این جلسه در تاریخ ۱۴۰۴/۱۰/۰۷ با موضوع «استانداردسازی راهبری مدار تیکنرهای باطله در مجتمع مس سرچشمه» برگزار شد. موضوعات مطرح‌شده شامل معرفی مدار تیکنرهای باطله، مشکلات تیکنرهای ۳ و ۵ و عوامل آن، مقایسه سیستم ساخت فلوکولانت تیکنر ۴ با تیکنرهای ۳ و ۵، بررسی پمپ‌های تزریق فلوکولانت تیکنرهای ۴ و ۵، اصلاح نقاط تزریق فلوکولانت تیکنر ۵ و اقدامات انجام شده، نتیجه‌گیری و جمع‌بندی بودند.

مجتمع مس سرچشمه دارای پنج تیکنر باطله با قطر ۱۲۱/۹ متر و با ارتفاع ۶/۴ متر در مرکز تیکنر است. باطله کارخانه پرعیارکنی یک و دو از طریق دو لوله با قطر ۱۲۱/۹ سانتی‌متر به‌صورت ثقلی به سمت مقسم اولیه هدایت می‌شود. این مخزن دارای دو خروجی است که در دهانه هر یک از آنها دریچه‌ای برای تنظیم بار قرار داده شده است. هر یک از این خروجی‌ها به لوله‌های ۱۲۱/۹ سانتی‌متری دیگری متصل است که وارد مقسم‌های ۱ و ۲ می‌شود (شکل ۱).

با تأسیس کارخانه دره زار، باطله آن از طریق یک لوله با قطر ۱۲۱/۹ سانتی‌متر به‌صورت ثقلی به سمت مقسم اولیه هدایت می‌شود و سپس به‌صورت جداگانه، به‌وسیله یک لوله خروجی با همان قطر، به سمت تقسیم‌کننده ۲ هدایت می‌گردد.

در مسیر تیکنرهای ۱ و ۲ تقسیم‌کننده شماره ۱ و در مسیر تیکنرهای ۳ و ۴ و ۵ تقسیم‌کننده شماره ۲ وجود دارد. ته‌ریز تیکنرهای ۱ و ۲ به حوضچه شماره ۱ و ته‌ریز تیکنرهای ۳، ۴ و ۵ به حوضچه شماره ۲ ریخته می‌شود. از این حوضچه‌ مواد به‌صورت ثقلی به سمت تیکنرهای خمیری و در نهایت به سد باطله هدایت می‌گردد.

آب سرریز تیکنرهای باطله به همراه آب برگشتی از تیکنرهای خمیری و آب برگشتی از سد باطله به سمت استخرها هدایت و سپس از آنجا به کارخانه‌های پرعیارکنی ارسال می‌شود.

شکل ۱: معرفی مدار تیکنرهای باطله

همانطور که اشاره شد باطله کارخانه دره‌زار به تیکنرهای ۳، ۴ و ۵ اضافه می‌شود. طبق پایش‌های انجام شده تیکنر شماره ۴ عملکرد بهتری نسبت به تیکنرهای ۳ و ۵ دارد (شکل ۲).

از مشکلات تیکنر شماره ۵ وجود کدورت مقطعی آب شفاف در سطح تیکنر است (شکل ۳). یکی از مهم‌ترین عوامل ایجاد این مشکل آماده‌سازی نامناسب فلوکولانت است.

  شکل ۲: سطح شفاف تیکنر ۴

شکل ۳: کدورت مقطعی آب شفاف درسطح تیکنر ۵

عوامل موثر بر آماده‌سازی مناسب فلوکولانت:

• زمان آماده‌سازی فلوکولانت.

به منظور باز شدگی کامل زنجیره‌های فلوکولانت و به حداکثر رساندن طول و کارایی آن، نیاز به زمان آماده‌سازی مناسبی است.

• غلظت آماده‌سازی و تزریق فلوکولانت:

در مخازن، فلوکولانت با غلظت بالاتری آماده‌سازی شده و پس از رقیق‌سازی به تیکنر تزریق می‌شود.

غلظت آماده‌سازی بالاتر است. درصورتی که با غلظت تزریق، آماده‌سازی انجام شود نیاز به مخازن و حجم بیشتری است.

پس از رقیق‌سازی، فلوکلولانت به تیکنر ترزیق می‌گردد. رقیق‌سازی به جهت توزیع یکنواخت فلوکولانت در پالپ، افزایش برخورد فلوکولانت با ذرات و جلوگیری از تخریب زنجیره‌ها، صورت می‌گیرد.

