خلاصه：این مقاله یک نمای کلی جامع از کارخانه های فرآوری سنگ آهن ارائه می دهد و به ویژگی های سنگ معدن، روش های فرآوری، جریان فرآیند، تجهیزات مورد استفاده و ملاحظات زیست محیطی می پردازد.
فرآیند بهرهبرداری از سنگ آهن یک فرآیند حیاتی در صنایع معدن و متالوژی است که به منظور بهبود کیفیت سنگ آهن با حذف ناخالصیها و افزایش محتوای آهن انجام میشود. فرآیند بهرهبرداری سنگ آهن خام را به یک کنسانتره مناسب برای استفاده در تولید فولاد و دیگر کاربردهای صنعتی تبدیل میکند. با افزایش تقاضا برای سنگ آهن با درجه بالا و کاهش ذخایر سنگهای غنی، کارخانههای بهرهبرداری به ابزاری ضروری برای بهرهوری مؤثر از منابع و عملیات پایدار معدنکاری تبدیل شدهاند.
این مقاله یک نمای کلی جامع ازکارخانه بهرهبرداری از سنگآهن فراهم میکند و ویژگیهای سنگ، روشهای بهرهبرداری، روند فرآیند، تجهیزات مربوطه و ملاحظات زیستمحیطی را پوشش میدهد.
ویژگیهای سنگآهن
سنگهای آهن، سنگها و مواد معدنی هستند که از آنها میتوان آهن فلزی را بهطور اقتصادی استخراج کرد. رایجترین انواع سنگآهن عبارتند از:
- هماتیت:سنگ با عیار بالا که حدود 70% آهن دارد.
- مگنتیت:حدود 72% آهن دارد و مغناطیسی است.
- لیمونیت:محتوی 55-60% آهن.
- Siderite:حاوی حدود ۴۸٪ آهن است.
کیفیت سنگ آهن عمدتاً توسط محتوای آهن و وجود ناخالصیهایی مانند سیلیس، آلومینا، فسفر، گوگرد و سایر مواد معدنی غیرمفید تعیین میشود. فرآیند جلوگیری از آسیب به هدف افزایش محتوای آهن و کاهش ناخالصیهاست.
مزایای فرآوری سنگ آهن
- افزایش محتوای آهن:برای تولید کنسانتره با درجه بالا مناسب برای تولید فولاد.
- حذف ناخالصیها:کاهش سیلیس، آلومینا، فسفر، گوگرد و سایر مواد ناخواسته.
- بهبود خواص فیزیکی:بهبود اندازه و شکل ذرات برای بهبود حمل و نقل و پردازش.
- بهینهسازی فرایندهای پاییندست:تسهیل فرایندهای گرانuleسازی، سینترینگ و ذوب.
فرایند بهرهبرداری از سنگ آهن
فرایند بهرهبرداری از سنگ آهن معمولاً شامل چندین مرحله است:خرد کردن → آسیاب کردن → طبقهبندی → تمرکز → آبزدایی → گرانuleسازی یا سینترینگ
1. خرد کردن سنگ آهن
مرحله ابتدایی در بهرهبرداری از سنگ آهن، خرد کردن و آسیاب کردن است که اندازه سنگ آهن خام را کاهش میدهد تا مواد معدنی آهندار از مواد باطله پیرامون آزاد شوند.
مخروطی شکنی:سنگ آهن از طریق کامیونها یا نقالهها از محل استخراج به کارخانه بهرهبرداری منتقل میشود. تغذیه مناسب از طریق ثبات جریان تضمین میکند. تکههای بزرگ سنگ آهن با استفاده از سنگشکنهای فکی یا ژیراتوری به اندازه تقریبی 150 میلیمتر کاهش مییابند که حمل و نقل و پردازش بیشتر را تسهیل میکند.
ثانویه شکنی:کاهش اندازه بیشتر به حدود 20-50 میلیمتر توسط سنگشکنهای مخروطی انجام میشود. مشهای لرزشی ذرات سنگ آهن را بر اساس اندازه جدا میکنند و مواد را به فرآیندهای آسیاب یا سایر فرآیندها هدایت میکنند.
