Summary: Come avviene effettivamente la beneficiamento del minerale di ferro per trasformare il minerale grezzo in concentrato? Questo articolo presenta il processo completo di trattamento minerario del minerale di ferro...
Il minerale di ferro disseminato (ROM) estratto dalle miniere generalmente ha un basso contenuto e contiene una quantità significativa di scoria e impurità dannose. Pertanto, è necessario un processo di valorizzazione.
Questo articolo introduce il flusso completo di lavorazione mineraria del minerale di ferro.
Il processo completo di valorizzazione del minerale di ferro è una combinazione di varie operazioni fisiche e chimiche, che comprendono principalmente le seguenti fasi: frantumazione e vagliatura, macinazione e classificazione, separazione, disidratazione del concentrato e trattamento delle scorie.
Fase 1: Frantumazione e vagliatura
Iagginoni di minerale grezzo estratti dalla miniera si presentano in grandi blocchi, fino a oltre un metro di diametro massimo, rendendo impossibile il loro inserimento diretto nelle interesses di macinazione. Devono prima passare attraverso una triturazione a più stadi per ridurre gradualmente la dimensione delle particelle, preparandoli alle successive operazioni di macinazione e separazione.
Frantumazione grossolana: 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.
Frantumazione media e fine: 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: Dopo la frantumazione, il materiale viene setacciato; le particelle che soddisfano le specifiche di dimensione procedono alla fase successiva di lavorazione, mentre le particelle troppo grandi vengono reintrodotte nel trituratore per una seconda frantumazione, formando un circuito chiuso. Questa configurazione a circuito chiuso controlla efficacemente la dimensione delle particelle del prodotto e previene l'eccessiva frantumazione, massimizzando al contempo l'efficienza della frantumazione.
Fase 2: Frantumazione e Classificazione
Questa è una fase critica per la liberazione dei minerali nel processo di lisciviazione della minerale di ferro. Dopo la frantumazione, le particelle di minerale di ferro rimangono strettamente interconnesse con le particelle di ganga all'interno del minerale. Per ottenere una separazione efficace, il minerale deve essere sottoposto a macinazione per ottenere un livello sufficiente di liberazione monomerica.
2.1 Macinazione
Macinazione 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.
Macinazione 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 Classificazione
Lo scarico del mulino di macinazione entra nell'apparecchiatura di classificazione - più comunemente idrocicloni - che separa il materiale in prodotti accettabili e non accettabili in base alle differenze nelle velocità di sedimentazione delle particelle in acqua. La frazione fine conforme (overflow) prosegue verso la fase di separazione, mentre la frazione grossolana non conforme (underflow) viene restituita al mulino per la riaffilatura, formando così un altro circuito chiuso. L'efficienza di classificazione incide direttamente sul grado di sovra-grinding e di liberazione nel prodotto macinato, giocando un ruolo fondamentale nelle prestazioni successive di separazione.
Fase 3: Separazione
Questa è la fase centrale del processo di benefication del minerale di ferro, in cui i minerali di ferro vengono separati dai minerali gangue in base alle differenze nelle loro proprietà fisiche o chimiche. La scelta del metodo di separazione appropriato dipende principalmente dalle caratteristiche del minerale, in particolare dalle specie di minerali di ferro, dalla dimensione delle particelle di disseminazione e dalle relazioni di intergrowth.
Le sezioni seguenti illustrano i metodi di separazione per quattro tipi comuni di minerali di ferro: magnetite, ematite, limonite e siderite.
| Tipo di minerale di ferro | Contenuto di ferro |
|---|---|
| Magnetite (Fe₃O₄) | ~72% |
| Ematite (Fe₂O₃) | ~69.94% |
| Limonite（FeO(OH)·nH₂O） | 40%–60% |
| siderite (FeCO₃) | ~48.2% |
3.1 Magnetite - Separazione Magnetica
Poiché la magnetite è fortemente magnetica, la separazione magnetica è il metodo più efficace ed economico per il suo arricchimento.
Questo processo è più adatto per minerali di magnetite semplici e facili da processare.
Continuous Macinazione – LIMS: A seconda della dimensione della grana di disseminazione della magnetite, il processo utilizza uno o due stadi di macinazione continua. Una volta che la sospensione macinata raggiunge la finitura desiderata, procede direttamente al LIMS.
Stage Macinazione – LIMS: Ideale per minerali di magnetite di fine granulometria e basso grado. La macinazione primaria è seguita da una separatione magnetica crudele per rifiutare una parte significativa dei minerali di scarto iniziali. Il concentrato grossolano risultante viene quindi sottoposto a macinazione secondaria prima della fase di pulizia.