• نرخ افزودن فلوکولانت خشک به آب:

هرچه فلوکولانت آهسته و دانه دانه به آب اضافه شود کارایی بیشتری را به دنبال دارد.

اگر فلوکولانت یکباره به آب اضافه گردد باعث تشکیل لکه می‌شود. منظور از لکه تجمعی از فلوکولانت است. به دلیل افزودن یکباره فلوکولانت خشک به آب، لایه‌های بیرونی فلوکولانت با سطح آب تماس پیدا کرده و باعث جلوگیری از نفوذ آب به داخل هسته آن می‌گردد. در این حالت آماده‌سازی، بخشی از فلوکولانت تهیه شده ژله‌ای شده و به دلیل کامل باز نشدن زنجیره‌های فلوکولانت در لکه‌ها، افزایش مصرف فلوکولانت را به دنبال دارد.

• سرعت چرخش همزن:

سرعت چرخش همزن در فرآیند آماده‌سازی فلوکولانت بر دو عامل اثرگذار است. از یک سو باید به حدی باشد که زنجیره‌های پلیمری به طور کامل باز شوند و از سوی دیگر باید از تخریب این زنجیره‌های بلند و شکننده جلوگیری کند. به همین دلیل، سرعت همزن در مخازن متوالی نباید یکسان باشد؛ چرا که پس از باز شدن کامل زنجیره‌ها در مراحل اولیه، ساختار آنها در مقابل تنش‌های برشی حساس‌تر می‌شود و به منظور حفظ یکپارچگی زنجیره‌ها، سرعت چرخش در مخزن نهایی باید کمتر از مخازن قبلی تنظیم شود.

فلوکولانت، به عنوان یک پلیمر محلول در آب با وزن مولکولی بالا، می‌تواند فرآیند آب‌گیری را به طور مؤثری بهبود بخشد؛ اما برای دستیابی به کارایی مطلوب، نیازمند اختصاص زمان کافی برای باز شدن تدریجی زنجیره‌های پلیمری خود است. بر اساس تئوری اوون و همکاران (شکل ۴)، این فرآیند باز شدن در سه مرحله صورت می‌پذیرد: ابتدا بلافاصله پس از افزودن فلوکولانت به آب، زنجیره‌ها در حالت جمع‌شده قرار دارند. با گذشت زمان ناکافی، زنجیره‌ها تنها تا حدی باز می‌شوند که منجر به تشکیل لکه و در نتیجه ایجاد یک محیط ناهمگن با ویسکوزیته‌های موضعی متفاوت (حالت دو فازی) می‌گردد. این ناهمگنی سبب کاهش کارایی فلوکولانت و در نهایت افزایش مصرف آن می‌شود. تنها با اختصاص زمان آماده‌سازی مناسب، زنجیره‌ها به طور کامل و یکنواخت باز شده و فلوکولانت برای استفاده بهینه آماده می‌شود.

شکل ۴: تئوری اوون و همکاران (۲۰۰۹). نحوه بازشدن زنجیره فلوکولانت

هدف از افزودن فلوکولانت، یکسان‌سازی سرعت ته‌نشینی ذرات با دانه‌بندی وسیع است تا تمامی آن‌ها با سرعتی مشابه ته‌نشین شده و خط گل مناسبی تشکیل شود.

