فناوری نانو و فرآوری مواد معدنی

امروزه فناوری نانو به عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان است. در سال‌های اخیر اندازه محصولات تولید شده از مواد پیشرفته به شکل بسیار چشمگیری نسبت به محصولات قبلی کوچک شده که حتی در بعضی اوقات اندازه‌ها به محدوده نانو می‌رسد بنابراین استفاده از نانوتکنولوژی در رسیدن به این هدف بسیار مفید و کارا خواهد بود.

در نانوتکنولوژی شما قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهید بود که در طبیعت موجود نبوده و علم شیمی نیز قادر به ایجاد آنها نیست. برخی از مزایای این فناوری را می‌توان تولید مواد قوی‌تر، قابل برنامه‌ریزی و کاهش هزینه فعالیت‌ها برشمرد.به تازگی علم نانو به کمک صنایع معدنی آمده و در فرآوری مواد معدنی به این صنعت کمک‌های شایانی می‌کند؛ علمی که شاید در آغاز راه باشد اما نوید بخش روزهای بهتری در فرآوری مواد معدنی است که روزبه‌روز میزان ذخایر آن کمتر و دسترسی به مواد با عیار بالاتر سخت‌تر می‌شود.
فناوری نانو در فرآوری مواد معدنی
نازنین نمازی، کارشناس زمین‌شناسی در این‌باره می‌گوید: در فرآوری مواد معدنی فناوری نانو به ۳ زیر شاخه بالا به پایین، پایین به بالا (روش‌های ساخت) و نانو محاسبات (روش‌های مدل‌سازی و شبیه‌سازی) تقسیم‌بندی شده و هر کدام از این زیرشاخه‌ها نیز به دسته‌های گوناگون دیگری تقسیم می‌شوند. وی می‌افزاید: کاهش اندازه میکروساختاری مواد موجود می‌تواند تاثیرات بزرگی را به وجود آورد. مثلا همان‌طور که اندازه دانه یا کریستال در یک فلز به سمت نانو مقیاس حرکت می‌کند، نسبت اتم‌های موجود روی مرز دانه‌های این جسم جامد افزایش پیدا کرده و آنها رفتاری کاملا متفاوت از اتم‌هایی که روی مرز نیستند، بروز می‌دهند. وی خاطرنشان می‌کند: رفتار ذرات شروع به تحت‌تاثیر قرار دادن رفتار ماده می‌کند و درنتیجه در فلزات افزایش استحکام، سختی، مقاومت الکتریکی، ظرفیت حرارتی ویژه، بهبود انبساط حرارتی و خواص مغناطیسی و کاهش رسانایی حرارتی دیده می‌شود. نمازی تصریح می‌کند: در اختلاط شدید از انواع همزن‌های دور بالا، همگن‌سازها، آسیاب‌های کلوئیدی و… می‌توان برای تهیه قطرات ریز یک مایع در مایع دیگر (نانو کپسول‌ها) بهره برد. البته عوامل فعال سطحی (خودآرایی) نقش کلیدی در ایجاد و پایداری این نانو امولسیون‌ها دارد. به گفته وی، در روش استفاده از آسیاب گلوله‌ای، از آسیاب یا پودرکردن می‌توان برای ایجاد نانو ذرات استفاده کرد. خواص نانو ذرات حاصل شده تحت‌تاثیر نوع ماده آسیاب‌کننده، زمان آسیاب و محیط اتمسفری آن قرار می‌گیرد. از این روش می‌توان برای تولید نانو ذراتی از مواد استفاده کرد که با روش‌های دیگر به آسانی تولید نمی‌شوند. این کارشناس زمین شناسی تاکید می‌کند: آلودگی حاصل از مواد محیط آسیاب‌کننده هم می‌تواند مشکل‌ساز باشد. نانوذرات در حال حاضر از طیف وسیعی از مواد ساخته می‌شوند. معمولی‌ترین آنها نانو ذرات سرامیکی بوده که به بخش سرامیک‌های اکسید فلزی مانند اکسیدهای تیتانیوم، روی، آلومینیوم، آهن و نانو ذرات سیلیکاتی (بیشتر به شکل ذرات نانو مقیاسی رس) تقسیم می‌شود. وی اظهار می‌کند: حداقل باید یکی از ابعاد نانوذرات سرامیکی براساس تعریف آن کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. نانو ذرات سرامیکی فلزی یا اکسید فلزی معمولا اندازه یکسانی از ۲ یا ۳ نانو متر تا ۱۰۰ نانو متر در هر ۳ بعد دارند. شاید چنین به نظر برسد که این ذرات کوچک در هوا معلق بمانند اما در واقع آنها به وسیله نیروهای الکترواستاتیک به یکدیگر چسبیده‌اند و به شکل پودر بسیار ریزی رسوب می‌کنند. نمازی عنوان می‌کند: کاربردهای بازارپسند این نانومواد بسیار زیاد است. خردایش یک فرآیند منحصربه‌فردی است که در محدوده وسیعی از کاربردهای صنعتی برای تولید ذرات ریز استفاده دارد اما بسیار مشکل است به‌وسیله خردایش، ذرات را به اندازه بسیار ریز تبدیل کنیم و علاوه بر این، خردایش بسیار ریز به علت ظرفیت پایین آسیاب و مصرف بالای انرژی، بسیار گران است. وی اظهار می‌کند: افزایش در کارآیی خردایش، تاثیر مفید و اساسی روی مصرف انرژی خردایش و هزینه‌های آن خواهد داشت. برای رسیدن به این هدف، انتخاب آسیاب مناسب و عملیات در شرایط بهینه آسیاب کردن لازم و ضروری به نظر می‌رسد. در این‌باره از آسیاب سانتریفیوژ استفاده می‌شود که، یک آسیاب با قدرت بالا بوده و می‌تواند برای خردایش بسیار ریز مواد مورد استفاده قرار گیرد. وی عنوان می‌کند: این آسیاب با بکارگیری نیروهای سانتریفیوژ تولید شده به‌وسیله دوران محور لوله آسیاب در یک چرخه فعالیت می‌کند. همچنین در فناوری نانو می‌توان به‌وسیله فرآیند شیمی‌ـ مکانیکی ترکیبات اکسی‌فلوراید‌‌ لانتانیوم(Loaf) را در اندازه بسیار ریز نانو به دست آورد.
او می‌گوید: اکسی‌فلورایدلانتانیوم می‌تواند یک فعال‌کننده، ماده میزبان فسفر، کاتالیزور برای جفت‌شدن اکسایشی متان یا اکسایش هیدروژن‌زدایی متان باشد. این ماده به‌وسیله ۲روش مهم ترکیب می‌شود. نخستین شیوه، فرآیند ترکیبی حالت جامد تحت‌فشار و حرارت بالا بوده و فعل و انفعالات مستقیمی را در بین مواد موجب می‌شود و دیگری فرآیند «electro_winning» است که به منظور آماده‌سازی به یک محلول آبدار یا یک نمک گداخته نیاز دارد. نمازی اظهار می‌کند: در این روش‌های ترکیبی، از فلوراید لانتانیوم یا آمونیوم فلوراید به عنوان یک منبع فلوراید استفاده می‌شود که به طبع دارای هزینه بالایی است. روش جایگزین دیگر، ترکیب مواد کاربردی بدون استفاده از گرما است. در این روش تنها از یک دستگاه خردایش با قدرت بالا مانند آسیاب «Planetary» استفاده می‌شود، به طوری که آلودگی‌های زیست محیطی به حداقل می‌رسد که به دلیل نبود مواد مضری چون فلوئورین در گازهای خروجی آن است. به گفته وی، برای جلوگیری از ایجاد ناخالصی‌های ناشی از پوشش گلوله‌های مورد استفاده در آسیاب در زمان خردایش، از گلوله‌هایی با جنس زیرکونیوم استفاده می‌شود که در مقابل ساییدگی مقاوم است.

