فرآوری سنگ آهن مگنتیت
فرآوری سنگ آهن مگنتیت
قبل از پرداختن به فرآوری سنگ آهن مگنتیت مقدمه ای را بیان می کنیم.
مقدمه
آهن در پوسته زمین اغلب به حالت اکسید های آهن،کربنات آهن و سولفور آهن ظاهر میگردد اما به لحاظ فراوانی و فرآیند فرآوری مهمترین آنها اکسید های آهن هستندکه منابع اصلی تولید فولاد جهان به شمار می روند و شامل هماتیت(Fe2O3) ومگنتیت (FeOFe2O3)می باشند.
مگنتیت دارای خاصیت فرومگنتیک(خاصیت مغناطیسی قوی) است و این امر موجب شده تا فرآوری آن در مقایسه با هماتیت که یک کانی پارامگنتیک(خاصیت مغناطیس ضعیف)است آسان تر باشد.
به طوری که تغلیظ مگنتیت بصورت کاملا فیزیکی در دو حالت تر و خشک وبدون انجام فرآیند های شیمیایی با استفاده از میدان مغناطیسی میسر می گردد.
عامل اصلی در تعیین میزان تاثیر پذیری مغناطیسی کانسنگ مگنتیت میزان Feo آن می باشد بطوری که عموما کانسنگی که میزان FeOآن بیشتر از یازده درصد باشد کانسنگ مگنتیتی شناخته شده و اگر کمتر از این میزان باشد کانسنگ هماتیتی شناخته میشود.درصد FeO در فرآوری کانسنگ مگنتیتی وتعیین شدت میدان مغناطیسی جداکننده ای مغناطیسی از همیت بالایی برخوردار می باشد.
وقتی کلوخه سنگ آهن مگنتیت از سینه کار استخراج می گردد هم حاوی مقداری باطله است و هم ابعاد آن بزرگ است و از نظر اقتصادی حمل این باطله ها تا واحدتولید فولاد مستلزم صرف هزینه می باشد و ازطرفی حمل کلوخه های درشت از لحاظ فنی مشکل ساز است.
برای افزایش عیار کلوخه سنگ آهن باید آنها را که در حقیقت ترکیبی از کانی مگنتیت و باطله هستند را به قدری ریز کنیم که هرکدام از ذرات کانی ها از هم منفک گردیده و به اصطلاح به درجه آزادی مطلوب برسند تا بتوان آنها را باتوجه به اختلاف خاصیت مغناطیسی از هم جدا نمود.
به لحاظ عملی دست یابی به نقطه ای که تمام کانی های مگنتیت از باطله ها جدا کردند (یعنی درجه آزادی ۱۰۰%)کاری بسیار دشوار ، هزینه بر و غیر اقتصادی است و در هرمرحله از فرآوری باید به درصدی از از درجه آزادی دست یابیم.
هرچه به دنبال درجه آزادی بیشتری باشیم بازیابی ما افزایش خواهد یافت اما در قبال آن باید متحمل هزینه های تصاعدی گردیم و باید با بررسی های فنی و اقتصادی به دنبال حدی بهینه باشیم که در آن حد به بازیابی و هزینه های تولید مناسب و اپتیموم دست بیابیم.
از کلیه مباحث فوق میتوان نتیجه گرفت که کل عملیات فرآوری سنگ آهن مگنتیت از دو دسته عملیات افزایش درجه آزادی(باخردایش و آسیا کنی) و جدایش کانی مگنتیت(با استفاده از جدا کننده های مغناطیسی) از باطله تشکیل شده است.
فرآوری تا ابعاد حدودا ۳میلی متر در فرآیند خشک صورت گرفته و برای دست یابی به عیار های بالاتر باید به طریقه تر عمل کرد زیرا که اغلب سنگ شکن هاتا ابعاد حدودا۲میلی متر امکان خردایش دارند(ریزترین ابعاد محصول ماسه ساز هاست) و خردکردن بیشتر فقط توسط آسیاها و در محیط سیال ممکن میگردد .