Vantaggio principale della soluzione SBM: L'obiettivo principale di tutti e tre i diagrammi di flusso è il rifiuto precoce delle scorie, che riduce il volume di lavorazione a valle, diminuisce il consumo energetico complessivo e abbassa i costi operativi.
3.2 Separazione dell'ematite
L'ematite (Fe2O3) contiene fino al 69,94% di ferro ed è classificata come un minerale debolmente magnetico. Attualmente, il metodo di separazione più comune per l'ematite include la separazione gravitazionale, la flottazione e la separazione combinata.
Separazione per gravità
In base alle caratteristiche delle dimensioni delle particelle, la separazione per gravità dell'ematite è divisa in lavorazione a grana fine e a grana grossa:
Separazione gravitazionale a sviluppo fine Adatto per minerali di ematite con dimensioni di disseminazione fini e suscettibilità magnetica relativamente più alta. Il minerale viene frantumato e macinato per ottenere la liberazione mineraria prima di separare il concentrato di ematite ad alto grado utilizzando apparecchiature di separazione per gravità (ad esempio, tavoli oscillanti, scivoli a spirale).
Separazione gravitazionale a grana grossa Indicato per minerali di epoca grossolana di ematite. Questo metodo si applica tipicamente solo al processo di frantumazione, utilizzando apparecchiature di separazione gravitazionale a grana grossa (ad esempio jiggers) per scartare direttamente le discariche grossolane.
b) Galleggiamento
Per trattare minerali di ematite debolmente magnetici da fini a ultrasottili, la flottazione comprende due circuiti principali: flottazionediretta e flottazione inversa. La flottazionediretta è più adatta per minerali di ematite semplici e a singolo minerale, mentre la flottazione inversa è ampiamente utilizzata per minerali di ematite di grado superiore contenenti minerali ganglia facilmente flottabili.
c) Separazione combinata
La separazione combinata è progettata per minerali di ematite complessi associati a minerali fortemente magnetici o impurità non metalliche minori. I metodi più comuni includono:
- LIMS - Separazione Magnetica ad Alta Intensità (HIMS)
- HIMS - Galleggiamento
- HIMS - Separazione per Gravità
- Roastatura Magnetizzante - Separazione Magnetica
3.3 Separazione della Limonite
Limonite è costituita principalmente da ossidi di ferro idrati con un contenuto di ferro (Fe) che varia dal 40% al 60%, classificandola come un minerale di ferro debolmente magnetico. I metodi di separazione comuni per la limonite includono la separazione per gravità, la separazione magnetica, la flottazione e le separazioni combinate.
Separazione per gravità
Più adatto per minerali di limonite disseminati a grana grossa. Il processo di lavaggio + separazione per gravità è ampiamente utilizzato, che prevede l'uso di un lavatore a tamburo che lava il minerale grezzo per rimuovere l'argilla, seguito da apparecchi di gravità come separator medi pesanti (HMS) o jigs.
b) Separazione Magnetica
Sebbene la limonite sia debolmente magnetica, la Separazione Magnetica ad Alta Intensità (HIMS) può comunque essere applicata efficacemente per processare minerali disseminati di fine granulometria.
c) Galleggiamento
Applicato alle miniere di limonite a granulometria ultrafine, includendo circuiti di flottazione diretta e flottazione inversa. Di solito è necessario un delaminamento o una dispersione migliorata delle limi prima della flottazione per eliminare gli effetti negativi dei minerali argillosi fini.
d) Separazione Combinata
Progettato su misura per minerali di limonite complessi con dimensioni di grano disomogenee o elevato contenuto di argilla. Le configurazioni più comuni includono:
- Separazione per gravità - Separazione magnetica ad alta intensità (HIMS)
- Flocculazione Selettiva - Froth Flotation
- Flocculazione - Separazione Magnetica ad Alta Intensità (HIMS)
3.4 Separazione della siderite
La siderite (FeCO₃) è composta principalmente da carbonato di ferro(II), con un contenuto di ferro del 48,2%. I quattro processi di beneficizzazione più comuni sono i seguenti:
Separazione per gravità
Adatto per l'estrazione separata di minerali disseminati di siderite a grana grossa e media. La Separazione a Mezzo Pesante (HMS) e i jiggers sono frequentemente utilizzati per ottenere una concentrazione efficiente.
b) Separazione magnetica ad alta intensità (HIMS)
Applicabile ai minerali di siderite debolmente magnetici. L'utilizzo di separatori magnetici ad alta intensità bagnati (WHIMS) per trattare il slurry di minerale de-impuriato migliora significativamente sia la qualità del concentrato che il tasso di recupero.
c) Galleggiamento
Ideale per la lavorazione di minerali di siderite a grana fine, comprendente sia circuiti di flottazione diretta che di flottazione inversa:
Flottazione diretta: include percorsi di flottazione acida e alcalina.