تلاش برای بومی‌سازی فرآوری
محمدجواد اسماعیلی، معاون پژوهشی جهاد دانشگاهی تربیت‌مدرس می‌گوید: در بخش فرآوری مواد معدنی عمده تحقیقات در ۴ محور طراحی پایه و مهندسی کارخانه‌های فرآوری مواد معدنی، بهینه‌سازی فرآیندهای مواد معدنی، تولید مواد استراتژیک و ایجاد ارزش افزوده از باطله‌های معدنی متمرکز شده است. وی با اشاره به اقدامات انجام شده برای کسب دانش فنی فرآوری موادمعدنی، خاطرنشان می‌کند: در حوزه مهندسی مواد معدنی تلاش کردیم تا با اجرای روندی تدریجی اقدام به بومی‌سازی فناوری‌های مورد نیاز در حوزه فرآوری مواد معدنی کنیم. وی با اشاره به کارخانه‌های فعال در حوزه فرآوری مواد معدنی، تصریح می‌کند: در زمینه بهینه‌سازی مدار فرآوری مواد معدنی پروژه‌های تحقیقاتی مانند سنگ‌آهن بافق، سنگ‌آهن مرکزی ایران و آلومینای جاجرم اجرا کردیم. اسماعیلی با اشاره به اهمیت باطله‌های معدنی کارخانه‌های فرآوری مواد معدنی، یادآوری می‌کند: بسیاری از موادی که در کارخانه‌های فرآوری مواد معدنی به عنوان باطله دپو می‌شوند مواد باارزشی با خود به همراه دارند. وی دلیل همراه داشتن مواد با ارزش در باطله‌های فرآوری مواد معدنی را قدیمی بودن تجهیزات فرآوری عنوان کرده و می‌گوید: با استفاده از فناوری‌های پیشرفته می‌توان مواد معدنی را با بازدهی بالاتری فرآوری کنیم یا بازدهی خط تولید کارخانه‌های فرآوری را افزایش دهیم.

Print Friendly, PDF & Email