2. Grinding
پس از خرد کردن، آسیابهای سنگ زنی (مانند آسیابهای گلولهای یا آسیابهای میلهای) اندازه ذرات سنگ آهن را به یک پودر ریز کاهش میدهند، معمولاً هدف 80% عبور از 200 مش (حدود 75 میکرون) است. این آسیاب کردن ریز اطمینان حاصل میکند که مواد معدنی آهن در سنگ آهن به اندازه کافی از باطلهها جدا شدهاند تا جداسازی بعدی انجام شود.
خرد کردن و آسیاب کردن کارآمد سنگ آهن حیاتی است زیرا آسیاب کردن بیش از حد میتواند ذرات ریز اضافی تولید کند که فرآیندهای پاییندست را پیچیده کرده و مصرف انرژی را افزایش میدهد.
3. غربالگری و طبقهبندی
پس از کاهش اندازه، مخلوط سنگ آهن تحت غربالگری و طبقهبندی قرار میگیرد تا ذرات را بر اساس اندازه و چگالی جدا کند.
- غربالگری:غربالهای مکانیکی یا غربالهای لرزان، ذرات درشت را از ریزها در تغذیه سنگ آهن جدا میکنند. این مرحله اطمینان میدهد که فقط مواد سنگ آهن با اندازه مناسب به مرحله بعدی میروند و کارایی پردازش را بهبود میبخشند.
- طبقهبندی:هیدروسایکلونها یا طبقهبندیکنندههای حلزونی ذرات سنگ آهن را بر اساس چگالی و اندازه در شکل دوغاب جدا میکنند. این طبقهبندی به هدایت بخشهای مختلف اندازه به فرآیندهای مناسب فرآوری کمک میکند.
غربالگری و طبقهبندی مناسب خوراک را برای فرآیندهای تمرکز سنگ آهن بهینه میکند و نرخ بازیابی و کیفیت محصول را بهبود میبخشد.
4. تمرکز سنگ آهن
تمرکز مرحله اصلی فرآوری است که در آن مواد معدنی با ارزش آهن از باطلههای زائد در سنگ آهن جدا میشوند.
- جداسازی به وسیله جاذبه:از تفاوتهای چگالی مشخص بین مواد معدنی آهن و باطله در سنگ آهن استفاده میکند.
- جداسازی مغناطیسی:از میدانهای مغناطیسی برای جداسازی مواد معدنی آهن مغناطیسی در سنگ آهن استفاده میکند.
- فلوتاسیون:از مواد شیمیایی و حبابهای هوا برای جداسازی مواد معدنی آهن هیدروفوبیک از گنگ هیدروفیلیک در ذرات ریز سنگ آهن استفاده میکند.
انتخاب تکنیک تمرکز بستگی به نوع سنگ آهن، اندازه ذرات و کانیشناسی دارد.
5. آبزدایی
پس از تمرکز، کنسانتره سنگ آهن حاصل مقدار قابل توجهی آب دارد که باید برای سهولت در جابجایی، حمل و نقل و فرآوری بیشتر حذف شود.
- غلیظسازی:غلیظکنندههای گرانشی گل آلود سنگ آهن را با ته نشین کردن جامدات غلیظ میکنند و مقدار آب را کاهش میدهند.
- فیلتراسیون:فیلترهای خلاء یا فشار رطوبت را در کنسانتره سنگ آهن به سطوح قابل قبول، که معمولاً زیر ۱۰% است، کاهش میدهند.
دواسط آبگیری موثر کنسانتره سنگ آهن هزینههای خشک کردن را کاهش میدهد و از تخریب مواد در طول انبارداری و حمل و نقل جلوگیری میکند.
۶. گندلهسازی یا سینترینگ
مرحله نهایی کنسانتره سنگ آهن را برای استفاده در تولید فولاد آماده میکند.
- گندلهسازی:کنسانتره سنگ آهن ریز به گندلههای کروی با استفاده از چسبهای مانند بنتونیت متراکم میشود. گندلههای سنگ آهن اندازهی یکنواخت، مقاومت و نفوذپذیری بهبود یافتهای دارند که آنها را برای استفاده در کورههای آهنگری ایدهآل میسازد.
