سير العملية والتحديات التقنية في معالجة خام المنغنيز

خام المنغنيز، باعتباره مادة خام رئيسية في إنتاج الصلب، وتصنيع البطاريات، والصناعات الكيميائية، يؤثر بشكل مباشر على تكاليف سلسلة التوريد والفوائد البيئية من خلال كفاءته في المعالجة. ومع ذلك، تواجه نماذج المعالجة التقليدية تحديات متعددة، بما في ذلك صعوبات في التعامل مع الخامات منخفضة الجودة، وارتفاع استهلاك الطاقة، وتآكل المعدات السريع، وتعقيدات مكافحة التلوث. تستعرض هذه الورقة البحثية بشكل منهجي المسار العملي للحلول الذكية من خلال دمج تدفقات العمليات النموذجية، وتكوينات المعدات، والتقنيات المبتكرة.

أولاً: سير عمل معالجة خام المنغنيز والتحديات الرئيسية

1. سير عمل المعالجة النموذجي والمعايير الفنية

مرحلة التكسير والغربلة: يؤدي استخدام مزيج من "كسارة فكية (تكسير أولي) + كسارة مخروطية (تكسير ثانوي/ثالثي)" إلى تقليل حجم جزيئات الخام من ≤750 مم إلى 30-50 مم. على سبيل المثال، تحقق كسارة الفك PE-750×1060 قدرة معالجة تتراوح بين 150 و220 طنًا/ساعة، بينما تتحكم كسارة المخروط الهيدروليكية HPT300 في حجم جسيمات التفريغ عند 10-30 مم.

مرحلة الطحن: تعمل مطاحن الكرات (مثل MQY3785) والمطاحن العمودية (LM3700) جنبًا إلى جنب لطحن الخام إلى 80-200 شبكة. ومن بين هذه المطاحن، تُقلل مطاحن الأسطوانات عالية الضغط، باعتبارها معدات جديدة موفرة للطاقة، من استهلاك الطاقة بنسبة 20-30% مقارنةً بمطاحن الكرات التقليدية، مما يجعلها خيارًا مثاليًا لمرحلة الطحن الناعم.

مرحلة التخصيب: بناءً على خصائص الخام، تشمل العمليات فصل الجاذبية، والفصل المغناطيسي (بقوة مجال مغناطيسي تتراوح بين 800 و1600 كيلو أمبير)، والتعويم، أو الطرق المدمجة. على سبيل المثال، حقق مشروع إندونيسي تركيزات تتراوح بين 46% و50% باستخدام عملية "تكسير ثلاثي المراحل + جهاز توجيه"؛ وحقق مشروع جنوب أفريقي عملية استخلاص فعّالة باستخدام مزيج من كسارة فكية C6X وكسارة مخروطية HST وصانعة رمل VSI6X.

2. التحديات التقنية الرئيسية

معالجة الخامات منخفضة الجودة: تُظهر الطرق التقليدية كفاءة فصل غير كافية للخامات التي تحتوي على نسبة منجنيز أقل من 15%، مما يؤدي إلى هدر الموارد.

استهلاك مرتفع للطاقة: يُمثل استهلاك طاقة مطحنة الكرات أكثر من 30% من تكاليف المعالجة، مما يستلزم تحديثات عاجلة لتكنولوجيا توفير الطاقة.

تآكل المعدات: تُقلل صلابة موس لخام المنغنيز، التي تتراوح بين 5 و6، من عمر مطرقة الكسارة وبطانة المطحنة إلى 60% من عمر الخامات التقليدية.

التلوث البيئي: يُنتج كل طن من كبريتات المنغنيز المُنتَجة ما بين 0.8 و1 طن من خبث المنغنيز، والذي قد يُلوِّث التربة والمسطحات المائية إذا لم يُعالَج بشكل صحيح.

تعقيد التحكم في العملية: يتطلب تنسيق أكثر من 10 معايير، بما في ذلك الضغط التفاضلي (500-800 باسكال)، وقيم الاهتزاز (<2 مم/ثانية)، ودرجة الحرارة (80-120 درجة مئوية)، مع معدلات خطأ في التشغيل اليدوي تصل إلى 15%.

