Cách khai thác quặng sắt? Quá trình tuyển quặng sắt hoàn chỉnh

Summary: Làm thế nào để tuyển nổi quặng sắt thực sự biến quặng thô thành tinh luyện? Bài viết này giới thiệu quy trình tinh quặng sắt hoàn chỉnh...

Quặng sắt khai thác trực tiếp (ROM) thường có chất lượng thấp, chứa một lượng đáng kể gangue và tạp chất có hại. Vì vậy, quá trình tuyển nổi là cần thiết.

Bài viết này giới thiệu về quy trình tuyển khoáng hoàn chỉnh quặng sắt.

Quá trình tuyển quặng sắt hoàn chỉnh là sự kết hợp của các hoạt động vật lý và hóa học khác nhau, chủ yếu gồm các giai đoạn sau: nghiền và sàng, nghiền và phân loại, tách, loại bỏ nước khỏi quặng tinh, và xử lý bùn thải.

Bước 1: Nghiền và sàng lọc

Hợp kim vàng bạc thô khai thác từ mỏ có kích thước khối lớn—lên tới hơn một mét đường kính tối đa—làm cho việc đưa trực tiếp vào máy nghiền không thể thực hiện được. Nó phải trải qua quá trình nghiền đa giai đoạn để dần giảm kích thước hạt, chuẩn bị cho các hoạt động nghiền và tách tiếp theo.

Nghiền thô: 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.

Nghiền vừa và mịn: 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: Sau khi nghiền, vật liệu được sàng lọc; các hạt đáp ứng yêu cầu kích thước sẽ tiến tới giai đoạn tiếp theo của quá trình, trong khi các hạt quá cỡ sẽ được trả về máy nghiền để nghiền lại, hình thành một vòng kín. Cấu hình vòng kín này kiểm soát hiệu quả kích thước hạt sản phẩm và ngăn chặn việc nghiền quá mức, đồng thời tối đa hóa hiệu quả nghiền.

Bước 2: Nghiền Và Phân loại

Đây là giai đoạn quan trọng để giải phóng khoáng chất trong quá trình tuyển đáng quặng sắt. Sau khi nghiền, các hạt khoáng sắt vẫn còn bám chặt với các hạt gangue trong quặng. Để đạt được sự phân tách hiệu quả, quặng phải trải qua quá trình nghiền để đạt được mức độ giải phóng đơn thể đủ cao.

2.1 Mài nghiền

Nghiền 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.

Nghiền 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 Phân loại

Phần xả ra từ máy nghiền vào thiết bị phân loại - phổ biến nhất là ly tâm thủy lực - giúp phân chia vật liệu thành sản phẩm phù hợp và không phù hợp dựa trên sự khác biệt về vận tốc lắng của các hạt trong nước. Phần mịn phù hợp (người tràn) tiếp tục qua giai đoạn phân loại, trong khi phần thô không phù hợp (ngược dòng) được trả lại máy nghiền để nghiền lại, hình thành một chu trình kín khác. Hiệu quả phân loại ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ nghiền quá mức và giải phóng trong sản phẩm đã nghiền, đóng vai trò then chốt trong hiệu suất phân ly sau này.

Bước 3: Tách ra

Đây là giai đoạn cốt lõi của quá trình tuyển quặng sắt, nơi các khoáng chất sắt được tách ra khỏi các khoáng chất gangue dựa trên sự khác biệt về đặc tính vật lý hoặc hóa học của chúng. Việc lựa chọn phương pháp tách phù hợp chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm của quặng, đặc biệt là loại khoáng sắt, kích thước hạt phân tán và mối quan hệ liên kết trong quặng.

Các phần sau đây trình bày các phương pháp tách riêng cho bốn loại quặng sắt phổ biến: magnetit, hematit, limonite và siderit.

3.1 Magnetit - Phân Lần Chọn Lọc Từ Tính

Vì magnetit có tính từ rõ ràng cao, phương pháp tuyển nổi từ trường là phương pháp hiệu quả nhất và tiết kiệm nhất để làm giàu nó.

Quy trình này phù hợp nhất cho các quặng magnetite đơn giản, dễ xử lý.

Continuous Nghiền – LIMS: Tùy thuộc vào kích thước hạt phân tán của magnetit, quá trình sử dụng một hoặc hai giai đoạn nghiền liên tục. Khi dung dịch nghiền đạt độ mịn mục tiêu, nó sẽ chuyển trực tiếp đến hệ thống phân ly từ tính (LIMS).

Stage Nghiền – LIMS: Lý tưởng cho các quặng magnetit mịn, độ cao thấp. Quá trình nghiền sơ bộ được tiếp theo bởi quá trình tách từ cứng hơn nhằm loại bỏ một phần lớn phần thải ban đầu. Tinqết quả, tinh quặng cứng hơn sau đó được đưa vào nghiền thứ cấp trước khi làm sạch.