ازطرفی انتقال مواد سیال بسیار آسانتر از مواد خشک است.گذشته از مسائل مربوط به خرد کردن جدایش مغناطیسی خشک نیز در ابعاد زیر ۱میلی متر عملا غیر ممکن میگردد و فقط جداکننده مغناطیسی تر کارساز می گردند.
فرآوری سنگ آهن به دو مرحله اصلی تولید سنگ آهن دانه بندی شده و تولید کنسانتره سنگ آهن تقسیم بندی میشود.زیرا این دو مرحله چه به لحاظ تجهیزات و چه به لحاظ نحوه انجام عملیات فرآوری دارای تفاوت های ساختاری زیادی می باشند.
تولید سنگ آهن دانه بندی شده
کلوخه سنگ آهن استخراج شده از سینه کار استخراجی باید مرحله به مرحله خردتر گشته و باطله ها از کانی مگنتیت جداگردند.در واحد های فرآوری کوچک مقیاس باظرفیت زیر ۵۰۰تن بر ساعت فرآیند فرآوری در مراحل زیر توصیه می گردد که حاصل تجربیات و بررسی های فنی و اقتصادی متعدد بوده است.
۱-خردایش اولیه
خردایش اولیه در واحد های کوچک مقیاس اغلب توسط سنگ شکن های فکی صورت می گیرد زیراکه در ظرفیت های زیر ۵۰۰تن بر ساعت سنگ شکن های فکی برای خردایش توصیه می شوند ودر مرحله سنگ شکن ژیراتوری با هسته ۳۶اینچی رایج است.
سنگ شکن های فکی و ژیراتوری دارای نسبت خردایش بالایی بالغ بر ۷ میباشند.در این مرحله از خردایش کلوخه هایی به ابعاد۴۰۰تا۶۰۰میلی متر ابتدا در سنگ شکن فکی به ابعاد حدودا۱۰۰تا۱۵۰میلی متر تبدیل می گردند و سپس به سنگ شکن ژیراتوری منتقل گردیده و به ابعاد حدودا ۴۰تا۶۰میلی متر خرد تر میگردند.
خردایش اولیه همیشه به شکل خط باز می باشند و استفاده از خط بسته و بار درگردش در این مرحله رایج نیست.
۲-پیش فرآوری
باتوجه به این که همیشه کلوخه هایی از باطله در فرآیند استخراج با کلوخه های سنگ آهن مخلوط میگردند و از طرفی هزینه های خردایش مرحله ثانویه دارای ظرفیت های پایین و هزینه های بالایی می باشد،توصیه میشود در این مرحله از کار محصول تولیدی مرحله خردایش اولیه که محصول تولیدی سنگ شکن های اولیه(فکی و ژیراتوری) را توسط یک بلت درام مگنت (جداکننده مغناطیسی نواری)جهت حذف دانه هایی که باطله صرف هستند انجام پذیرد.
تجربه نشان می دهند در معادنی که عیار کلوخه پایین می باشد یا شکل ذخیره طوریست که منجر به اختلاط بالا می گردد این مرحله از فرآوری دارای اهمیت بالایی بوده باعث افزایش ۴۰درصدی راندمان تولید می گردد.
سپراتور های خشک درام مگنت در این مرحله از کارایی مناسبی برخوردار نخواهند بود زیرا به علت درشت بودن خوراک دارای استهلاک بالایی خواهند بود استفاده از بلت درام سپراتور در این مرحله توصیه می گردد.
۲-خردایش ثانویه
در این مرحله از خردایش دانه های پیش فرآوری شده، توسط سنگ شکن های ثانویه که در مقیاس های کوچک اغلب از نوع سنگ شکن های مخروطی(Cone Crasher)می باشند به ابعاد ریزتری تبدیل می گردند تا با افزایش درجه آزادی بتوان به محصول با عیار بالاتری دست یافت.
از عوامل تعیین کننده در ابعاد محصول مرحله خردایش ثانویه می توان به عیار ذاتی سنگ و نحوه درگیری کانه های مگنتیت با باطله اشاره کرد .
هرچه میزان این درگیری بیشتر باشد باید برای رسیدن به عیار مطلوب آنرا به ابعاد کوچکتری خرد کنیم.