با توجه به شکل (۵)، سیستم فلوکولانت‌سازی تیکنرهای ۳ و ۵ شامل سه مخزن آماده‌ساز با قطر ۲٫۱۰ متر و ارتفاع ۲٫۰ متر است. فرآیند به این صورت آغاز می‌شود که فلوکولانت خشک به داخل یک مخزن ذخیره اولیه با ظرفیت ۷۵۰ کیلوگرم تخلیه شده و سپس توسط یک مارپیچ خوراک‌دهنده به تدریج به داخل یک قیف منتقل می‌گردد؛ در این مرحله، فلوکولانت با آب مخلوط شده و به کمک اختلاف فشار به مخازن آماده‌سازی منتقل می‌شود. این مرحله به صورت ناپیوسته و آماده‌سازی فلوکولانت با غلظت ۰٫۲ درصد انجام می‌پذیرد. برای افزایش زمان ماند و جلوگیری از پدیده میان‌بر زنی جریان، از تیغه‌های نوسان‌گیر (baffle) استفاده شده است. مخزن سوم مجهز به دو سطح‌سنج است که آغاز و توقف سیکل آماده‌سازی را بر اساس سطح موجود کنترل می‌کند؛ به طوری که با رسیدن سطح به حداقل، عملیات آماده‌سازی شروع شده و تا رسیدن به سطح حداکثر ادامه می‌یابد. در کنار این مخزن، یک شاخص نصب شده که از طریق آن می‌توان دبی پمپ را در سرعت مشخصی محاسبه کرد. در صورت وجود لکه‌های ژله‌ای ناشی از انحلال ناقص، ویسکوزیته موضعی افزایش یافته و دبی ارسالی در همان سرعت کاهش می‌یابد که این تغییر به عنوان نشانه‌ای از وجود لکه شناسایی می‌شود. این شاخص همچنین امکان مشاهده سطح مایع در مخزن را نیز فراهم می‌کند. در نهایت، پمپ‌های تزریق متصل به مخزن سوم، محلول را به یک مخلوط‌کننده ثابت منتقل کرده و پس از رقیق‌سازی نهایی، فلوکولانت با غلظت ۰٫۰۴ درصد به تیکنر تزریق می‌شود.

شکل ۵: شماتیک و معرفی سیستم ساخت فلوکولانت

باتوجه به اینکه تیکنر ۴ عملکرد بهتری داشته است، دوره آماده‌سازی فلوکولانت در سیستم ساخت تیکنرهای ۳ و ۵ و سیستم ساخت تیکنر ۴ مورد بررسی قرار گرفت (جدول ۱ و ۲).

جدول ۱: دوره آماده‌سازی فلوکولانت تیکنرهای ۳ و ۵

فاصله بین شروع هر دو دوره برابر با ۸ دقیقه است.

جدول ۲: دوره آماده‌سازی فلوکولانت تیکنر ۴

فاصله بین شروع هر دو دوره برابر با ۱۰ دقیقه است.

همانطور که مشخص است، زمان افزودن فلوکولانت خشک به آب در سیستم ساخت فلوکولانت تیکنر ۴ برابر ۱۵۹ ثانیه (بیشتر از زمان افزودن فلوکولانت خشک به آب در سیستم ۳ و ۵) است.

به دلیل اینکه در هر دو سیستم از ۳ مخزن استفاده می‌شود، حجم کل در هردو سیستم برابر با ۱۷٫۵ مترمکعب است.

طبق جدول ۳، زمان ماند هردو سیستم محاسبه شد.

جدول ۳: زمان آماده‌سازی فلوکولانت تیکنرهای ۳، ۵ و ۴

بررسی‌ها نشان می‌دهد که در صورت کاهش غلظت آماده‌سازی فلوکولانت در سیستم تیکنرهای ۳ و ۵ از ۰٫۲ درصد به ۰٫۱۳ درصد (مطابق با سیستم تیکنر ۴)، زمان ماند فلوکولانت از مقدار فعلی به حدود ۹۰ دقیقه کاهش خواهد یافت. همچنین با افزودن یک مخزن دیگر به این سیستم، زمان ماند از ۱۱۲ دقیقه به ۱۵۰ دقیقه افزایش پیدا می‌کند. این تغییرات زمان ماند به‌طور مستقیم بر کیفیت باز شدن زنجیره‌های پلیمری اثر گذاشته؛ به طوری که زمان کوتاه‌تر ممکن است فرآیند آماده‌سازی را ناقص کند، در حالی که زمان طولانی‌تر می‌تواند به باز شدن کامل و یکنواخت زنجیره‌ها کمک نماید.

طبق زمان‌های ماند به دست‌آمده و با توجه به توصیه کاتالوگ فلوکولانت مبنی بر زمان آماده‌سازی ۹۰ دقیقه، آزمایشی در شرایط آزمایشگاهی با غلظت ۰٫۲ درصد و در دو بازه زمانی ۹۰ و ۱۵۰ دقیقه انجام شد. پس از گذشت هر زمان، فلوکولانت‌ها بر روی سرند ریخته و میزان لکه‌های ژله‌ای موجود در آن‌ها بررسی گردید. نتایج نشان داد که در زمان آماده‌سازی ۹۰ دقیقه، لکه‌های تجمع‌یافته به‌وضوح بیشتر بودند، در حالی که با افزایش زمان به ۱۵۰ دقیقه، مقدار این لکه‌ها کاهش یافت.

