1-1- خردایش در آسیاهای گلوله­ای
     تجهیزات نرم كنی كه در صنعت فرآوری مواد معدنی مورد استفاده قرار می گیرند، اغلب از نوع آسیاهای گردان می باشند. انواع مختلفی از آسیاها مانند آسیاهای میله ای، گلوله ای و آسیاهای نوع خودشكن وجود دارند.  عمل نرم كنی با ایجاد حركت نسبی بین ذرات ماده معدنی و واسطه خردایش (میله، گلوله یا قلوه سنگ) انجام می شود.  این حركت می تواند بصورت برخورد همراه با شكست كه توسط ضربه اعمال می شود و یا بصورت غلطش همراه با شكست كه سایش را ایجاد می كند، انجام گیرد[1]. هدف از خردایش سنگ معدن جداسازی کانی های با ارزش از گانگ است؛ در خردایش اولیه ذرات با ارزش به درجه آزادی لازم نمی رسند به همین دلیل سنگ معدن به خردایش ثانویه نیاز پیدا می­کند که این عمل توسط آسیا­ها انجام می­شود[2].

    جدار داخلی آسیا­ها از جنس مقاومی پوشیده شده است و قسمتی از حجم آنها توسط بار خردکننده­­ای مثل میله­های فولادی، گلوله­های فولادی یا سرامیکی، قلوه­سنگهایی از جنس مقاوم و یا قطعات درشتی از خود ماده معدنی پر شده است. با گردش آسیا، بار خرد کننده تا ارتفاعی که بستگی به سرعت گردش آن دارد، بالا می رود و با رها شدن از بدنه­ی آسیا بر روی ماده معدنی سقوط می­کند. در نتیجه، دانه­های ماده معدنی در اثر ضربه، فشار و سایش مواد توسط یکدیگر یا توسط بار خردکننده و همچنین جدار داخلی آسیا خرد می­شوند (شکل1-1­)[3].
در آسیاهای گلوله­ ای،  با قرار گرفتن ذرات بین گلوله­ها عمل خردایش صورت می­گیرد(شکل1- 2)[4]

