چگونه سنگ آهن را استخراج کنیم؟ فرآیند کامل بهره‌برداری از سنگ آهن

Summary: چهطور فرآیند غنی‌سازی سنگ آهن در واقع باعث تبدیل سنگ خام به کنسانتره می‌شود؟ این مقاله روند کامل فرآیند فرآوری معدنی سنگ آهن را معرفی می‌کند...

سنگ آهن خام (ROM) که از معادن استخراج می‌شود، عموماً دارای درجه پایین است و حاوی مقدار قابل توجهی پوسته و ناخالصی‌های مضر می‌باشد. بنابراین، فرآیند فرآوری لازم است.

این مقاله معرفی می‌کند فرآیند کامل بهره‌برداری معدنی سنگ آهن.

فرآیند کامل بهره‌برداری از سنگ آهن شامل ترکیبی از عملیات فیزیکی و شیمیایی مختلف است که عمدتاً شامل مراحل زیر می‌باشد: خردایش و غربالگری، آسیاب و طبقه‌بندی، جداسازی، آب‌گیری کنسانتره و فرآوری باطله‌ها.

گام ۱: خرد کردن و غربالگری

سنگ‌های خام استخراج شده از معدن در اندازه‌های بزرگ - تا بیش از یک متر در قطر حداکثر - هستند که استفاده مستقیم در آسیای خردایش را غيرممکن می‌سازد. ابتدا باید از مرحله‌های چندگانه خردایش عبور کرده تا اندازه ذرات به تدریج کاهش یابد و آماده عملیات‌های بعدی آسیاب و جداسازی شود.

سنگ‌شکنی درشت Jaw crushers or gyratory crushers are utilized to break down the iron ore to below 200–300 mm. Relying on high compressive and impact forces, they accomplish the initial size reduction of the ore.

آسیاب کردن متوسط و ریز: Given the high hardness of iron ore, cone crushers are used in the secondary and tertiary crushing stages to reduce the particle size to below 10–25 mm. Adopting laminated crushing principle, cone crushers feature high crushing efficiency and produce uniform product particle size distribution.

Screening: بعد از خرد کردن، ماده برای غربالگری آماده می‌شود؛ ذراتی که اندازه‌های استاندارد را برآورده می‌کنند، به مرحله بعدی فرآوری منتقل می‌شوند، در حالی که ذرات بزرگ‌تر به سنگ‌شکن بازگردانده می‌شوند تا دوباره خرد شوند، و این فرآیند یک مدار بسته تشکیل می‌دهد. این پیکربندی مدار بسته به طور مؤثر اندازه ذرات محصول را کنترل می‌کند و از خرد شدن بیش از حد جلوگیری می‌کند، در حالی که بهره‌وری خردایش را به حداکثر می‌رساند.

مرحله ۲: آسیاب کردن و طبقه‌بندی

این مرحله‌ای حیاتی برای آزادسازی مواد معدنی در فرآیند بهره‌برداری از کانسنگ آهن است. پس از خرد کردن، ذرات مواد معدنی آهن به‌طور محکم با ذرات سنگین‌خیز درون سنگ مخلوط شده باقی می‌مانند. برای دستیابی به جداسازی مؤثر، باید سنگ معدنی تحت فرآیند آسیاب قرار گیرد تا درجه کافی از آزادسازی مونومر حاصل شود.

۲.۱ آسیاب کردن

خردایش is typically conducted in ball mills or semi-autogenous grinding (SAG) mills. The ore usually needs to be ground down to a particle size suitable for mineral liberation (typically 70%–95% passing -200 mesh), laying the necessary foundation for high-efficiency separation.

خردایش is the most energy-intensive stage in the iron ore beneficiation plant, accounting for about 40–60% of the plant’s total energy consumption.

۲.۲ دسته‌بندی

دهانه آسیاب سنگ‌شکن وارد تجهیزات طبقه‌بندی می‌شود — که معمولاً هیدروسیکلون‌ها هستند — و مواد را بر اساس تفاوت سرعت رسوب ذرات در آب به محصولات قابل قبول و غیرقابل قبول جدا می‌کند. بخش ریز مطابق (عبور اضافی) به مرحله جداسازی ادامه می‌دهد، در حالی که بخش درشت غیرمطابق (عبور زیرین) به آسیاب بازمی‌گردد تا دوباره آسیاب شود و مدار بسته دیگری را تشکیل دهد. کارایی طبقه‌بندی مستقیماً بر میزان بیش‌گرفتن و آزادسازی در محصول آسیاب‌شده تأثیر می‌گذارد و نقش کلیدی در عملکرد جداسازی بعدی ایفا می‌کند.