II. تكوين المعدات الأساسية والترقيات الذكية

1. تحسين نظام التكسير

معدات التكسير الخشن: كسارة فكية PE-750×1060 بحجم تغذية ≤750 مم وسعة معالجة تتراوح بين 150 و220 طن/ساعة، مُزوَّدة بوحدة تغذية هزازة 960×3800 لضمان إمداد منتظم للمواد.

معدات التكسير متوسطة الدقة: كسارة مخروطية هيدروليكية HPT300 بحجم تفريغ 10-30 مم، وقدرة معالجة 80-150 طن/ساعة، تُشكل نظام غربلة مغلق الحلقة مع غربال اهتزازي دائري 2500×8000.

تطبيق مبتكر: تتميز محطة التكسير المتنقلة بتصميم معياري، مما يقلل من وقت التركيب بنسبة 50%، ويتكيف مع تضاريس التعدين المعقدة.

2. الابتكار في نظام الطحن والتصنيف

مطحنة الكرات: مطحنة الكرات MQY3785 ذات التدفق الفائض، بقدرة 80-120 طن/ساعة، مقترنة بمصنف حلزوني 2400×9000 لتشكيل نظام دائرة مغلقة، مما يعزز كفاءة الطحن بنسبة 20%.

المطحنة الرأسية: طراز LM3700 مناسب لمعالجة المساحيق الدقيقة، بقدرة 15-30 طن/ساعة. يمكن أن تصل دقة المنتج إلى 80% عند -200 شبكة.

مطحنة الأسطوانات عالية الضغط: باستخدام مبدأ التكسير الصفائحي، ينخفض ​​استهلاك الطاقة بنسبة 25% مقارنةً بمطاحن الكرات التقليدية، ويُقلل الطحن الزائد بنسبة 30%.

3. ترقيات معدات معالجة المعادن

‌معدات الفصل المغناطيسي‌: تزيد المغناطيسات الدائمة للأتربة النادرة من قوة المجال المغناطيسي إلى 1.5 طن، مما يوفر 40% من الطاقة مقارنةً بالفواصل الكهرومغناطيسية التقليدية.

‌الفاصل العائم‌: تزيد تقنية توليد الفقاعات الدقيقة من معدلات استخلاص معادن المنغنيز الدقيقة بنسبة 10-15%.

‌العملية المركبة‌: تستخدم الخامات متعددة المعادن عملية متكاملة تجمع بين "الفصل المغناطيسي والتعويم"، مما يحقق معدلات استخلاص للمنغنيز تتجاوز 85%.

ثالثًا: تحليل حالات نموذجية لخطوط الإنتاج

1. تكوين 300 طن/ساعة (مصنع محلي)

نظام التغذية: وحدة تغذية هزازة 960×3800 + وحدة تغذية 600×600، مما يُحسّن تجانس التغذية بنسبة 30%.

نظام التكسير: كسارتان فكيتان PE600×900 + كسارتان فكيتان 250×1000، مما يحقق قدرة معالجة 320 طن/ساعة.

نظام التصنيف: مصنف حلزوني 2400×9000 يحقق توزيعًا لحجم الجسيمات بنسبة 75% - 200 شبكة.

نظام الفصل المغناطيسي: فاصل مغناطيسي عالي الكثافة مُقترن بخزان خلط 3000×3000، مما يحقق تركيزًا بنسبة 42%.

2. إنتاجية ٣٠٠٠ طن يوميًا (دراسات حالة دولية)

مشروع إندونيسيا: استخدم عملية تكسير ثلاثية المراحل ("كسارة فكية + كسارة مخروطية + كسارة دقيقة") مع معدات التهذيب، مما حقق نسبة تركيز تتراوح بين ٤٦ و٥٠٪ مع خفض استهلاك الطاقة لكل طن من الخام بنسبة ١٨٪.

مشروع جنوب أفريقيا: مُجهز بكسارة فكية C6X، وكسارة مخروطية HST، وصانعة رمل VSI6X، مما قلل معدل أعطال المعدات إلى أقل من ٥٪.

رابعًا: اتجاهات التطور التكنولوجي والمسارات الذكية

١. اتجاهات التحكم الذكي

تطبيق نظام التحكم الموزع: يُقلل الضبط الآلي لمعاملات مثل ضغط التكسير (٥٠٠-٨٠٠ باسكال) وتركيز الطحن (٦٥-٧٥٪) عبر أنظمة التحكم الموزعة من التدخل اليدوي بنسبة ٧٠٪.