همان‌طور که اشاره شد، آماده‌سازی نامناسب فلوکولانت می‌تواند از عوامل مهم ایجاد کدورت مقطعی در آب شفاف باشد. به‌منظور مقایسه عملکرد فلوکولانت آماده‌شده در صنعت با نمونه آزمایشگاهی، از همان فلوکولانت و با شرایط یکسان صنعتی (غلظت آماده‌سازی ۰٫۲ درصد، غلظت تزریق ۰٫۰۴ درصد و زمان آماده‌سازی ۱۱۲ دقیقه) در آزمایشگاه تهیه شد. آزمایش ته‌نشینی با دو نمونه انجام گرفت: نمونه آزمایشگاهی با مقدار ۸ گرم بر تن و نمونه صنعتی با مقدار ۱۰ گرم بر تن. مطابق (شکل ۶) که ارتفاع گل (سانتی‌متر) را بر حسب زمان (ثانیه) نشان می‌دهد، شیب منحنی مربوط به فلوکولانت آزمایشگاهی (منحنی سبز) نسبت به منحنی صنعتی (منحنی قرمز) بیشتر است که نشان‌دهنده سرعت ته‌نشینی بالاتر و در نتیجه شفافیت بهتر آب سرریز در نمونه آزمایشگاهی است. همچنین پس از مدت زمان یکسان، ارتفاع گل در منحنی سبز پایین‌تر است که بیانگر درصد جامد بیشتر و آب محبوس شده کمتر در ساختار گل می‌باشد. این نتایج حاکی از تأثیر مثبت آماده‌سازی دقیق‌تر در آزمایشگاه بر کارایی فلوکولانت است.

شکل ۶: مقایسه کارایی فلوکولانت صنعتی و آزمایشگاهی

در آزمایش دیگری، تأثیر مدت زمان افزودن فلوکولانت خشک به آب بر عملکرد نهایی آن مورد بررسی قرار گرفت. این آزمون در شرایط کاملاً یکسان (از نظر غلظت آماده‌سازی، غلظت تزریق و زمان آماده‌سازی) و با استفاده از یک نوع فلوکولانت انجام شد. مطابق (شکل ۷) که ارتفاع گل (سانتی‌متر) را بر حسب زمان (ثانیه) نمایش می‌دهد، منحنی سبز مربوط به افزودن تدریجی فلوکولانت در مدت ۱۲۰ ثانیه و منحنی قرمز مربوط به افزودن سریع آن در ۱۰ ثانیه است.

بر اساس نتایج، شیب بیشتر منحنی سبز نشان‌دهنده سرعت ته‌نشینی بالاتر در روش افزودن تدریجی است. همچنین، ارتفاع نهایی گل در این روش پس از مدت زمان یکسان، کمتر از حالت افزودن سریع می‌باشد. این بهبود عملکرد را می‌توان به جلوگیری از تشکیل لکه و توزیع یکنواخت‌تر زنجیره‌های پلیمری در طول زمان افزودن طولانی‌تر نسبت داد که در نهایت کارایی فرآیند ته‌نشینی را افزایش می‌دهد.

شکل ۷: نتایج آزمایش ته‌نشینی با زمان افزودن متفاوت فلوکولانت

در آزمایش دیگری، تأثیر زمان آماده‌سازی بر عملکرد فلوکولانت در شرایط با غلظت بالاتر مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، تست ته‌نشینی با غلظت آماده‌سازی ۰٫۵ درصد و غلظت تزریق ۰٫۲ درصد در دو بازه زمانی ۱۱۰ و ۱۵۰ دقیقه انجام شد. مطابق (شکل ۸) که ارتفاع گل (سانتی‌متر) را بر حسب زمان (ثانیه) نشان می‌دهد، منحنی سبز رنگ مربوط به زمان آماده‌سازی ۱۵۰ دقیقه و منحنی قرمز رنگ مربوط به زمان ۱۱۰ دقیقه است. شیب بیشتر منحنی سبز حاکی از سرعت ته‌نشینی بالاتر در زمان آماده‌سازی طولانی‌تر است که منجر به شفافیت بهتر آب سرریز می‌شود. همچنین، ارتفاع گل در زمان یکسان برای نمونه با آماده‌سازی ۱۵۰ دقیقه کمتر است که نشان‌دهنده درصد جامد بالاتر و آب محبوس شده کمتر در ساختار گل می‌باشد. این نتایج تأکید می‌کند که حتی در غلظت‌های بالاتر، تأمین زمان کافی برای آماده‌سازی، نقش تعیین‌کننده‌ای در دستیابی به بازدهی مطلوب فلوکولانت دارد.