مرحله ۳: جدا سازی

این مرحله اصلی فرآیند پرعیارسازی سنگ آهن است، جایی که مواد معدنی آهن از مواد معدنی کُنگه بر اساس تفاوت در خواص فیزیکی یا شیمیایی آن‌ها جدا می‌شوند. انتخاب روش جدا‌سازی مناسب عمدتاً به ویژگی‌های سنگ معدن، به‌ویژه نوع مواد معدنی آهن، اندازه دانه‌های پراکندگی و روابط درهم‌تنیدگی آن‌ها بستگی دارد.

در بخش‌های زیر، روش‌های جداسازی چهار نوع رایج سنگ آهن شامل مگنتیت، هماتیت، لیمونیت و سایدریت را بیان می‌کنیم.

۳.۱ مگنتیت - جداسازی مغناطیسی

چون مگنتیت آهنربایی قوی دارد، جداسازی مغناطیسی مؤثرترین و اقتصادی‌ترین روش برای فرآوری آن است.

این فرآیند برای سنگ‌های معدنی مغناطیت ساده و آسان‌پردازش مناسب‌تر است.

Continuous خردایش – LIMS: براساس اندازه ذره‌های شیریت در فرآیند، از یک یا دو مرحله آسیاب مداوم استفاده می‌شود. هنگامی که مواد معدنی آسیاب‌شده به دانه‌بندی هدف برسد، مستقیماً به سیستم لیمس (LIMS) منتقل می‌شود.

Stage خردایش – LIMS: مناسب برای سنگ‌های مغناطیسی ریزدانه و با عیار پایین. آسیاب کردن اولیه با جدایش مغناطیسی اولیه همراه است تا بخش قابل توجهی از باطله‌های اولیه را حذف کند. تمرکز پرتوده در نتیجه، سپس وارد آسیاب ثانویه می‌شود قبل از مرحله پاکسازی.

مزیت کلیدی راه‌حل SBM: هدف اصلی در هر سه روند، رد اولیه مواد باقیمانده است که حجم فرآوری در مرحله بعد را به حداقل می‌رساند، مصرف کلی انرژی را کاهش می‌دهد و هزینه‌های عملیاتی را پایین می‌آورد.

جداسازی هماتیت 3.2

هماتیت (Fe2O3) تا 69.94٪ آهن دارد و به عنوان یک ماده معدنی کم‌مغناطیسی دسته‌بندی می‌شود. در حال حاضر، رایج‌ترین روش‌های جداسازی هماتیت شامل جداسازی گرانشی، روش شناورسازی و جداسازی ترکیبی هستند.

جذاب‌سازی با گرانش

براساس ویژگی‌های اندازه ذرات، جداسازی گرانشی هماتیت به فرآیندهای با دانه‌های ریز و درشت تقسیم می‌شود:

جداکننده گرانشی با دانه‌بندی دقیق مناسب برای سنگ‌های هماتیت با اندازه‌های ریز انتشار و حساسیت مغناطیسی نسبتا بالاتر. سنگ معدن خرد و آسیاب می‌شود تا آزادسازی مواد معدنی انجام شود، سپس کنسانتره هماتیت با عیار بالا با استفاده از تجهیزات جداسازی گرانشی (مثلاً صفحه‌های لرزشی، شیب‌برهای مارپیچی) جدا می‌گردد.

جذاپه‌جسمانی‌گرانش‌جدایش‌درشته‌درشت مناسب برای سنگ‌های هماتیت درشت‌دانه. این روش معمولاً فقط فرآیند خردایش را شامل می‌شود و از تجهیزات جداسازی گرانشی درشت‌دانه (مانند جایگرها) برای دور ریختن مستقیم باقی‌مانده‌های درشت استفاده می‌کند.

ب) شناور سازی

برای فرآوری مواد خام هماتیت ضعیف مغناطیسی ریزدانه تا فوق‌ریز، فرآیند کف‌زدایی یا فلوکولاسیون شامل دو مدار اصلی است: کف‌زدایی مستقیم و کف‌زدایی معکوس. کف‌زدایی مستقیم بهتر است برای خالص‌ترین کانسارهای هماتیت ساده مورد استفاده قرار گیرد، در حالی که کف‌زدایی معکوس به طور گسترده برای کانسارهای هماتیت با عیار بالاتر که شامل مواد باکانی قابل شناور بودن است، به کار می‌رود.