1-1-1- عوامل مؤثر بر خردایش آسیاهای گلوله­ای
     كارآیی آسیاهای گلوله‌ای، میزان كاهش انرژی مورد نیاز برای خردایش مناسب هر تن ماده معدنی تعریف می‌شود. کارآیی آسیاکنی به حرکت گلوله­ها در طی فرآیند آسیا­کنی و شرایط عملیاتی از قبیل سرعت گردش آسیا، پرشدگی گلوله، اندازه آسیا بستگی دارد[5]. از دیگر عوامل مؤثر بر آسیاکنی می ­توان به ابعاد و شكل آسترهای آسیا، نحوه‌ی آماده سازی خوراك، بسته یا باز بودن مدار اشاره نمود. برای بهبود خردایش باید عواملی مانند درصد جامد وزنی پالپ ورودی، میزان پرشدگی گلوله داخل آسیا و اندازه گلوله‌های شارژ مجدد را بهینه كرد زیرا عوامل دیگر قابل تغییر نیستند و یا به علت نوسان زیاد قابل کنترل نمی‌باشند. دانسیته پالپ خوراک باید تا آنجا که امکان دارد بالا باشد ولی با جریان یافتن پالپ در طول آسیا سازگار باشد و معمولاً گلوله‌ها باید با لایه­ای از کانه پوشیده شوند. پالپ رقیق باعث افزایش برخورد فلز با فلز و مصرف بیش از حد فلز می‌شود و کارآیی را نیز کاهش می‌دهد. درصد جامد آسیاهای گلوله‌ای بسته به نوع کانه، بین 65-80‌%  پالپ است. ویسکوزیته پالپ با کاهش اندازه ذرات افزایش می‌یابد بنابر این در مواردی که خردایش بسیار ریز نیاز است، درصد جامد باید کمتر درنظر گرفته شود[3].
1-1-1-1- سرعت گردش آسیا
     سرعت گردش آسیاهای گردان به نحوی انتخاب می­شود که سرعت نسبی سقوط بارخردکننده بر روی بار ورودی آسیا حداکثر باشد. مسیر بار خردکننده را می­توان به دو مرحله تقسیم کرد. در مرحله­ی اول این بار به حالت چسبیده بر روی جدار داخلی آسیا، یک مسیر صعودی را طی می­کند. در مرحله دوم در لحظه­ای که وزن این بار از نیروی گریز از مرکز تجاوز می­کند، از جدار آسیا رها می­شود و سقوط می­کند. هرگاه سرعت دوران آسیا از حدی که آنرا “سرعت بحرانی[1]”  می­نامند تجاوز کند، نیروی گریز از مرکز در تمام طول مسیر بیشتر از نیروی وزن است و بار خردکننده در تمام مدت گردش دستگاه به جدار داخلی آسیا چسبیده باقی خواهند ماند.(شکل1-3)[6].
شکل1- 3- شمای حرکت بار داخل آسیا نسبت به سرعت بحرانی 60%a=، 70%b=، 80%c=، 90%d= [6]
1-1-1-2- پرشدگی داخل آسیا
کاهش سطح بار در داخل آسیا باعث می­شود که حرکت آبشاری بار در سطح آزاد داخل آسیا به درستی صورت نگیرد(شکل1-4)[6]. این مسئله منجر به برخورد بار به آستر و سایش آن و همچنین عمل خردایش ذرات به درستی صورت نمی­گیرد[6].
شکل1- 4- شمای حرکت ذرات داخل آسیا درسطوح مختلف بار 50%=a، 40%=b، 30%=c، 20%=d، 10%=a [6].
1-1-1-3- زاویه بالابری
میزان فرسایش پوشش آسیاها علاوه بر جنس پوششها، به نحو­ه­ی کار آسیا بستگی دارد. این فرسایش در آسیاهایی که با سرعتی حرکت می­کنند که بار خردکننده در داخل آنها بر روی هم می­غلتد، به مراتب بیشتر از حالتی است که بار خردکننده بر روی هم سقوط کند[7]. مطالعاتی که توسط Bond انجام شده، نشان داده است که به طور متوسط فرسایش آسترها و همچنین بار خردکننده، متناسب با انرژی مصرف شده در آسیا است.  با گذشت زمان زاویه و ارتفاع بالابرها کاهش می­یابد. زاویه رهایی بالابرها بر حرکت بار داخل آسیا و برخورد بار به پاشنه تأثیر گذار است. کاهش بیش از حد زاویه رهایی منجر به عدم تشکیل حرکت آبشاری بار و عدم خردایش
ذرات طی مکانیزم ضربه می­شود(شکل 1-5) [6].
 شکل1- 5- ارتباط حرکت بار داخل آسیا با زاویه بالابری  85=a، 60=b، 45=c، 5/22=d[6].
1-1-1-4- شکل بالابرها
در آسیا، آسترها اغلب به صورت بالا-پایین نصب می­شوند. بدین صورت که یکی بلند و دیگری کوتاه است. سایش بالابر با ارتفاع کم­تر، بیشتر از بالابر بلند می­باشد در نتیجه زمانیکه بالابر بلند به نصف ارتفاع اولیه خود رسید بالابر کوچکتر را باید تعویض نمود[2]. حرکت بار

 داخل آسیا با توجه به تعداد بالابرها و شکل آنها متفاوت خواهد بود(شکل1-6).

  شکل1- 6- ارتباط حرکت بار داخل آسیا با شکل وتعداد بالابرها[6].
1-1-1-5- پرشدگی گلوله
    میزان پرشدگی گلوله یكی از مهم‌ترین پارامترهای آسیاكنی در آسیاهای گلوله‌ای است. در میزان كم پرشدگی به علت كشیدگی بار به طرف شانه و نبود كشیدگی بار به طرف پاشنه، سهم مكانیزم ضربه از مكانیزم سایش بیشتر است كه این امر موجب درشت‌تر شدن محصول می‌گردد [2].  با افزایش پرشدگی، سهم مكانیزم سایش نیز به علت تشكیل پاشنه و سر خوردن بیشتر گلوله‌ها روی بار، زیادتر می‌شود كه باعث ریز‌تر شدن محصول می‌گردد همچنین میزان پرشدگی بالا باعث افزایش ضربات در واحد حجم شده و مانع خروج سریع پالپ در طول آسیا می‌شود [8]. میزان پرشدگی گلوله داخل آسیا در حدود 40-50 % است که در حدود 40% از این حجم، فضای خالی است. توان کشی آسیا با افزایش میزان پرشدگی افزایش می‌یابد و در حدود 50% پرشدگی به بالاترین میزان توان کشی می‌رسد. معمولاً در آسیاهای سرریز شونده میزان پرشدگی 40% است اما در آسیاهای دارای شبکه خروجی این مقدار بیشتر است. برای محاسبه میزان پرشدگی گلوله، سطح گلوله­ها تا سقف آسیا اندازه­گیری می­شود [2،3].
1-2- هیدروسیکلون
     هیدروسیکلون مهم ترین وسیله برای طبقه بندی ذرات در ابعاد ریز در صنعت کانه آرائی می باشد.  درصنعت فرآوری آهن یكی از معادن كمپانی اریك[2] كلاسیفایر های مارپیچی خودرا از مدار خارج و به جای آنها از هیدروسیكلون استفاده نمود كه مزایای زیررا به دنبال داشت:

• حد جدایش به راحتی قابل كنترل بود.
• مصرف آب كاهش یافت.
• میزان هزینه های اولیه كاهش یافت.
• حجم فضای مصرفی كاهش یافت.
• باردرگردش به راحتی قابل كنترل بود[1].

     به خاطر اینكه هیدروسیكلونها از لحاظ ساختاری و مكانیكی بسیار ساده اند و اجزای متحرك نیز ندارند، امكان تحقیقات پیشرفته با صرف زمان كمتری نسبت به كلاسیفایر های پیچیده تر برای آنها وجود دارد.  به همین دلیل است این وسیله توانست خیلی زودجای خود را در صنایع گوناگون باز كند[9] . موادی که به حالت پالپ به داخل هیدروسیکلون هدایت می شوند تحت تأثیر دو نیرو قرار می گیرند: نیروی گریز از مرکز در جهت داخل به خارج و نیروی مقاومت در جهت خارج به داخل، نیروی گریز از مرکز باعث افزایش سرعت ته نشینی مواد می شود. به این ترتیب مواد بر اساس ابعاد و چگالی طبقه بندی می شوند[10].  ذرات با سرعت ته نشینی زیاد به سمت دیواره حركت می­كنند. و از دهانه ته ریز بیرون می ­روند. به دلیل عمل نیروی مقاومت سیال، ذرات با سرعت ته نشینی كم به سمت منطقه كم فشار در امتداد محور حركت می كنند و به طرف بالا از طریق دیافراگم به سر ریز حمل می ­­ ­شوند. با توجه به وجود ناحیه ای در امتداد جداره که در آن حرکت مواد به طرف پایین و ناحیه ای در امتداد محور هیدرو سیکلون که در آن حرکت مواد به سمت بالا است، لازم است که در مکانی سرعت قائم مواد برابر صفر باشد. این مکان به صورت سطحی در سرتاسر بخش بزرگی از هیدرو سیکلون گسترش یافته است. دانه هایی که تأثیر نیروی گریز از مرکز روی آنها بیشتر است به خارج این سطح منتقل شده، از طریق ته ریز خارج می شوند و دانه هایی که تأثیر نیروی مقاومت بر آنها بیشتر است در داخل این سطح قرار می گیرند و به طرف محور هدایت شده و از طریق سرریز خارج می ­شوند. ذرات منطقه با سرعت صفر[3] دارای احتمال مساوی برای انتقال به سرریز و یا خروج از ته ریز می باشند [11].
عملکرد هیدروسیکلون به عوامل زیر وابسته است:
–  خصوصیات جریان خوراک شامل:                                                                                                                                               

• اندازه و توزیع دانه بندی ذرات جامد داخل جریان خوراک
• فشار ورودی جریان خوراک
• دانسیته پالپ، درصد جامد و ویسکوزیته جریان خوراک

–  هندسه ی هیدروسیکلون شامل:

• شکل و مساحت دهانه ی ورودی
• ابعاد هیدروسیکلون (طول بخش استوانه ای، طول کلی و زاویه بخش مخروطی)
• قطر داخلی، سرریز و ته ریز هیدروسیکلون [11،12].