- Sintering:کنسانتره سنگ آهن با فلوکسها و ذرات ذغال کک مخلوط شده و سپس حرارت داده میشود تا سینتر، یک توده متخلخل مناسب برای استفاده در کوره بلند تولید شود.
این فرآیندها عملکرد متالورژیکی را بهبود بخشیده و کارایی کوره را افزایش میدهند.
تکنیکهای متداول فرآوری سنگ آهن
1. جداسازی گرانشی
جداسازی گرانشی از تفاوت چگالی بین مواد معدنی آهن و ذرات باطله درون سنگ آهن برای دستیابی به جداسازی استفاده میکند.
اصل:مواد معدنی سنگینتر آهن (مگنتیت، هماتیت) در سنگ آهن سریعتر از ذرات باطله سبکتر هنگام تحت تاثیر قرار گرفتن توسط نیروهای گرانشی در یک محیط مایع رسوب میکنند.
تجهیزات:
- Jigs:از جریانات آب پالسدار برای جداسازی ذرات سنگ آهن بر اساس چگالی استفاده کنید. Shaking Tables: از حرکات لرزشی و جریان آب برای جداسازی ذرات سنگ آهن بر اساس وزن مخصوص استفاده کنید.
- Spiral Concentrators:از نیروی گرانش و نیروی گریز از مرکز در یک کانال حلزونی برای جداسازی مواد معدنی سنگ آهن استفاده کنید.
- کاربردها:موثر برای ذرات درشت سنگ آهن و سنگهای معدنی با کنتراست چگالی قابل توجه، مانند مگنتیت و هماتیت با آزادی درشت. جداسازی گرانشی معمولاً به عنوان یک مرحله مقدماتی در فرآوری سنگ آهن قبل از پردازش مغناطیسی یا شناور سازی استفاده میشود.
2. جداسازی مغناطیسی
جداسازی مغناطیسی به طور گستردهای برای بهرهبرداری از سنگآهن مگنتیت و به میزان کمتری برای سنگآهن هماتیت استفاده میشود.
اصل:جداکنندههای مغناطیسی میدانهای مغناطیسی را برای جذب مواد معدنی آهن مغناطیسی در سنگآهن اعمال میکنند و آنها را از باطلههای غیرمغناطیسی جدا میسازند.
انواع جداکنندههای مغناطیسی:
- جداکنندههای مغناطیسی با شدت پایین (LIMS):مناسب برای سنگآهن مگنتیت با خواص مغناطیسی قوی. جداکنندههای مغناطیسی با شدت بالا (HIMS): برای مواد معدنی آهن کممغناطیس مانند هماتیت و ذرات ریز استفاده میشود.
- جداسازهای مغناطیسی مرطوب و خشک:جداسازهای مرطوب، دوغاب سنگ آهن را پردازش کرده و کارایی جداسازی را بهبود میبخشند؛ جداسازهای خشک با مواد سنگ آهن خشک کار میکنند.
- کاربردها:کارخانههای بهرهبرداری از سنگ آهن مگنتیت بهطور گستردهای از جداسازی مغناطیسی برای دستیابی به کنسانتره سنگ آهن با درجه بالا استفاده میکنند. همچنین پس از آسیاب کردن برای بازیابی مواد معدنی آهن از سنگ آهن استفاده میشود.
3. شناورسازی سنگ آهن
شناورسازی یک تکنیک بهرهبرداری شیمیایی است که عمدتاً برای ذرات ریز سنگ آهن و سنگهایی که جداسازی مغناطیسی در آنها مؤثر نیست، استفاده میشود.
اصل:در فرآیند فلوکulation، مواد شیمیایی مانند جمعکنندهها و کفزاها به دوغاب سنگ آهن اضافه میشوند. مواد معدنی هیدروفوبیک سنگ آهن به حبابهای هوا چسبیده و به سطح میآیند و لایهای از کف تشکیل میدهند که سرریز میشود، در حالی که گنگ هیدروفیلیک غرق میشود.