ج) جداسازی ترکیبی

جدا‌سازی ترکیبی برای سنگ‌های آهن هماتیت پیچیده‌ای طراحی شده است که با مینرال‌های مغناطیسی قوی کم‌تعداد یا ناخالصی‌های غیرفلزی همراه هستند. روش‌های رایج شامل:

• سیستم مدیریت نمونه‌ها - جداسازی مغناطیسی با شدت بالا (HIMS)
• HIMS - شناور سازی
• HIMS - جداسازی گرانشی
• روشتن مغناطیسی - جداسازی مغناطیسی

3.3 جداسازی لیمونیت

لیمونیت اصلیًا از اکسیدهای آهن هیدراته تشکیل شده است که محتوی آهن (Fe) در آن‌ها بین ۴۰٪ تا ۶۰٪ است، و آن را به عنوان یک سنگ معدن آهن کم‌مغناطیس طبقه‌بندی می‌کند. روش‌های رایج جداسازی لیمونیت شامل جداسازی گرانشی، جداسازی مغناطیسی، جداسازی با فرآیند شناوری و جداسازی ترکیبی است.

جذاب‌سازی با گرانش

مناسب‌ترین گزینه برای سنگ‌های لیمونیت پراکنده درشت‌بریده است. فرآیند شستشو + جدایش گرانشی به طور گسترده استفاده می‌شود، که در آن از یک واشر درام برای شستشو و حذف خاک رس از سنگ معدن خام استفاده می‌شود، و سپس تجهیزات گرانشی مانند جداکننده‌های سنگین میانی (HMS) یا جیک‌ها به کار می‌روند.

ج) جداسازی مغناطیسی

اگرچه لیمونیت مغناطیس‌پذیر ضعیفی دارد، جداسازی مغناطیسی با شدت بالا (HIMS) همچنان می‌تواند به طور مؤثر برای فرآوری منابع ریزدانه منتشر شده مورد استفاده قرار گیرد.

c) شناوری

مورد استفاده در سنگ‌های لیمونیت با دانه‌بندی فوق‌ریز، شامل مدارهای فلوتاسیون مستقیم و فلوتاسیون معکوس. معمولاً قبل از فلوتاسیون، نیاز به حذف رسوب یا پراکندگی بهتر رسوبات نرمال است تا تأثیرات منفی مواد معدنی ریزه‌کوهی را حذف کند.

جدا‌سازی ترکیبی

متناسب با سنگ‌های لیمونیت پیچیده با دانه‌بندی نامتقارن یا محتوای بالای خاک رس. پیکربندی‌های رایج شامل موارد زیر است:

• جداسازی گرانش - جداسازی مغناطیسی با شدت بالا (HIMS)
• شوراشSelective Flocculation - Flotation
• فلوکولاسیون - جداسازی مغناطیسی با قدرت بالا (HIMS)

جدا سازی سیدریت ۳.۴

سیدریت (FeCO₃) عمدتاً شامل کربنات آهن است، با محتوای آهن ۴۸.۲٪. چهار فرآیند رایج فرآوری شامل موارد زیر است:

جذاب‌سازی با گرانش

مناسب برای استخراج جداگانه کانسارهای سیدریت پخش‌شده با دانه‌های درشت و متوسط. جداسازی سنگین متوسط (HMS) و جیره‌گیرها به‌طور مکرر برای دستیابی به تمرکز کارآمد استفاده می‌شوند.

ج) جداسازی مغناطیسی با شدت بالا (HIMS)

مربوط به سنگ‌های سایدریت کم‌مغناطیسی است. استفاده از جداکننده‌های مغناطیسی با شدت بالا مرطوب (WHIMS) برای پردازش لایۀ معدنی کم‌دانه، به طور قابل توجهی درجه کنسانتره و نرخ بازیابی را بهبود می‌بخشد.

c) شناوری

مناسب برای فرآوری نمونه‌های ریزدانه سنگ آهن فروسن، شامل مدارهای روانشانی مستقیم و معکوس:

شناورسازی مستقیم: شامل مسیرهای شناورسازی اسیدی و بازی.

شستشوی معکوس در درجه اول شامل فناوری‌های شناور معکوس جمع‌کننده آنیونی و شناور معکوس جمع‌کننده کاتیونی می‌باشد.

د) برشته‌کاری مغناطیسی - جداسازی مغناطیسی با شدت کم (LIMS)

از فرآیند حرارت‌دهي مغناطيس‌کننده برای تبدیل سایدریت کم‌مغناطيس به اکسیدهای آهن بسيار مغناطيس (مانند مگنتيت) استفاده کنید، و سپس از جداسازی مغناطیسی ليزر (LIMS) برای جداسازی با کارایی بالا بهره ببريد.