عامل دیگر در این امر هزینه های حمل می باشد ،یعنی هرچه هزینه حمل محصول دانه بندی شده تا واحد تولید کنسانتره سنگ آهن بیشتر باشد و برای جلو گیری از هزینه های حمل اضافی باید عیار را باریز تر کردن مواد بالاتر برد.
خردایش ثانویه اغلب در مسیر بسته بوده و با استفاده از سرند های لرزان برای آنها بار درگردش ایجاد می کنند تا به محصولی بادانه بندی مشخص دست یافت.
بسته به مقاومت مکانیکی مواد،ابعاد محصول و عیار مورد نظر در یک واحد خردایش ثانویه از سنگ شکن های مخروطی و و سرند ها با تعداد زیاد بهره می بند.
۳- فرآوری نهایی
در این مرحله از فرآوری محصول خرد شده نهایی مرحله خردایش ثانویه توسط درام مگنت سپراتور های خشک در دومرحله فرآوری شده و دانه ها به سه بخش باطله،کم عیار و پرعیار تقسیم بندی میگردند.جدایش مغناطیسی در مرحله ای در این بخش از فرآوری دارای دو مزیت می باشد:
اول این که جدایش دو مرحله ای باعث تفکیک بهتر دانه های پرعیار از کم عیار می گردد که این امر در افزایش عیار و بازیابی نقش مهمی را ایفا میکند
دوم این که با تولید محصول کم عیار در کنار محصول پرعیار امکان فرآوری مجدد بخش کم عیار را در آینده درصورت رشد تکنولوژی یا افزایش ارزش فروش محصول فراهم می گردد .
تولید کنسانتره
در ادامه فرآیند تولید باید سنگ آهن دانه بندی شده توسط آسیای مناسب به حد مطلوب نرم گردد و سپس توسط جدا کننده های مغناطیسی کانه مگنتیت آن از باطله جدا گشته و به عیار و ابعاد مطلوب دست یافت.
درحالت کلی فرآیند تولید کنسانتره سنگ آهن به بخش های زیر تقسیم بندی می گردد:
۱-آسیا کنی
با توجه به ظرفیت های بالای تولید کنسانتره سنگ آهن مناسب ترین آسیا،آسیای گردان بویژه آسیای گلوله ای به صورت تر می باشد که از لحاظ توان تولید جزو آسیاها باتوان تولید بالا می باشد.
حد مطلوب آسیا کنی در مگنتیت در سطح تولید کوچک مقیاس اغلب زیر ۱۵۰میکرون می باشد که عموما در این رنج ابعادی کانه مگنتیت و همچنین کانه های عناصر مزاحم شامل پیریت،پیروتیت و آپاتیت به درجه آزادی مطلوبی می رسند.
از آنجایی که آسیای یک واحد تولید کنسانتره مهمترین عامل در تعیین ظرفیت تولید می باشد رسیدن به بالاترین حد راندمان آسیا امری بسیار مهم می باشد.بر همین اساس باید با استفاده از یک کلاسیفایر مناسب یک بار درگردش برای آسیا تعریف کرد تا ضمن کنترل ابعاد محصول به حد اکثر تولید دست یافت.با ایجاد بار درگردش برای آسیا میتوان به حد اکثر توان تولید یک آسیا دست یافت.
۲-دانه بندی
باتوجه به این که محصول خروجی آسیای گلوله ای ترکیبی از رنج ابعادی مختلف می باشد که عموما شامل بخشی از دانه های درشت می باشد استفاده از یک سیستم دانه بندی و بار در گردش جهت بازگشت ذرات بزرگتر از ۱۵۰میکرون به آسیا در این بخش لازم و ضروری است و به توجه به این که روش فرآوری به صورت تر می باشد بهترین انتخاب برای این بخش هیدروسیکلون می باشد که علاوه بر جدایش مطلوب از سرمایه گذاری اولیه پایین،استهلاک کم و کاربری آسان برخوردار می باشد.