تجهیزات:
- سلولهای فلوکulation مکانیکی:حرکت و هوادهی را برای تقویت چسبندگی حبابها و ذرات در دوغاب سنگ آهن فراهم میکنند.
- سلولهای فلوکulation ستونی:بازیابی و انتخابپذیری بالاتری را با مصرف انرژی کمتر در فلوکulation سنگ آهن ارائه میدهند.
- کاربردها:فلوکulation بهویژه برای سنگهای آهن هماتیت و سیدریت با اندازههای ذرهای ریز و محتوای سیلیس بالا مفید است. این فرآیند امکان حذف ناخالصیهای سیلیس و آلومینا را فراهم کرده و کیفیت کنسانتره سنگ آهن را بهبود میبخشد.
4. خرد کردن و آسیاب کردن
خرد کردن و آسیاب کردن مؤثر سنگ آهن پیشنیازهایی برای فرآوری موفق هستند.
تجهیزات خرد کردن:
- سنگشکنهای فکی:خردکنهای اولیه که تودههای بزرگ سنگ آهن را پردازش میکنند.
- کوبندههای مخروطی:خردکنهای ثانویه برای کاهش دقیقتر سنگ آهن.
- خردکنهای چکشی:در عملیاتهای بزرگ مقیاس سنگ آهن برای خرد کردن اولیه استفاده میشوند.
تجهیزات آسیاب:
- آسیابهای گلولهای:آسیابهای استوانهای با رسانههای آسیاب که سنگ آهن را به پودر ریز تبدیل میکنند.
- آسیابهای میلهای:از میلهها به عنوان رسانههای آسیاب استفاده میکنند، مناسب برای آسیاب کردن درشتتر سنگ آهن.
- آسیابهای غلطکی عمودی:آسیابهای با بهرهوری انرژی که در برخی کارخانههای مدرن تولید سنگ آهن استفاده میشوند.
بررسیهای کلیدی:
- اجتناب از آسیاب کردن بیش از حد سنگ آهن به منظور کاهش تولید ذرات فوقریز که جداسازی را پیچیده میکند.
- حفظ اندازه مناسب آسیاب برای حداکثر کردن آزادسازی و بازیابی مواد معدنی سنگ آهن.
ملاحظات زیستمحیطی
کارخانههای بهرهبرداری سنگ آهن باید به تأثیرات زیستمحیطی پرداخت کنند:
- مدیریت باطله:دفع ایمن و بازچرخانی بالقوه باطلهها.
- استفاده از آب:بازچرخانی و تصفیه آب فرآیند.
- Dust Control:کاهش انتشار گرد و غبار در حین خرد کردن و حمل و نقل.
- بهرهوری انرژی:بهینهسازی تجهیزات و فرایندها برای کاهش مصرف انرژی.
پیشرفتها و روندهای اخیر
- خودکارسازی و کنترل:استفاده از حسگرها، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین برای بهینهسازی فرایندها.
- تغلیظ خشک:کاهش مصرف آب با استفاده از جداسازی مغناطیسی یا الکتروستاتیک خشک.
- ارزشگذاری زباله:استفاده از باطلهها برای مصالح ساختمانی یا سایر کاربردها.
- آسیاب کردن انرژی-بهینه:غلتکهای آسیاب با فشار بالا (HPGR) و آسیابهای همزن.
بهبود سنگ آهن یک فرآیند پیچیده و چند مرحلهای است که شامل خرد کردن، آسیاب کردن، طبقهبندی، تمرکز، آبکشی و تجمع است. هر مرحله نیاز به تجهیزات و تکنیکهای تخصصی دارد که متناسب با معدنی بودن و ویژگیهای فیزیکی سنگ آهن است. پیشرفتها در فناوری بهبود همچنان به بهبود نرخ بازیافت، کیفیت محصول و پایداری زیستمحیطی کمک میکند و اطمینان حاصل میکند که منابع سنگ آهن به طور مؤثری برای برآورده کردن تقاضای جهانی فولاد استفاده میشوند.
مشاوره
دریافت راهحل