鉄鉱石の抽出方法は？ 完全な鉄鉱石選鉱プロセス

Summary: 鉄鉱石の選鉱は実際にどのようにして原料鉱石を濃縮物に変えるのか？この記事では、鉄鉱石の完全な鉱物処理の流れを紹介します…。

採掘地から採取される原鉱（ROM）鉄鉱石は通常、品位が低く、多くの脈石や有害な不純物を含んでいます。したがって、選鉱工程が必要となります。

この記事では、紹介します 鉄鉱石の完全な鉱物処理フロー.

鉄鉱石の全ての選鉱プロセスは、さまざまな物理的および化学的操作の組み合わせであり、主に次の段階から構成されています：破砕と篩分け、粉砕と分類、分離、濃縮物の脱水、そしてスラッジの処理。

ステップ1：破砕と選別

採掘されたままの鉱石塊は最大直径が1メートルを超えるような大きな塊であり、そのままでは粉砕機に直接供給することができません。まず、多段階の破砕を経て粒子サイズを段階的に縮小し、その後の粉砕および分離工程に備える必要があります。

粗破砕： 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.

中・細破砕： 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: 粉砕後、材料はふるいにかけられます。サイズ仕様を満たす粒子は次の処理段階に進み、過大な粒子は再度粉砕のためにクラッシャーに戻され、閉じた循環を形成します。この閉じた循環構成により、製品の粒子サイズを効果的に管理し、過粉砕を防止するとともに、粉砕効率を最大限に高めます。

ステップ2：粉砕と分類

これは、鉄鉱石の選鉱工程における鉱物の遊離にとって重要な段階です。破砕後、鉄鉱物の粒子は鉱石内のかんらん石粒子と密接に結びついた状態にあります。効果的な分離を行うために、鉱石は十分な遊離度を得るまで粉砕される必要があります。

2.1 研削

研削 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.

研削 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 分類

粉砕ミルからの排出物は、最も一般的には水閉じクーラー（水力分類器）などの分類装置に入ります。これにより、粒子の水中での沈降速度の違いに基づいて、適合した製品と不適合な製品に分離されます。適合した微粒部分（オーバーフロー）は分離段階に進みますが、不適合な粗粒部分（アンダーフロー）は再びミルに戻され、再粉砕されて別の閉回路を形成します。分類効率は、過粉砕や粉砕製品の解放度に直接影響し、その後の分離性能において重要な役割を果たします。

ステップ3：分離

これは鉄鉱石選鉱工程の核心段階であり、物理的または化学的性質の違いに基づいて鉄矿物を鉱石の不純物から分離します。適切な分離方法の選択は、主に鉱石の性質、特に鉄矿物の種類、粒径の分散状態、及び共生関係に依存します。

以下のセクションでは、4つの一般的な鉄鉱石の種類である磁鉄鉱、ヘマタイト、褐鉄鉱、方铅礦の分離方法を説明しています。

3.1 マグネタイト - 磁気選別

磁鉄鉱は強磁性を持つため、磁気分離が最も効果的で経済的な選別方法です。

このプロセスは、シンプルで処理しやすい単一の磁鉄鉱鉱石に最適です。

Continuous 研削 – LIMS: 磁鉄鉱の粒子サイズに応じて、プロセスは1段階または2段階の連続粉砕を利用します。粉砕されたスラリーが目標の細かさに達すると、直接LIMSに進みます。

Stage 研削 – LIMS: 細粒で低品位の磁鉄鉱鉱石に理想的です。一次粉砕の後、粗磁選を行い、早期のテailsのかなりの部分を排除します。その後、得られた粗磁選濃縮物を二次粉砕に送り、その後洗浄します。

SBMソリューションの主な利点： 3つのフロースシート全体の主な目的は、早期の尾鉱排除であり、これにより下流の処理容量を最小限に抑え、総エネルギー消費を削減し、運用コストを低減します。

3.2 赤鉄鉱の分離

水鉄 mineral（Fe2O3）は最大69.94％の鉄を含み、弱い磁性を持つ鉱物として分類されています。現在、ヘマタイトの最も一般的な分離方法は、重力分離、浮遊選別、およびこれらの組み合わせによる分離です。

重力分離

粒子サイズ特性に基づき、酸化鉄の重力選鉱は細粒と粗粒の処理に分かれます。

微細粒重力分離： 適用範囲は、微細な粒度で分散したヘマタイト鉱石および比較的高い磁気感受性を持つものです。鉱石は破砕・粉砕されて鉱物の遊離を促進した後、重力分離装置（例：振動式ふるい、スパイラルチュートなど）を用いて高品位のヘマタイト濃淡を分離します。