Ưu điểm chính của giải pháp SBM: Mục tiêu chính của cả ba sơ đồ quy trình là loại bỏ bùn thải sớm, giúp giảm khối lượng xử lý ở các giai đoạn sau, giảm tiêu thụ năng lượng tổng thể và giảm chi phí vận hành.

3.2 Tách Hematin

Hematit (Fe2O3) chứa tới 69,94% sắt và được xếp loại là khoáng chất yếu về khả năng từ) tính. Hiện tại, phương pháp tách phổ biến nhất cho hematit bao gồm tách trọng lực, tuyển nổi và tách kết hợp.

Phân loại bằng trọng lực

Dựa trên đặc điểm kích thước hạt, phân lập trọng lực hematite được chia thành xử lý hạt mịn và hạt thô:

Phân Loại Trọng Lực Chi Tiết Phù hợp cho quặng hematit có kích thước phân tán nhỏ và khả năng từ trường tương đối cao hơn. Quặng được nghiền và xay để giải phóng khoáng vật trước khi tách tinh quặng hematit chất lượng cao bằng thiết bị tuyển nổi trọng lực (ví dụ: bàn lắc, máng xoắn).

Phân Tách Trọng Lực Có Độ Lớn Phù hợp cho quặng hematit thô. Phương pháp này thường chỉ áp dụng quá trình nghiền, sử dụng thiết bị phân loại trọng lực thô (ví dụ: jig) để loại bỏ các phần thải thô trực tiếp.

b) Phân tách nổi

Được dùng để xử lý các quặng hematit yếu có kích thước từ mịn đến siêu mịn, quá trình tuyển nổi gồm hai mạch chính: tuyển nổi trực tiếp và tuyển nổi ngược. Tuyển nổi trực tiếp phù hợp nhất cho các quặng hematit đơn giản, còn tuyển nổi ngược được sử dụng rộng rãi cho các quặng hematit có độ tinh khiết cao hơn chứa các khoáng gangue dễ nổi.

c) Phân cách kết hợp

Phân tách kết hợp được thiết kế cho quặng hematit phức tạp liên quan đến các khoáng vật từ nhẹ đến mạnh hoặc các tạp chất phi kim loại nhỏ. Các phương pháp phổ biến bao gồm:

• LIMS - Phân Loại Từ Trường Mạnh Cao (HIMS)
• HIMS - Phương pháp nổi
• HIMS - Phân tách Trọng lực
• Nóng chảy từ hóa - Phân loại từ trường

3.3 Tách Limonit

Limonit chủ yếu gồm các oxit sắt có nước với hàm lượng sắt (Fe) từ 40% đến 60%, xếp loại là khoáng sắt yếu từ磁. Các phương pháp tách phổ biến của limonit bao gồm tách trọng lực, tách từ, tuyển nổi và tách phối hợp.

Phân loại bằng trọng lực

Phù hợp nhất cho quặng limonite phân tán thô. Quá trình rửa + tách trọng lực được sử dụng rộng rãi, sử dụng máy rửa trống để rửa quặng thô nhằm loại bỏ clay, sau đó sử dụng thiết bị tách trọng lực như máy tách môi trường nặng (HMS) hoặc jig.

b) Phân Lấy Bằng Từ Trường

Mặc dù limonite có tính từ trường yếu, nhưng Quá trình Tách từ Đổi cao (HIMS) vẫn có thể được áp dụng hiệu quả để xử lý các quặng phân tán mịn.

c) Phù du

Áp dụng cho quặng limonite có hạt cực nhỏ, kết hợp cả chu trình tuyển nổi trực tiếp và tuyển nổi ngược lại. Thường cần xử lý loại bỏ cặn hay phân tán dung dịch nhựa mịn để loại bỏ ảnh hưởng tiêu cực của khoáng sét mịn trước khi tuyển nổi.

d) Phân chia kết hợp

Được thiết kế phù hợp cho các quặng limonite phức tạp có hạt phân bố không đồng đều hoặc hàm lượng clay cao. Các cấu hình phổ biến bao gồm:

• Phân loại trọng lực - Phân loại từ trường cường độ cao (HIMS)
• Lọc chọn - Phân tách nổi
• Lắng tụ - Tách từ bằng từ trường cường độ cao (HIMS)

3.4 Tách biệt Siderit

Siderit (FeCO3) chủ yếu gồm carbonate sắt (ferrous carbonate), với hàm lượng sắt là 48,2%. Bốn quy trình tuyển quặng phổ biến như sau:

Phân loại bằng trọng lực

Phù hợp để tách riêng các quặng siderit phân tán thô và trung bình. Phân loại trọng lượng trung bình nặng (HMS) và các máy tách jigger thường được sử dụng để đạt hiệu quả tập trung cao.

