولة لصيانة المحطة وبالتالي تقليل وقت التوقف عن العمل. ويظل تدريب المشغلين أمرًا حيويًا: يتدرب موظفو المناوبة على سيناريوهات الاضطراب الوهمية حيث تتجاوز نسبة تعكر المياه الخام قيم التصميم، مما يؤدي إلى صقل استجاباتهم في غرفة التحكم الافتراضية قبل أن تضرب الظروف المماثلة المحطة الحقيقية.

التحديات والحلول

معالجة المياه بالتعويم لا تخلو من العقبات. وتتناول الفقرة الأولى من الفقرتين بالتفصيل المرونة المناخية، حيث يجبر الجفاف المحطات على إعادة تدوير كل لتر تقريبًا، مما يؤدي إلى تركيز الكبريتات والكلوريد بما يتجاوز مستويات التصميم والمخاطرة بتكلس الأغشية. وفي الوقت نفسه، يمكن لأحداث العواصف المفاجئة أن تطغى على أجهزة التصفية وتتسبب في ارتفاع حاد في الطين المحمول الذي يستهلك المجمّع ويسدّ المغاسل. ولا تزال القاذورات البيولوجية تشكل تهديدًا خفيًا في المناخات الدافئة، حيث تطلق الأغشية الحيوية على جدران الأنابيب السكريات التي تزعزع استقرار الزبد. ويؤدي التدقيق التنظيمي على مياه المخلفات الحاملة للسيانيد إلى تشديد حدود تصريف النفايات السائلة، مما يتطلب سلاسل معالجة متعددة الاستخدامات يمكنها تدمير الثيوسيانات مع تجنب توليد منتجات ثانوية سامة مكلورة.

تشرح الفقرة الثانية كيفية مواجهة المصانع لهذه التحديات من خلال المعدات المعيارية والأتمتة القوية والمواد الكيميائية المتقدمة. يضيف المصممون حزم الصفيحة المتوازية التي يمكن عزلها أثناء التنظيف، مما يسمح بخدمة متواصلة. يتم تثبيت حزم الأغشية على مزلقات انزلاقية بحيث يمكن تبديل الرفوف بأكملها أثناء حدوث تلوث كارثي، مما يسمح للمشغلين بالتنظيف دون اتصال بالإنترنت. تقلل مواد التخثر المخلوطة التي تجمع بين كلوروهيدرات الألومنيوم والكلوروهيدرات والنشا المعدل من حجم الحمأة وتقلل من استخدام الجير بنسبة 30%. تكتشف المجسات الطيفية في الوقت الحقيقي اختراق المجمع بعد دقائق من حدوثه، مما يسمح بإجراء تعديلات فورية على تغذية البيروكسيد. وأخيراً، تقوم مراكز الدعم عن بُعد بمراقبة عشرات المناجم على مستوى العالم، مما يدفع بتحديثات ضبط حلقة التحكم عبر الهواء التي تعمل على استقرار العمليات دون الحاجة إلى مهندسين مكلفين.

المزايا والعيوب

يتطلب تقييم أي استراتيجية معالجة نظرة متوازنة تزن الفوائد المعدنية مقابل الأعباء الرأسمالية والتشغيلية. في الفقرة الأولى، نؤكد على أن الميزة الرئيسية لقطار معالجة مياه التعويم المصممة بشكل جيد هي تحسين الاستخلاص: عادة ما تبلغ المناجم عن مكاسب تتراوح بين نقطة مئوية إلى نقطتين مئويتين في استخلاص النحاس أو الرصاص عند بدء التشغيل، مما يترجم إلى ملايين الدولارات سنويًا. ويتبع ذلك تحسين الكاشف لأن المياه النظيفة تقلل من الطلب على الرغوة والمجمع، مما يمدد فترات إمداد الكواشف ويخفض التكاليف اللوجستية في المواقع النائية. وتتحقق وفورات في الطاقة عندما تتطلب نفاذية الرذاذ غير المتخلل كمية أقل من الجير للتحكم في الأس الهيدروجيني، وتتحسن مقاييس الاستدامة لأن استخراج المياه العذبة ينخفض بشكل كبير. وعلى العكس من ذلك، تأتي هذه المكاسب مصحوبة بنفقات رأسمالية كبيرة للأغشية وأنظمة الأوزون وأجهزة الأتمتة، وتفرض تعقيدًا إضافيًا على صيانة المحطة.

تؤكد الفقرة الثانية على أن تلوث الأغشية ودورات التنظيف الكيميائي يمكن أن يؤدي إلى تآكل التوافر إذا لم تتم إدارتها. تعمل المضخات عالية الضغط على رفع الطلب على الكهرباء ما لم يتم تركيب محركات متغيرة التردد وأجهزة استرداد الطاقة. يجب على المشغلين تخزين المؤكسدات مثل بيروكسيد الهيدروجين، مما يفرض متطلبات الامتثال للسلامة. وعلاوة على ذلك، يجب التخلص من الحمأة الناتجة عن أجهزة التصفية ومحاليل التنظيف المستهلكة بطريقة مسؤولة، مما يزيد من البصمة البيئية. وأخيرًا، يمكن أن يؤدي التقدم السريع في تكنولوجيا الأغشية وأجهزة الاستشعار إلى جعل المعدات المركبة حديثًا متقادمة في وقت أقرب من الأصول الميكانيكية التقليدية، مما يشكل تحديًا لجداول الإهلاك وتخطيط الترقية.