1-2-1- طراحی بخش­های مختلف هیدروسیکلون
1-2-1-1- بخش ورودی به هیدروسیکلون
    هیدروسیكلون هایی كه قبل از 1950 طراحی می شد، دارای خوراك ورودی مماس بر دیواره خارجی بودند. این طرح برای جدایش در اندازه های ریز و پالپ های ساینده مناسب نبودند. هیدروسیكلون هایی كه امروزه ساخته  میشوند،  دارای ورودی قوسی شكل شیب دار می باشند [11]. سطح مقطع ورودی شكاف خوراك دهی به داخل بخش استوانه ای، بر ظرفیت و حد جدایش تاثیرگذار است و اغلب هیدروسیكلون ها گزینه های مختلفی دارند تا بر اساس نیاز، این سطح قابل افزایش و یا كاهش باشد. بعنوان مثال، با افزایش این سطح، ظرفیت و حد جدایش بیشتر می شود [11].
1-2-1-2- بخش استوانه­ای
     معمولاً هیدروسیكلون‌ها داری بخش استوانه‌ای می‌باشند كه طول آن برابر قطر هیدروسیكلون می‌باشد. این بخش می‌تواند جدا باشد و یا با بخش ورودی خوراك تركیب شده باشد. بخش استوانه‌ای بلندتر، باعث افزایش زمان ماند مواد و ظرفیت می شود و سرعت مماسی را كاهش می­دهد. افزایش در فشار ثابت، بین 8 تا 10درصد مشاهده شده است. هیدروسیكلون‌های بزرگتر (66 -84 سانتی‌متر) معمولاً دارای بخش استوانه‌ای كوتاه تر می‌باشند[12].
1-2-1-3- بخش مخروطی
     زاویه بخش مخروطی با توجه به نوع كاربرد، متفاوت است. ولی معمولا 20 درجه است. هیدروسیكلون هایی كه دارای ته صاف می باشند، برای جدایش های درشت تر كه حد جدایش آنها 2 تا 3 برابر هیدروسیكلون های معمول است بكار گرفته می شود. مخروط بلندتر با زوایه 10 درجه، جدایش ریزتری را با ظرفیت بیشتر نسبت به هیدروسیكلون 20 درجه فراهم می كند.استفاده از این زوایه، باعث تغییر 15 تا 20 درصدی در حد جدایش پیش بینی شده می گردد[12،10].
1-2-1-4- بخش پیداکننده گرداب
     معمولاً دامنه ای از پیدا كنند ه های گرداب با اندازه های مختلف، برای هر مدل وجود دارد. اندازه پیدا كننده گرداب بین 20 تا 45 درصد قطر هیدروسیكلون متغیر است. پیدا كننده های گرداب بزرگتر، ظرفیت را افزایش می دهند ولی منجر به جدایش نسبتاً درشتتری می گردند [12].
1-2-1-5- بخش ته­ریز
     زاویه دهانه و طراحی آن، تاثیر زیادی بر كارآیی هیدروسیكلون دارد. بهترین نتیجه زمانی است كه جدایش مورد نظر با بالاترین درصد جامد ته ریز بدست آید. معمولاً اندازه دهانه بر اساس عبور میزان ذرات مورد نظر با بالاترین دانسیته پالپ تعیین می شود. در اكثر موارد، تغییر دهانه ته ریز با تغییر زاویه دهانه همراه است كه این بر حد جدایش مورد انتظار تاثیر می گذارد. زاویه خروجی مواد از دهانه ته ریز نشانگر نحوه كار آن م یباشد. زمانی كه زاویه خیلی باز باشد، نشان دهنده بزرگی دهانه ته ریز است و برعكس، طناب شدگی ته ریز (زاویه خیلی كم) نشان از كوچك بودن دهانه دارد[12].
1-3- عوامل مؤثر بر عملکرد جداکننده­های مغناطیسی تر
     با در نظر داشتن نیروهای مؤثر بر فرآیند جدایش مغناطیسی، می توان پارامتر های تأثیر گذار بر عملکرد جداکننده های مغناطیسی تر را به دو دسته کلی، پارامترهای دستگاهی و پارامترهای عملیاتی تقسیم نمود. مسائلی مانند دانه بندی خوراک، درصد جامد، تناژ جامد ورودی و حجم اسلاری به ازای هر متر طول استوانه از جمله پارامتر های عملیاتی محسوب می شوند و مسائلی مانند شدت میدان مغناطیسی ، گرادیان میدان مغناطیسی، فاصله استوانه از تانک در محل ورود خوراک و خروج کنسانتره، سرعت و جهت چرخش استوانه از جمله پارامترهای دستگاهی مؤثر بر عملکرد  جداکننده های تر هستند[13].
