איך להפיק אבן ברזל? תהליך הפיכת אבן ברזל למטובה שלמה

Summary: איך תהליך הטיהור של עופרת הברזל למעשה משנה גלגול גולמי לתוצר מרוכז? מאמר זה מציג את תהליך העיבוד המלא של עופרת הברזל....

תהליך הפקת ברזל מהמחצבה (ROM) שנחפר מהמכרות בדרך כלל מצוי בדרג נמוך ומכיל כמות משמעותית של סלעי ליווי ומזהמים מזיקים. לכן, יש צורך בתהליך תיעוש.

מאמר זה מציג את ה תהליך עיבוד מלא של מינרל תמציתי של סגסוגת ברזל.

התהליך המלא של עיבוד עופרת ברזל כולל שילוב של פעולות פיזיות וכימיות שונות, המתחלקות בעיקרבשלבים הבאים: טחינה וסינון, ריסוק וסיווג, הפרדה, ייבוש ריכוזים,טיפול בחומרי הפסולת.

שלב 1: ריסוק ומיון

גושי עפרות מכרות הנלקחים מהכרייה מגיעים בגודל בומתי גדול—עד יותר מטר בקוטר המקסימלי—מה שהופך את ההזנה למפרצות הטחינה לבלתי אפשרית ישירות. הם חייבים לעבור בהתחלה טחינה מרובת שלבים כדי להקטין בהדרגה את גודל הגרגרים, ולהכינם לפעולות הטחינה וההפרדה המאוחרות.

כתישה גסה: 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.

כתישה בינונית ועדינה: 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: לאחר הדקה, החומר מסונן; חלקיקים שעומדים במפרטי הגודל ממשיכים לשלב הבא של העיבוד, בעוד חלקיקים גדולים יותר מוחזרים למטחינה לדריכה מחודשת, ויוצרים מעגל סגור. תצורת המעגל הסגור הזאת מווסתת ביעילות את גודל חלקיקי המוצר ומונעת דריכה יתרה, תוך מיצוי מלא של יעילות הדקה.

שלב 2: טחינה וסיווג

זהו שלב קריטי לשחרור המינרלים בתהליך הפקת הברזל מהעפרות. לאחר כתישה, חלקיקי המינרלים הברזליים נשארים מחוברים חזק עם חלקיקי הזמנה בתוך העפרה. כדי להשיג הפרדה יעילה, העפרה חייבת לעבור טחינה כדי לקבל דרגת שחרור מונומר מספקת.

2.1 טחינה

טחינה 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.

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

2.2 סיווג

השחרור ממטחנת הטחינה נכנס לציוד הסינון – בעיקר היפרקולונים – שמפריד את החומר למוצרים מקובלים ולא מקובלים בהתבסס על הבדלים במהירות הישארות חלקיקים במים. החלק המעולה המתאים (הניקוז) ממשיך לשלב ההפרדה, בעוד שהחלק הגס הלא מתאים (הניקוז התחתון) חוזר למטחנה לטחינה חוזרת, ליצירת מעגל סגור נוסף. יעילות הסינון משפיעה ישירות על מידת הטחינה המוגזמת ושחרור החומרים בקרקע, ומשחקת תפקיד מכריע בביצוע ההפרדה בהמשך.

שלב 3: הפרדה

זהו שלב הליבה בתהליך שדרוג אבן הברזל, שבו מכשירים מבודדים את מינרלי הברזל ממינרלים של גנגה בהתאם להבדלים בתכונות הפיזיות או הכימיות שלהם. בחירת שיטת ההפרדה המתאימה תלויה בעיקר בתכונות הפגז, ובמיוחד בזרימת המינרלים של הברזל, בגודל הגרגרים התפשטות וביחסי הצמיחה ההדדית.

הקטעים הבאים מתארים את שיטות ההפרדה עבור ארבעה סוגי עטי ברזל נפוצים: מגנטיט,-המטיט, לימוניט וסידריט.

3.1 מגנטיט - הפרדה מגנטית

בגלל שהמגנזיט מגנטי מאוד, ההפרדה המגנטית היא השיטה היעילה והכלכלית ביותר להפקת היתרונות שלו.

תהליך זה מתאים ביותר לתהליכי עיבוד פשוטים וקלים של סלעי מגנטיט בודדים.

Continuous טחינה – LIMS: תלוי בגודל הגרעין של ההפצה של המגניטה, התהליך משתמש באבני הדרך של טחינה רציפה אחת או שתיים. כאשר התערובת הטחונה מגיעה לדיוק הנדרש, היא ממשיכה ישירות ל-LIMS.

Stage טחינה – LIMS: מתאים למחצלות מגנטיט דקיקות ודרגות נמוכות. ריסוק ראשוני מלווה בהפרדה מגנטית גסה יותר כדי לדחות חלק משמעותי מפסולת ההתחלתית. התרכזות הגסה שנוצרה לאחר מכן מוזנת לריסוק משני לפני הניקוי.