الأسئلة المتداولة

تحيط الكثير من المفاهيم الخاطئة بمعالجة مياه التعويم، ويساعد قسم الأسئلة الشائعة المدروس المهندسين ومديري المصانع على اتخاذ قرارات مستنيرة. تقدم الفقرة الأولى الهدف: توضيح القضايا العملية مثل متوسط العمر المتوقع للأغشية، والقدرة على التكيف مع تغيرات الخام، والتكامل مع أنظمة التحكم الحالية. كما أنها تسلط الضوء على أن العديد من صانعي القرار لا يزالون يفترضون أن الترسيب التقليدي وحده كافٍ، متجاهلين الفوائد التآزرية للعمليات المزدوجة مثل الترشيح غير المائي والتلوث بالملوثات العضوية الثابتة. وتوضح الفقرة أن جميع الإجابات تعتمد على بيانات ميدانية من مناجم النحاس والنيكل والمناجم الأرضية النادرة في جميع أنحاء العالم، مما يضمن ملاءمة جميع أنواع الخامات. تشجع الفقرة الثانية القراء على التعامل مع الأسئلة الشائعة كوثيقة حية يجب أن تتطور مع كل تجربة للمصنع أو تحول كاشف أو تحديث تنظيمي. وتذكّر الفقرة المشغلين بأنه على الرغم من أن كل منجم فريد من نوعه، إلا أن المبادئ الأساسية لإزالة الجسيمات وضبط الكيمياء وأكسدة المواد العضوية تظل عالمية. أخيرًا، تشير الفقرة إلى أن تبني التوائم الرقمية والمراقبة عن بُعد يقصر منحنى التعلم بشكل كبير، مما يسمح حتى للمواقع الجديدة بتخطي المنشآت القديمة في الأداء.

س1: كم مرة يجب استبدال أغشية NF في دائرة مياه التعويم؟

ج 1: مع المعالجة المسبقة المناسبة وعمليات التنظيف المكاني ربع السنوية، تدوم عناصر الترشيح النانوي عادةً من خمس إلى سبع سنوات قبل أن ينخفض تدفق النفاذية إلى أقل من 80% من التصميم.

س2: هل يمكن إعادة استخدام مياه التعويم المعالجة في مرحلة الطحن دون الإضرار بكفاءة الطحن؟

ج2: نعم؛ يزيل التلميع عن طريق التفلور المعزز والمرشح غير المفلور معظم المواد العضوية والصلابة، مما يمنع الانسيابية غير الطبيعية في طواحين الملاط، على الرغم من أنه يُنصح بمراقبة أثر المواد الخافضة للتوتر السطحي.

س3: هل يؤثر الأوزون على كيمياء كاشف التعويم في المصب؟

ج3: يتحلل الأوزون المتبقي بسرعة في الدائرة وعادةً ما يتم إخماده بواسطة البيروكسيد أو المواد العضوية، لذا فإن التداخل مع مجمعات الزانثات يكون ضئيلاً عندما يتم التحكم في ORP بشكل صحيح.

س4: ما هي فترة الاسترداد النموذجية لمحطة معالجة المياه بالتعويم الكامل؟

ج4: يتراوح الاسترداد من 18 إلى 36 شهرًا حسب أسعار المعادن وعقوبات ندرة المياه ووفورات تكاليف الكواشف المحققة بعد التشغيل.

س5: كيف تتم إدارة الحمأة الناتجة عن أجهزة التصفية في مواقع المناجم النائية؟

ج5: يقوم المشغلون بتكثيف الحمأة إلى 55% من المواد الصلبة، أو مزجها في عجينة المخلفات، أو تثبيتها بالأسمنت لاستخدامها كردم هيكلي في المحابس تحت الأرض.

س6: هل ستؤدي زيادة إعادة التدوير إلى حدوث مشاكل في أنابيب المخلفات؟

ج6: يمكن أن يؤدي ارتفاع نسبة الكبريتات والصلابة إلى زيادة مخاطر التقشر، ولكن التحكم في النزف والمزج بالإضافة إلى جرعات مضادات القشور يحافظ على القوة الأيونية أقل من حدود التشبع.

س7: هل المعالجات البيولوجية مثل MBBR قابلة للتطبيق في المناجم ذات المناخ البارد؟

ج7: تعمل مفاعلات الأغشية الحيوية الرقيقة المتحركة حتى 4 درجات مئوية إذا تم تحسين توازن المغذيات ووقت الاحتفاظ بالناقل، على الرغم من أن فصل الشتاء في الخزانات أمر ضروري.