1-4- معرفی خط چهارم تولید کنسانتره شرکت معدنی و صنعتی گل­گهر
     شركت سنگ آهن گل گهر جهت افزایش ظرفیت تولید كنسانتره به میزان2 میلیون تن در سال، اقدام به احداث كارخانه فرآوری با این منظور نموده است كه خوراك اولیه در نظر گرفته شده برای این كارخانه تركیبی از بار برگشتی تولیدی در مدار آسیاهای خشك نیمه خودشكن خطوط تغلیظ موجود و سنگ آهن استخراجی از معدن(بخش سنگ ­شکنی) به ترتیب با نسبت وزنی 30% و 70% می باشد.
1-4-1- بخش سنگ­شکنی
     مواد ورودی از دو سمت کارخانه (سیلو های زمینی) و از طریق دو نوارنقاله مجزا به ساختمان HPGR شارژ می شوند. از یک سمت(غرب) سنگ خرد شده (حاصل از انفجار) با حداکثر اندازه 1200 میلی متر توسط تراک های معدنی وارد بخش سنگ شکنی می شود. در این بخش بعد از تفکیک بار روی خوراک دهنده گریزلی[4] ابعاد (1200-150 میلیمتر) وارد سنگ شکن فکی[5] می شود که دارای ظرفیت 850 تن در ساعت است و ابعاد محصول به حداکثر200 میلی متر تقلیل می یابد. بعد از این مرحله سنگ خرد شده در پایل روباز میانی انبار می شود و پس از آن از طریق تغذیه کننده های زیر پایل وارد مرحله بعدی سرند و سنگ شکنی موسوم به ثانویه می شود. در این جا بعد از گذر از یک سرند 2 طبقه ابعاد بالای 50 میلی متر وارد سنگ شکن مخروطی استاندارد[6] شده و به کمتر از 55 میلی متر کاهش می یابد و دوباره به سرند بالادستش بر میگردد. ابعاد زیر 50 میلی متر نیز به دو بخش تقسیم می شوند. دانه بندی بین 16 تا50 میلی متر وارد مرحله سوم سنگ شکنی (مخروطی سر کوتاه[7]) می شود و ریز دانه های کمتر از 16 میلی متر نیز جهت انبار در پایل سنگ خرد شده به انبار انباشت و برداشت[8] روباز انتقال می یابند. لازم بذکر است که مرحله سوم سنگ شکنی و سرند متشکل از دو سنگ شکن مخروطی و دو سرند یک طبقه است. ابعاد بین 16 تا 50 میلی متر که وارد این سنگ شکن ها می شوند به کمتر از 20 میلی متر کاهش یافته و پس از عبور از سرند دانه بندی کوچک تر از 16 میلی متر به انبار انباشت و برداشت هدایت شده و ابعاد بزرگ تر مجددا به سنگ شکن های مخروطی سوم برگردانده می شوند.پس از این بخش محصول نهایی خط سنگ شکنی با حداکثر ابعاد 20 میلی متر و با نرخ 850 تن ساعت وارد بخش انباشت و برداشت می شود.این مجموعه توانایی ذخیره(انباشت) سنگ خرد شده با ظرفیت یاد شده و برداشت آن با نرخ حداکثر 770 تن بر ساعت را داراست. قابل ذکر است که انبار ذکر شده از نوع روباز بوده و دارای دو پایل طولی در امتداد هم با طول تقریبی 300 متر و پهنای 35 متر می باشد. ظرفیت این دو پایل مجموعا 1147000 تن خواهد بود. خروجی این بخش به سیلوی زمینی انقال پیدا کرده و بوسیله ی تغذیه کننده های ویبره­ای[9] به ساختمان HPGR  وارد می شود. این بار 70 درصد بار ورودی کارخانه را تشکیل می دهد و با نرخ 368 تن در ساعت سرند گریزلی[10] را شارژ می کند(شکل 1-7). از جمله خصوصیات این بار می­ توان به حداقل 2/54 درصد آهن و حداکثر 8/2درصد گوگرد آن اشاره کرد.