粗粒重力分離： 粗粒の赤鉄鉱鉱石に最適です。この方法は通常、破砕工程のみを適用し、粗粒の重力選鉱装置（例：ジガー）を用いて直接粗尾鉱を排除します。

b) 浮遊

微細から超微細までの弱磁性ヘマタイト鉱石の処理に使用され、フロートは主に二つの回路に分かれます：直接浮上と逆浮上。直接浮上は単純な単一ヘマタイト鉱石に最適であり、一方、逆浮上は容易に浮遊性の脈石鉱物を含む高品位のヘマタイト鉱石に広く用いられます。

c) 結合分離

複合分離は、少量の強磁性鉱物や非金属不純物とともに存在する複雑なヘマタイト鉱石のために設計されています。一般的な方法には次のものが含まれます：

• LIMS - 高強度磁気分離（HIMS）
• HIMS - 水治療療法
• HIMS - 重力分離
• 磁化焼き - 磁気分離

3.3 リモナイト分離

リモナイトは主に水和鉄酸化物で構成されており、鉄（Fe）含有量は40％から60％の範囲です。これにより、弱磁性の鉄鉱物に分類されます。リモナイトの一般的な分離方法には、重力分離、磁気分離、浮選、そして複合分離があります。

重力分離

粗粒の分散したリモナイト鉱石に最適です。洗浄と重力分離の工程が広く用いられ、ドラム洗浄機で原鉱を洗い、粘土を除去します。次に、重厚中間分離器（HMS）やジグなどの重力装置を用います。

b) 磁気分離

リンナイトは弱い磁性を持っていますが、ハイ・インテンシティ・マグネティック・セパレーション（HIMS）は微粒子状の分散鉱石の処理にも効果的に適用できます。

c) 浮上

超微粒のリモナイト鉱石に適用され、直接浮選と逆浮選回路の両方を組み合わせています。浮選前には、一般的にスライム除去やスライム分散の強化が必要であり、細かい粘土鉱物の悪影響を排除します。

d) 結合分離

不均一な粒径の分散や高い粘土含有量を持つ複雑なリモナイト鉱石に合わせて調整されています。一般的な構成は以下の通りです：

• 重力分離 - 高強度磁気分離（HIMS）
• 選択的凝集 - 浮遊選別
• フロック形成 - 高強度磁気分離（HIMS）

3.4 コジレートの分離

菱鉄鉱（FeCO3）は主に炭酸鉄（鉄分48.2％）で構成されています。一般的な選鉱方法は以下の4つです：

重力分離

分離された粗粒および中粒の散在した炭酸鉄鉱に適しています。効率的な濃集を行うために、重中分離（HMS）やジッパーが頻繁に利用されます。

b) 高強度磁気分離（HIMS）

弱磁性のサイドライト鉱石に適用されます。湿式高強度磁選機（WHIMS）を用いて粒度除去された鉱渣懸濁液を処理することで、濃度品の品位と回収率の両方が大幅に向上します。

c) 浮上

微細な炭酸鉄鉱の処理に理想的であり、直接フローテーションとリバースフローテーションの両方のサーキットを含みます。

直接浮上法： 酸性およびアルカリ性の浮選ルートを含みます。

逆浮遊法 主に陰イオン回収剤逆フローティングと陽イオン回収剤逆フローティング技術で構成されています。

d）磁化焙焼法 - 低強度磁気選別（LIMS）

弱磁性の方解石を強磁性の酸化鉄（磁鉄鉱など）に変えるために磁化焼結法を採用し、その後LIMSを用いて高効率な分離を行う。

ステップ4：濃縮排水と尾鉱処理

4.1 濃縮液の脱水

分離段階で得られる鉄精鉱は、高湿度のスラリー（一般的に固体濃度は20%から30%）です。輸送や downstream の溶鉱に必要な条件を満たすために脱水を行う必要があります。

濃縮 (濃縮化)

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) フィルタープレス

濃縮された下流物は、濾過装置（真空フィルタープレスやプレート＆フレームフィルタープレスなど）に供給されます。真空または機械的圧力の下で、さらに水分が除去され、含水率約10％の濾液である濾ケーキが生成されます。このケーキが最終的な鉄濃縮物製品となり、梱包・出荷の準備が整います。

4.2 残留物の処理

鉄鉱石選鉱過程で生成される廃棄物（尾鉱）は、通常、総鉱石の50%以上を占めます。したがって、尾鉱の管理は選鉱プロセスの重要な部分です。現在、鉄尾鉱の処理には主に三つの方法が使用されています。

湿った尾鉱の処理

これは最も伝統的な方法で、尾鉱スラリーを直接尾鉱池に排出し、湿式貯蔵を行うものです。この方法は簡単で、比較的少ない資本投資で済むため、初期の選鉱プラントで広く採用されていました。しかし、安全性に重大なリスクを伴うため、段階的に廃止されつつあります。

b) ドライテールスリング積み込み

乾式処分は主流の傾向であり、新たに建設される鉄鉱石選鉱プラントの標準的な方法です。このプロセスは通常、深円錐沈殿、次いでろ過と脱水を伴い、尾鉱の水分含有量を15％以下に抑え、乾式スタッキングを可能にします。湿式処分と比較して、乾式スタッキングは安全性が格段に向上し、高い水回収率と優れた節水効果を実現します。

c) 製泥の総合的な有効利用

鉱滓は、建設材料の製造、採掘済みの空洞の埋戻し、土壌改良に利用できます。この方法は、鉱滓の保管の問題に根本的に対処するだけでなく、経済的な価値の創出にもつながります。

鉄鉱石の精錬は、鉱物資源を鋼へとつなぐ重要な橋渡しです。科学的に設計された合理的なプロセスと適切な設備の選択が、目標容量の達成、品質基準の維持、長期的な安定運転を実現するための根本的な保証となります。

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.

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