Separation từ trường cường độ cao (HIMS)

Áp dụng cho quặng siderit yếu từ trường. Sử dụng máy từ trường cường độ cao ướt (WHIMS) để xử lý bùn quặng đã tách mịn giúp cải thiện đáng kể chất lượng tinh quặng và tỷ lệ phục hồi.

c) Phù du

Lý tưởng để xử lý quặng siderit mịn, bao gồm cả các mạch tuyển nổi trực tiếp và tuyển nổi ngược:

Khai thác nổi trực tiếp: Bao gồm các phương pháp tuyển nổi axit và kiềm.

Trượt nổi ngược Chủ yếu bao gồm công nghệ tuyển nổi nghịch anion và công nghệ tuyển nổi nghịch cation.

d) Nung quang từ - Phân loại từ trường cường độ thấp (LIMS)

Áp dụng phương pháp nung từ để biến siderit kém từ trở thành oxit sắt từ mạnh (chẳng hạn như magnetit), sau đó thực hiện phân loại quang từ để tách hiệu quả cao.

Bước 4: Tập trung xử lý thoát nước và thải còn lại

Lọc nước cặn concentration

Tinh quặng sắt thu được sau quá trình tách là một hỗn hợp dạng hồ có độ ẩm cao (thường có hàm lượng rắn từ 20% đến 30%). Nó phải trải qua quá trình giảm ẩm để đáp ứng các yêu cầu vận chuyển và luyện kim phía dưới.

a) Đặc đặc (Tập trung)

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) Ép lọc

Phần chất lỏng đã làm đặc được chuyển đến thiết bị lọc (chẳng hạn như máy lọc chân không hoặc máy lọc tấm-mạ). Dưới áp suất chân không hoặc cơ học, độ ẩm được loại bỏ thêm để tạo ra bánh lọc có hàm lượng ẩm khoảng 10%. Bánh lọc này đóng vai trò là sản phẩm cuối cùng của quặng sắt đã tinh chế, sẵn sàng đóng gói và vận chuyển.

4.2 Xử lý thải phụ

Chất thải (bã) phát sinh trong quá trình tuyển quặng sắt thường chiếm hơn 50% tổng khối lượng quặng khai thác. Quản lý bã và chất thải là một phần thiết yếu của quá trình tuyển quặng. Hiện tại, có ba phương pháp chính được sử dụng để xử lý bã quặng sắt:

XỬ LÝ ĐỔI TẨY PHỦ ƯỚT

Đây là phương pháp truyền thống nhất, trong đó dòng bùn thải được xả trực tiếp vào hồ chứa thải để lưu trữ ẩm. Quá trình này đơn giản và yêu cầu đầu tư vốn tương đối thấp, nên đã được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy tuyển quặng đầu đời. Tuy nhiên, nó tiềm ẩn những rủi ro an toàn đáng kể và đang dần bị loại bỏ.

b) Xếp chồng đất thải khô

Phân loại khô là xu hướng chính và trở thành tiêu chuẩn cho các nhà máy tuyển quặng sắt mới xây dựng. Quá trình này thường bao gồm keo tụ dạng hình nón sâu rồi sau đó lọc và giảm ẩm, làm giảm hàm lượng ẩm trong phần thải xuống dưới 15% để xếp chồng khô. So với phương pháp thải ướt, xếp chồng khô mang lại sự an toàn được cải thiện đáng kể, đồng thời đạt được tỷ lệ thu hồi nước cao và tiết kiệm nước vượt trội.

c) Sử dụng toàn diện xỉ luyện

Các trung hòa có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu xây dựng, lấp các lỗ trống sau khai thác và làm phân bón cho đất. Phương pháp này về cơ bản giải quyết vấn đề lưu trữ trung hòa đồng thời tạo ra giá trị kinh tế tiềm năng.

Công đoạn beneficiation quặng sắt là một cầu nối quan trọng giữa tài nguyên khoáng sản và luyện thép. Quá trình thiết kế khoa học và hợp lý cùng với việc lựa chọn thiết bị phù hợp là cơ sở đảm bảo mục tiêu công suất, đạt tiêu chuẩn chất lượng và duy trì hoạt động ổn định lâu dài.

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.

Để tìm hiểu thêm về quá trình tuyển quặng sắt và các giải pháp lựa chọn thiết bị phù hợp, vui lòng liên hệ với SBM để được tư vấn tùy chỉnh và hỗ trợ kỹ thuật.