مرحله ۴: تمرکز بر فرآیند خشک‌سازی و تصفیه از لجن‌ها

هم‌زدایی تمرکزی

تمرکز آهن به دست آمده پس از مرحله جدا‌سازی، یک لایه مداوم با رطوبت بالا است (عموماً با غلظت مواد جامد بین ۲۰٪ تا ۳۰٪). باید فرآیند جدا‌سازی آب انجام شود تا شرایط حمل‌ونقل و ذوب در مراحل بعدی برآورده شود.

غلیظ‌سازی (تمرکز)

The slurry is first fed into a thickener, where gravity settling causes solid particles to migrate downward while clear water overflows from the top. This stage increases the slurry density (solids concentration) to 40%–60%.

فشرده‌سازی با فیلترپرس

پس‌مانده غلیظ‌شده به تجهیزات فیلتراسیون (مانند پرس فیلتر وکیوم یا فیلترهای صفحه‌ای و قاب‌دار) تحویل داده می‌شود. تحت خلأ یا فشار مکانیکی، رطوبت بیشتر حذف شده و کیک فیلتر با میزان رطوبت حدود ۱۰٪ تولید می‌شود. این کیک به عنوان محصول نهایی کنسانتره آهن، آماده بسته‌بندی و حمل است.

۴.۲ پردازش باطله‌ها

مواد زائد (پسماندها) تولید شده در فرآیند فرآوری سنگ آهن عموماً بیش از ۵۰٪ از مجموع سنگ معدن استخراج‌شده را تشکیل می‌دهد. مدیریت پسماندها بنابراین بخش ضروری از فرآیند فرآوری است. در حال حاضر، سه رویکرد اصلی برای فرآوری پسماندهای آهن مورد استفاده قرار می‌گیرد:

دفع فشارهای مرطوب

این رایج‌ترین روش سنتی است که در آن، لجن کنارگذر مستقیم وارد حوضچه کنارگذر می‌شود تا به صورت مرطوب نگه‌داری شود. این فرآیند ساده است و نیاز به سرمایه‌گذاری نسبتاً کمی دارد، بنابراین در ابتدا در کارخانه‌های استحصال اولیه بسیار مورد استفاده قرار می‌گرفت. با این حال، این روش مخاطرات ایمنی قابل توجهی دارد و در حال کنار گذاشته شدن است.

ب) جایگذاری باقی‌مانده‌های خشک

دپو خشک روند اصلی و استاندارد برای کارخانه‌های تازه تأسیس فرآوری سنگ آهن است. این فرآیند به طور معمول شامل غلیظ‌سازی مخروطی عمیق، سپس فیلتراسیون و خشک‌سازی است که رطوبت باقی‌مانده در باطله‌ها را به زیر ۱۵٪ کاهش می‌دهد تا بتوان آن‌ها را به صورت خشک انبار کرد. در مقایسه با دپو مرطوب، انبارگذاری خشک ایمنی را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد و در عین حال نرخ‌های بازیابی آب بالا و صرفه‌جویی برتر در مصرف آب را فراهم می‌کند.

ج) بهره‌برداری جامع از باطله‌ها

باقیمانده‌های استخراج شده می‌توانند برای تولید مواد ساختمانی، پر کردن فضاهای خالی استخراج‌شده و اصلاح خاک مورد استفاده قرار گیرند. این رویکرد به طور بنیادی مسئله نگهداری باقی‌مانده‌ها را حل می‌کند و در عین حال ارزش اقتصادی پتانسیلی ایجاد می‌نماید.

فرآوری سنگ آهن یک پل حیاتی است که منابع معدنی را به ذوب فولاد متصل می‌کند. فرآیند علمی و منطقی، همراه با انتخاب تجهیزات مناسب، پایه و اساس تضمین دستیابی به ظرفیت هدف، رعایت استانداردهای کیفیت و حفظ عملیات پایدار بلندمدت است.

Before finalizing the beneficiation process flow, detailed process mineralogy studies must be conducted to determine the ore’s chemical composition, mineralogical composition, liberation characteristics, and particle size distribution, among other key parameters.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد فرآیند غنی‌سازی سنگ آهن و راه‌حل‌های مربوط به انتخاب تجهیزات متناسب، با کمال میل با SBM تماس بگیرید تا مشاوره سفارشی و پشتیبانی فنی دریافت کنید.