شکل ۸: نتایج آزمایش ته‌نشینی فلوکولانت در زمان ماندهای متفاوت

پس از بررسی نحوه آماده‌سازی فلوکولانت، به تحلیل پمپ‌های تزریق آن در تیکنرهای ۴ و ۵ پرداخته می‌شود. در تیکنر ۴ از دو پمپ بزرگ استفاده می‌گردد که یکی در مدار و دیگری به صورت آماده‌به‌کار (Standby) قرار دارد (شکل ۹). در مقابل، تیکنر ۵ مجهز به چهار پمپ کوچک است که همگی به صورت همزمان در مدار قرار دارند (شکل ۱۰).

شکل ۹: پمپ تزریق فلوکولانت تیکنر ۴

شکل ۱۰: پمپ تزریق فلوکولانت تیکنر ۳ و ۵

این تفاوت، چالش‌های عملیاتی مشخصی را ایجاد می‌کند که از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

– نیاز به حضور مداوم هر چهار پمپ در مدار: در صورت خرابی هر یک از پمپ‌ها، از ظرفیت پمپ‌های تزریق تیکنر ۳ به عنوان پشتیبان استفاده می‌شود.

– هزینه بالای تعمیرات و نگهداری این پمپ‌ها.

– محدودیت در افزایش دبی تزریق: در مواقعی که ماهیت خاک ورودی به تیکنر تغییر کرده و به سمت خاک‌های رسی تمایل یابد، امکان افزایش دبی برای تطبیق با شرایط جدید وجود ندارد.

جدول ۴: مشخصات پمپ‌های تزریق فلوکولانت تیکنرهای ۴ و ۵

بر اساس بررسی‌های انجام‌شده، به منظور بهبود قابلیت اطمینان سیستم، تهیه یک پمپ بزرگ برای تیکنر ۵ و همچنین یک پمپ آماده‌به‌کار مشترک برای پشتیبانی از پمپ تیکنرهای ۳ و ۵ ضروری است؛ چرا که در حال حاضر تیکنر ۳ تنها دارای یک پمپ فعال بوده و در صورت بروز خرابی، جایگزینی برای آن وجود ندارد.

پس از بررسی مباحث آماده‌سازی و پمپ‌های تزریق فلوکولانت، به چالش‌های مربوط به نقاط تزریق فلوکولانت در چاهک تیکنر ۵ پرداخته می‌شود. در این تیکنر، فلوکولانت از طریق ۹ نقطه تزریق می‌گردد. با توجه به اینکه محل برخورد بار ورودی به چاهک در سمت راست و موقعیت ساعت ۲ واقع شده است، بهترین نقطه برای افزایش احتمال برخورد ذرات با فلوکولانت، همین موقعیت می‌باشد؛ در حالی که پیش از این در آن نقطه تزریقی انجام نمی‌شد (شکل ۱۱). از این رو، یکی از اقدامات اصلاحی، انتقال نقطه تزریق از موقعیت ساعت ۱۲ (در گذشته محل برخورد بار بود) به موقعیت ساعت ۲ است (شکل ۱۲).

شکل ۱۱: محل برخورد بار در چاهک تیکنر ۵

شکل ۱۲: اصلاح نقطه تزریق فلوکولانت در چاهک تیکنر ۵

همچنین، با توجه به بیشتر بودن دبی جریان در سمت چپ چاهک، برای توزیع مناسب‌تر فلوکولانت و بهبود اختلاط، لازم است دو نقطه تزریق دیگر در سمت چپ جریان اضافه شده و تعداد کل نقاط از ۹ به ۱۱ افزایش یابد. این تغییر موجب بهبود پوشش تزریق و تماس مؤثرتر فلوکولانت با ذرات می‌شود (شکل ۱۳).

شکل ۱۳: افزایش نقاط تزریق فلوکولانت در چاهک تیکنر ۵

با این حال، به دلیل اضافه شدن باطله کارخانه دره‌زار به مدار این تیکنرها، امکان خارج کردن تیکنر از مدار و اجرای تغییرات ذکر شده در شرایط عادی وجود ندارد.