היתרון המרכזי של פתרון SBM: המטרה העיקרית בכל שלושת תרשימי הזרימה היא דחיית שאריות מוקדמת, מה שממזער את נפח העיבוד בהמשך, מפחית את צריכת האנרגיה הכוללת ומקטין את עלויות התפעול.

3.2 הפרדת המעט טבעי

המֶהָטִיט (Fe2O3) מכיל עד 69.94% ברזל ומוגדר כמינרל בעל מגנטיות חלשה. בשלב זה, שיטות ההפרדה הנפוצות ביותר להמֶהָטִיט כוללות הפרדה gravity, תFloatation והפרדה משולבת.

הפרדה באמצעות כבידה

בהתבסס על תכונות גודל החלקיקים, הפרדה בכוח כבידה של המנטיט מחולקת לעיבוד עדין-גרגר ועיבוד גס-גרגר:

separação de gravidade de alta precisão: מתאים לחצץ המגנזיט עם גדלי הפצה דקים ועם רגישות מגנטית יחסית גבוהה. הסלע מרוסק ומעורבל להשגת שחרור מינרלים לפני היצירה של ריכוז המגנזיט בדרגת איכות גבוהה באמצעות ציוד להפרדה בכבידה (לדוגמה, שולחנות רעידה, מסילות סיבוביות).

הפרדה גרביטציונית גסה מתאים לתוך תישיות הֵמָטִיט בגדול גרגרים. שיטה זו בדרך כלל כוללת רק תהליך דחיסה, תוך שימוש בציוד מיון באמצעות משקל לוגריתמי בגדול גרגרים (למשל, ג'יגרים) כדי לזרוק פסולת גס באופן ישיר.

b) הצפה

שמשת לשם טיפול במאובני המנטיט החסרי מובהקים עד זעירים, תהליך הפלאטציה כולל שני מעגלים עיקריים: פלאטציה ישירה ופלאטציה הפוכה. הפלאטציה הישירה מתאימה יותר להטיטבים פשוטים עם אבן אחת בעוד שהפלאטציה ההפוכה משמשת בעיקר להטיטבים בדרגה גבוהה יותר המכילים מינרלי לוחות זוהרים בקלות.

ג) הפרדה משולבת

הפרדה משולבת מיועדת אוגנת למאגרי עפרות הֵמטיט מעורבים עם מינרלים מגנטיים חלשים או זיהומים לא מתכתיים. שיטות נפוצות כוללות:

• LIMS - הפרדה במגנטיות בעוצמה גבוהה (HIMS)
• HIMS - הצפה
• HIMS - הפרדה באמצעות כוח משיכה
• קולע במגנטים - הפרדה מגנטית

3.3 הפרדת לימוניט

לימוניט מורכב בעיקר מחיצות חמצן ברזל הידרציה עם תכולת ברזל (Fe) הנעה בין 40% ל-60%, המסווגת כמינרל ברזל חלש מגנטי. שיטות ההפרדה הנפוצות ללימוניט כוללות הפרדה כבידתית, הפרדה מגנטית, טיהור חלופי והפרדה משולבת.

הפרדה באמצעות כבידה

מתאים במיוחד לסלעי לימוניט מפוזרים בעל גרגרים עבים. תהליך של שטיפה והפרדה כבידתית משמש באופן נרחב, שבו מכונת שטיפה בתוף שוטפת את אבן-הסלע הגולמית להסרת בוץ, ובהמשך משתמשים בציוד כבידה כגון מבודדות תווך כבד (HMS) או גיגס.

b) יניקוי מגנטי

למרות שלימוניט הוא בעלי מגנטיות חלשה, סינון ממגנטיות עזה (HIMS) עדיין ניתן ליישם ביעילות לעיבוד סלעים מפוזרים דקיקים.

נפילה

המונחיות לחצץ דק עד דק מאוד, הכוללת מעגלי הצפה ישירה והצפה הפוכה. בדרך כלל נדרש סילוק חלקיקים או הפצת לגימות משופרת לפני ההצפה כדי למנוע את ההשפעות השליליות של מינרלי חרסית דקיקים.

ד) הפרדה משולבת

מותאם במיוחד לסלעי לימות מורכבים הכוללים גדלי גבישים בלתי אחידים או תוכן גבוהה של חרסית. תבניות נפוצות כוללות:

• הפרדה בגרavedad - הפרדה במגנטיות בעוצמה גבוהה (HIMS)
• הפרעה סלקטיבית - טבילה
• התגבצות - הפרדה מגנטית בעוצמה גבוהה (HIMS)

3.4 הפרדת סידריט

סידריט (FeCO3) מורכב בעיקר מקרבונט ברזל, עם תכולת ברזל של 48.2%. ארבעה תהליכי העשרת תעשייתיים נפוצים הם כדלקמן:

הפרדה באמצעות כבידה

מתאים לתחילת סידיריט גרגרי גס ובינוני מפוזר. הפרדה כבדה בינונית (HMS) וג'יגרים משמשים לעיתים קרובות להשגת ריכוז יעיל.