خوارزميات تحسين الذكاء الاصطناعي: تتنبأ نماذج الشبكات العصبية المُدرَّبة على البيانات التاريخية بأعطال المعدات، وتُعدّل مُعاملات العملية استباقيًا، مما يُقلل وقت التوقف بنسبة 40%.

2. تقنيات التصنيع المُستدامة

الاستخدام الشامل للمخلفات: مُجهَّزة بمُكثِّفات عالية الكفاءة بقدرة 200 طن/ساعة، مما يُحقق معدل تكديس جاف للمخلفات بنسبة 90% لاستخدامها كمواد بناء أو ردم.

اعتماد معدات موفرة للطاقة: تُشكِّل مطاحن الأسطوانات عالية الضغط، والمطاحن العمودية، وغيرها من المعدات الموفرة للطاقة الآن 60% من المنشآت، مما يُقلِّل استهلاك الطاقة لكل وحدة منتج بنسبة 25%.

3. التنميط والإنتاج المرن

محطة تكسير متنقلة: تُدمج وظائف التكسير والغربلة والنقل، مع اكتمال التركيب والتشغيل في غضون 7 أيام لتلبية احتياجات مواقع التعدين النائية.

نظام تغيير القالب السريع: يستخدم أجهزة التغيير السريع الهيدروليكية لاستبدال مواصفات شبكة الشاشة المختلفة في غضون 10 دقائق، مما يعزز كفاءة تعديل حجم جزيئات المنتج بمقدار 5 مرات.

خامسًا: اعتبارات الاختيار وتوصيات الصناعة

1. توافق نوع الخام

خام أكسيد المنغنيز: تُعطى الأولوية للغسالات الحلزونية والغرابيل الاهتزازية لإزالة شوائب الطين، مما يزيد من كفاءة الغسيل بنسبة 30%.

خام كربونات المنغنيز:

يُحسّن الطحن الدقيق للوصول إلى حجم جسيمات يتراوح بين 80% و200 شبكة، باستخدام عملية دائرة مغلقة مع مطاحن رأسية ومصنفات.

خام متعدد المعادن:

يُوصى باستخدام عملية "الفصل المغناطيسي والتعويم" المُدمجة، مما يزيد من استخلاص المنغنيز بنسبة 15% مُقارنةً بطرق العملية الواحدة.

2. التوازن البيئي والاقتصادي

معالجة المخلفات: يُختار مُكثّف عالي الكفاءة بسعة 200 طن/ساعة، مُزود بمكابس ترشيح لإعادة تدوير المياه، مما يُحقق توفيرًا في المياه بنسبة 80%.

إدارة دورة حياة المعدات: اعتماد بطانات من سبائك الكروم العالي لإطالة عمر مطرقة التكسير إلى 1200 ساعة، مما يقلل تكاليف الصيانة بنسبة 40%.

3. مسار الترقية الذكي

التنفيذ المرحلي: إعطاء الأولوية لنشر أنظمة التحكم الموزع (DCS) ومعدات المراقبة عبر الإنترنت، مع إدخال وحدات الصيانة التنبؤية القائمة على الذكاء الاصطناعي تدريجيًا.

اتخاذ القرارات المستندة إلى البيانات: إنشاء نماذج رقمية مزدوجة لعمليات التعدين لتحسين معاملات العملية من خلال المحاكاة، مما يقلل من تكاليف التجربة والخطأ.

تشهد صناعة معالجة خام المنغنيز تحولًا من عمليات "واسعة النطاق" إلى عمليات "ذكية وصديقة للبيئة". تُعالج الحلول المبتكرة، مثل تقنية طحن الأسطوانات عالية الضغط، وأنظمة التحكم الموزع (DCS)، والتصميم المعياري، بفعالية تحديات مثل معالجة الخام منخفض الجودة، وارتفاع استهلاك الطاقة، وتآكل المعدات. وبالنظر إلى المستقبل، سيُمكّن دمج تقنيات الجيل الخامس (5G) والإنترنت الصناعي من تحقيق أتمتة شاملة وكفاءة في استخدام الموارد في معالجة خام المنغنيز، مما يوفر إمدادات مستدامة من المواد الخام للصناعات العالمية.