Optimalisatie van IJzerertsbeneficiëring voor Efficiënte Staalproductie

IJzererts is een mineraal dat na winning en verwerking wordt gebruikt voor de productie van ijzer en staal. De belangrijkste ijzerertssoorten bevatten Fe₂O₃ (70% Fe, hematiet) of Fe₃O₄ (72% Fe, magnetiet). Ertsen zijn normaal geassocieerd met ongewens gangue-materiaal. De graad van ijzererts wordt meestal bepaald door het totale Fe-gehalte. Run-of-mine ertsen na droge of natte classificatie, met normaal >62% Fe, heten 'natuurlijk erts' of 'direct verstuurbaar erts' (DSO). Deze kunnen direct in ijzer- en staalproductie worden gebruikt. Alle andere ertsen hebben beneficiëring en verwerking nodig.

Beneficiëring van Laaggradige IJzererts

Laaggradige ijzererts kan niet direct voor ijzer- en staalproductie worden gebruikt en moet worden geüpgraded om gangue-tegehalte te reduceren en Fe-gehalte te verhogen. Dit proces heet ijzerertsbeneficiëring (IOB).

IJzererts uit verschillende bronnen hebben unieke mineralogische kenmerken en vereisen specifieke beneficiëring en metallurgische behandeling voor optimale resultaten. Effectieve beneficiëring vereist effectief breken, malen en siften, voor welke geschikte technieken worden ingezet. De keuze van beneficiëring hangt af van de aard van de gangue en de associatie met de ertsstructuur. Verschillende methoden/technieken zoals wassen, jigging, magnetische scheiding, zwaartekrachtscheiding en flotatie worden in diverse combinaties gebruikt om Fe-gehalte te verhogen en gangue te reduceren. De nadruk ligt op een kosteneffectieve flowsheet met benodigde breken, malen, siften en beneficiërende technieken. Een typische flowsheet voor een IOB-fabriek is in Figuur 1.

Figuur 1: Typische flowsheet van ijzerertsbeneficiëringsfabriek

Breken, Malen en Siften

Doel van malen en hermalen: erts verkleinen tot voldoende om waardevolle mineralen te bevrijden en te winnen. Brek-, mal- en sietsystemen van een IOB-fabriek moeten ontworpen worden rekening houdend met de eisen van downstream beneficiëring. Brekeenheden kunnen primair, secundair, tertiair en quaternair zijn. Kaak-, gyratoire-, kegel- en rolbrekers worden gebruikt. Semi-autogeen en autogeen malen voor maling. Zowel staaf- als balmolen. Kapitaalinvesteringen en exploitatiekosten van malapparatuur zijn hoog → economie speelt grote rol in mate van breken/malen. Andere factoren: waardeconcentratie, mineralogie, hardheid, vochtgehalte. Gesloten maling minimaliseert overmaling van zeer kruimelbare erts. Hoogere recirculatielasting = minder overmaling.

Wassen en Nat Scrubben

Primitief maar wijd gebruikt bij klonterige ijzererts om friabele, zachte lateritische materialen, fijn materiaal en limonietische kleideeltjes die aan het erts hechten, los te maken en te verwijderen. Nat scrubben ook nuttig bij harde en poreuze ertsen die onvermijdelijk kaviteiten/pores met kleiachtig materiaal hebben dat substantieel verwijderd moet worden.

Zwaartekrachtscheiding

Toegepast waar ijzerhoudende mineralen vrij zijn van geassocieerde gangue. Specifiek gewicht van ijzerhoudende mineralen is meestal hoger dan gangue. Effectiviteit hangt af van correct breken en siften voor juiste voedergrootte aan zwaartekrachtsapparatuur en slibverwijdering. Veel apparaten/processen op zwaartekrachtsbasis beschikbaar:

• Dichtemedia scheiding (zware media scheiding): Grove ertsen (3–50 mm). Gemalen ferrosilicium (-300 mesh) als suspensie voor scheidingsdichtheid 3–3,2 (gangue drijft, scheidt). Suspensiemateriaal herwonnen met lage-intensiteit magnetische scheiders (LIMS). Voeder moet hard en compact met niet-poreuze gangue zijn.
• Zware media cycloon: Fijne ertsen (0,2–6 mm). Cycloon gebruikt centrifugaal en zwaartekracht. Gemalen ferrosilicium (-325 mesh) als medium.
• Jigging: Zwaartekrachtconcentratie: erts gescheiden in lichte, medium en zware dichtheidsfracties. Korrelgrootte 0,5–30 mm.
• Spiralen: Stromende film scheidingsapparaten. Continue gravitatoire laminarestroom afwaarts over helling. Scheidingsmechanisme: primaire en secundaire stroompatronen. Primaire stroom = slib stroomt afwaarts onder zwaartekracht. Secundaire stroom = radiaal door de goot. Bovenste vloeistoflagen (hogere dichtheid deeltjes) bewegen van centrum af; onderste concentratielagen (hogere dichtheid) bewegen naar centrum. Spiralen vereisen water toevoeging op diverse punten voor wassen (licht gangue wegnemen van dicht erts). Waswaterhoeveelheid en verdeling instelbaar. Puntcontrole minimaliseert waterverbruik door efficiënte richting in stromende pulp. Voedergrootte 0,3–1 mm. Normale pulpdichtheid 25–30% vastestof.
• Tafels: Breed toepassingsbereik in zwaartekrachtbehandeling. Normaal in reinigings- en bergingscircuits. Voedergrootte 0,3–1 mm. Normale pulpdichtheid 25–30% vastestof.
• Multi-graviete concentratoren: In ontwikkeling; voor fijne en ultrajfine deeltjes. Nuttig voor waardevolle mineralen uit slib en afval.
• Cyclonen: Verscheidene typen: hydrocycloon, stub cycloon, zware media cycloon. Kosteneffectief, simpele constructie. Hoofdonderdelen: cycloon diameter, inlaatmondstuk, vortexvinder, cilindersectie, kegelsectie. Juiste geometrische verhoudingen voor classificatie. Voeding → rotatie slib → centrifugaal krachten versnellen deeltjes naar buitenwand. Deeltjes migreren naar beneden in spiraalpatroon. Kleinere massa deeltjes migreren naar centrum, spiraal omhoog, uit via vortexvinder → overflow (fijnere deeltjes, meeste water, bij/beneden atmosferische druk). Hogere massa deeltjes blijven in afwaartse spiraal langs wanden kegelsectie, verlaten via apex opening → underflow (bij/beneden atmosferische druk).

Magnetische Scheiding

Magnetische scheidingsttechnologieën benutten verschil in magnetische eigenschappen om ijzererts van niet-magnetische gangue te scheiden. Kan in droge of natte omgeving (nat is gebruikelijker).

Categorisering: lage of hoge intensiteit. Lage intensiteit: magnetische velden 1000–3000 gauss. Normaal gebruikt voor magnetieterts als goedkope, effectieve methode. Hoge intensiteit: velden tot 20.000 gauss. Voor zwak magnetische ertsen zoals hematiet, van niet-magnetische/minder magnetische gangue. Andere factoren voor scheiderkeuze: deeltjesgrootte, vastestofgehalte van erts-slib.

Typisch drie stadia: (i) kobbing (grof), (ii) reinigen/ruw, (iii) afwerken. Elk stadium kan meerdere trommels in serie gebruiken voor hogere efficiëntie. Elke opeenvolgende stap werkt op fijner deeltjes door verwijdering van oversized deeltjes in eerdere stadia. Kobbers werken op grotere deeltjes en verwerpen substantieel percentage voer als afval.

Typen magnetische scheidingstechnologieën:

• Nat en droog, lage intensiteit magnetische scheiding (LIMS)
• Hoge gradiënt magnetische scheiding (HGMS)
• Nat hoge intensiteit magnetische scheiding (WHIMS)
• Rol magnetische scheiders voor zwak magnetische ertsen
• Inductie rol magnetische scheiding (IRMS) voor droge ertsconcentratie

Flotatieproces

Flotatie gebruikt techniek waarbij deeltjes van één mineraal of groep mineralen preferentieel hechten aan luchtbellen in aanwezigheid van chemisch reagens. Bereikt door reagens die preferentieel reageert met gewenst mineraal. Belangrijke factoren: uniformiteit deeltjesgrootte, reagens compatibel met mineraal, watercondities die niet interfereren met heching reagens-mineraal of reagens-luchtbel.

Vandaag de dag voornamelijk gebruikt om concentrates uit magnetische scheiding op te waarderen. Flotatie als enige beneficiëringsmethode is zeldzaam.

Chemische reagens hoofdzakelijk drie groepen: (i) collectors/amines, (ii) schuimers, (iii) antischuimmiddelen. Reagens kunnen in vaste stof, onmengbare vloeistof emulsie, of wateroplossing worden toegevoegd. Reagensconcentratie moet nauwkeurig gecontroleerd worden tijdens conditionering; te veel reagens vertraagt reactie en verlaagt efficiëntie. Factoren beïnvloedend conditionering: grondige menging en dispersie reagens door pulp, herhaald contact reagens-alle relevante ertsdeeltjes, tijd voor contactontwikkeling reagens-ertsdeeltjes voor gewenste reacties.