۳-جدایش مغناطیسی
پس از پایان بخش آسیا کنی و دانه بندی نوبت به جداکردن ذرات مگنتیت از باطله ها فرا میرسد و در این بخش نیز از سپراتورهای تر مغناطیسی از نوع جریان موافق استفاده می گردد.
سپراتور های مورد استفاده در این بخش اغلب سپراتور های LIMSبه طور متوالی و در شدت های متفاوت می باشند که تعداد و شدت دقیق تر این سپراتور ها پس انجام آزمایش دیویس و درام بر روی خوراک به دست می آید.
توصیه می شود برای انجام یک مرحله پیش فرآوری یک دستگاه سپراتور LIMS با شدت میدان نسبتا بالا در بارد درگرد و در خروجی آسیا قرار داد تا ضمن یک مرحله جدایش ، از بازگشت ذرات درشت باطله از طریق هیدروسیکلون به آسیا جلوگیری کند تا ضمن امکان فرآوری خوراک باعیارکم،از صرف هزینه های تصفیه پساب جلوگیری شود.
پس از انجام پیش فرآوری و دانه بندی توسط سیکلون خروجی دانه ریز سیکلون به مجموعه سپراتور ها منتقل و پس از انجام جدایش به عیار مطلوب می رسند.
۴-حذف عناصر مضر
عناصر مضری که درجه کیفی کنسانتره مگنتیت را کاهش می دهند شامل گوگرد درقالب کانی های پیریت و پیروتیت و فسفر درقالب کانی آپاتیت هستند .
خوشبختانه کلیه کانی های مضر دارای خاصیت مغناطیسی بسیار ضعیفی می باشند و با نرم شدن ذرات کانسنگ در بخش آسیا کنی و افزایش درجه ازادی کلیه کانی ها، کانی های مضر نیز در قسمت جدایش مغناطیسی به همراه باطله ها از سیستم دفع می شوند . تجربه حاصله در تولید کنسانتره مگنتیت نشان می دهد که خوراک دارای نیم درصد عناصر مزاحم گوگرد یا فسفر در اثر آسیا کنی و جدایش مغناطیسی به حد نرمال کاهش می یابند .
اما زمانی که میزان این عناصر مزاحم به قدری باشد که در ابعاد مورد نظر به درجه آزادی مناسب دست نیافته و غلظت آنها در محصول کنسانتره بالاتر از حد نرمال باشد استفاده از روش فلوتاسیون جهت جدایش این کانی های مزاحم اجتناب ناپذیر می باشد.
۵-آبگیری
محصول خروجی درام مگنت سپراتور ها کنسانتره با رطوبت بالای ۱۵ درصد می باشد و برای تسهیل حمل و نقل کنسانتره ،افزایش بازیابی آب و همچنین کاهش هزینه های حمل باید آبگیری شود. در این مرحله از فیلتر های دیسکی خلایی که دارای ظرفیت ها بالا و مناسب برای کنسانتره سنگ آهن می باشند استفاده می گردد. رطوبت بهینه برای کنسانتره حدودا ۵درصد می باشد.
۶-بازیافت پساب
باتوجه به مصرف بالای آب در فرآیند تولید وهمچنین اهمیت بالای آب در کیفیت محصول نهایی و مشکلاتی که در تامین آب مصرفی به وجود می آید مسئله بازیافت پساب از لحاظ فنی و اقتصادی از مسائل ضروری و اجتناب ناپذیر است .
بهترین انتخاب برای این بخش از فرآیند تولید استفاده از تیکنر می باشد که مصرف آب را به میزان ۱۰ درصد کاهش داده و آزادی عمل را در شستشوی بهتر محصول بیشتر می کند.تیکنر ها باقطر های مختلف و از جنس بتن و فلز ساخته شده و در مقایسه با سایر تجهیزات تصفیه آب(از جمله حوزچه ته نشست و کلاریفایر)از بازیابی و کارایی بالاتری برخوردار است و سرمایه گذاری در این بخش از لحاظ فنی و اقتصادی ضروری و اجتناب ناپذیر است.
برخی از تامین کنندگان مگنتیت در سناماین👇
خرید و فروش مگنتیت در سناماین-۱