סינון מגנטי בעוצמה גבוהה (HIMS)

מתאים לשבורי סידריט חלשים ומגנטיים. שימוש במסנני מגנטי בעוצמה גבוהה ספוגיים במים (WHIMS) לעיבוד תחליבי אובני סלעים שוממו משפר משמעותית הן את סוגיית הריכוז והן את שיעור ההתאוששות.

נפילה

מתאים לעיבוד אבני סידריט דקיקות, הכולל מעגלי הנפשה ישירה והפוכה:

flotation ישירה כולל דרכי ציפה חומציות ובסיסיות.

נסיון הפוך מכיל בעיקר טכנולוגיות של זירוז אוסף שלילי הפוך וספיחת אוסף חיובי הפוך.

ד) קלייה מתוך מגנטיזציה - סינון מגנטי בעוצמה נמוכה (LIMS)

אמצו קלייה מגנטית כדי להמיר סידריט חלש מגנטי לאוקסידי ברזל מגנטיים חזקים (כגון מגרanit), ולאחר מכן השתמשו ב-LIMS להפרדה ביעילות גבוהה.

שלב 4: ריכוז ייבוש והטיפול בפסולת הנוצרת

הפרדת ריכוזות

מרוכז הברזל שהושג לאחר שלב ההפרדה הוא תערובת עם רמת לחות גבוהה (בדרך כלל עם ריכוז יבש של 20% עד 30%). עליו לעבור ייבוש כדי לעמוד בדרישות ההובלה והעיבוד בהמשך.

עיבוי (ריכוז)

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%.

לחץ סינון

המשקע המועשר מועבר לציוד סינון (כגון מסננת בלחץ או מסננות פלטות וכרטונים). תחת ואקום או לחץ מכאני, הלחות מוגברת נוספת למען יצירת עוגת סינון עם תכולת לחות של כ־10%. עוגה זו משמשת כמוצר הסופי של מרוכז הברזל, מוכן לאריזה ולשליחה.

טיפול בשאריות 4.2

חומרי פסילה (פסולת תהליך) שנוצרים במהלך תהליך העשרת בטון הברזל בדרך כלל מהווים יותר מ-50% מפליטת עפר המשאב הכוללת. ניהול הפסולת הוא אפוא חלק חיוני בתהליך ההעשרה. כיום, נעשה שימוש בשלושה גישות עיקריות לטיפול בפסולת הברזל:

השלכת של מי שיקוף רטובים

זו השיטה המסורתית ביותר, בה סיד בנפילות מוסט ישירות לבריכה להשלכה לשם אחסון רטוב. התהליך פשוט ודורש השקעה הונית יחסית נמוכה, ולכן אומץ באופן נרחב בתחנות עיבוד מוקדמות. עם זאת, הוא כולל סיכוני בטיחות משמעותיים והוחלף בתהליכים אחרים.

המова של פסולת יבשה

פינוי יבש הוא המגמה המרכזית והנוהג הקבוע למפעלים חדשים לשדרוג עפרות ברזל. התהליך כולל בדרך כלל עיבוי בקונוס עמוק, ולאחר מכן סינון והסרה של נוזלים, וצמצום אחוז הלחות בפסולת התחתונה ל-15% לפחות לאחסון יבש. בהשוואה לפינוי רטוב, אחסון יבש מציע שיפור משמעותי בבטיחות, תוך השגת אחוזי איסוף מים גבוהים ושימור מים מצוין.

שימוש מקיף בפסולת ההפקה

הפסולת יכולה לשמש לייצור חומרים בנייה, למילוי חורים שנחפרו במכרות, ולשיפור הקרקע. גישה זו מתמודדת באופן בסיסי עם סוגיית אחסון הפסולת ומניבה גם ערך כלכלי פוטנציאלי.

העשרת עפרות ברזל היא גשר קריטי המחבר בין משאבי מינרלים לתחנות יצור פלדה. תהליך מדעי, מעוצב באופן רציונלי, יחד עם בחירת ציוד מתאימה, מהווה את הערובה הבסיסית להשגת היכולת היעד, לעמוד בדרישות האיכות ולשמר פעולות יציבות לאורך זמן.

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.

כדי ללמוד עוד על תהליך הטיהור של יודעי ברזל ופתרונות לבחירת ציוד מותאמים אישית, אל תהסס לפנות ל-SBM לקבלת ייעוץ מותאם אישית ותמיכה הנדסית.