Flottazione inversa: Ottimamente comprende tecnologie di flottazione inversa con collettore anionico e tecnologie di flottazione inversa con collettore cationico.
d) Torrefazione magnetizzante - Separazione magnetica a bassa intensità (LIMS)
Adottare la tostatura magnetizzante per convertire la siderite debolmente magnetica in ossidi di ferro fortemente magnetici (come la magnetite), seguita da LIMS per una separazione ad alta efficienza.
| Tipo di minerale di ferro | Ammagnetismo | Principali apparecchiature di separazione |
|---|---|---|
| Magnetite | Forte | Separatore magnetico |
| Ematite | Debole | Tavolo vibrante, inclinatore a spirale, jig, cella di flottazione, separatore magnetico, forno di tostatura |
| Limonite | Debole | Separatore pesante di medie, jig, separatore magnetico, cella di flottazione |
| Siderite | Debole | Separatore medio pesante, jig, separatore magnetico, cella di flottazione, forno di calcinazione |
Fase 4: Snellimento della concentrazione e trattamento degli scarti
4.1 Decantazione del concentrato
Il concentrato di ferro ottenuto dopo la fase di separazione è una sospensione ad alta umidità (tipicamente con una concentrazione di solidi dal 20% al 30%). Deve essere sottoposto a decantazione per soddisfare i requisiti per il trasporto e la fusione a valle.
a) Addensamento (Concentrazione)
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%.
b) Pressatura a filtro
Il sotto-sedimento addensato viene consegnato alle apparecchiature di filtrazione (come le presse a filtro a vuoto o le presse a piastre e telaio). Sotto vuoto o pressione meccanica, l'umidità viene ulteriormente rimossa per produrre un filtro di massa con un contenuto di umidità di circa il 10%. Questa massa funge da prodotto finale di concentrato di ferro, pronto per l'imballaggio e la spedizione.
4.2 Trattamento delle scorie
Il materiale di scarto (esiti) prodotto durante il processo di arricchimento del minerale di ferro di solito rappresenta più del 50% del minerale estratto. La gestione degli scarti è quindi una parte essenziale del processo di arricchimento. Attualmente, vengono utilizzati tre approcci principali per il trattamento degli scarti di ferro:
Smaltimento delle tailings umide
Questo è il metodo più tradizionale, in cui il slurry di scarto viene scaricato direttamente in una vasca di deposito per la conservazione umida. Il processo è semplice e richiede un investimento di capitale relativamente basso, quindi è stato molto adottato nei primi impianti di benefication. Tuttavia, comporta rischi significativi per la sicurezza ed è in fase di graduale abbandono.
b) Stoccaggio delle scorie a secco
Lo smaltimento a secco è la tendenza dominante ed è lo standard per gli impianti di benessere del minerale di ferro di nuova costruzione. Il processo generalmente prevede un ispessimento a cono profondo seguito da filtrazione e disidratazione, riducendo il contenuto di umidità delle tailings a meno del 15% per lo stoccaggio a secco. Rispetto allo smaltimento umido, il stoccaggio a secco offre un miglioramento sostanziale della sicurezza, ottenendo al contempo alti tassi di recupero dell'acqua e una superiore conservazione dell'acqua.
c) Utilizzo completo delle scorie
I residui di processamento possono essere utilizzati per la produzione di materiali da costruzione, come riempimento di volumi estratti e per migliorare il suolo. Questo metodo affronta in modo fondamentale il problema dello stoccaggio dei residui, creando allo stesso tempo un potenziale valore economico.
Il trattamento del minerale di ferro è un collegamento fondamentale tra le risorse minerarie e la fusione dell'acciaio. Un processo progettato scientificamente e razionale, insieme alla selezione appropriata delle attrezzature, rappresenta la garanzia principale per raggiungere la capacità desiderata, rispettare gli standard di qualità e mantenere operazioni stabili a lungo termine.
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.
Per saperne di più sul processo di beneficiation del minerale di ferro e sulle soluzioni personalizzate per la selezione delle attrezzature, non esitare a contattare SBM per consulenza su misura e supporto ingegneristico.
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