IJzererts Mijnen: Proces, Types en Winningstechnieken

IJzererts is een type mineraal en gesteente waaruit metallisch ijzer economisch wordt gewonnen. Deze ert is normaal rijk aan ijzeroxiden en varieert in kleur van donkergrijs, felgeel, dieppauw tot roestrood. Het ijzer zelf komt meestal voor als magnetiet (Fe₃O₄), hematiet (Fe₂O₃), goethiet (FeO(OH)), limoniet (FeO(OH)·nH₂O) of sideriet (FeCO₃).

Mijnbouwproces

Het mijnbouwproces bestaat uit ontdekking van een ijzerertsdepot via winning van ijzererts en uiteindelijk het herstellen van het land naar de natuurlijke toestand. Het bestaat uit verschillende duidelijke stappen:

1. Ontdekking van het ijzerertsdepot via prospecting of exploratie om de omvang, locatie en waarde van het ertslichaam te vinden en te definiëren. Dit leidt tot een wiskundige resource-inschatting van grootte en graad.
2. Exploratie en evaluatie: Identificatie en kwantificering van ertslichamen met geologische, geofysische en metallurgische technieken. In eenvoudige vorm: boren in afgelegen gebieden voor bemonstering. Data gelogd, gemapt, geanalyseerd, geïnterpreteerd, vaak met modellen.
3. Gedetailleerd mijnplan: Na evaluatie van het ertslichaam. Identificeert welke ertslichamen gemined worden en in welke volgorde voor benodigde ijzerertsproduct tegen passende kosten. Mijnplanning is cruciale stap vóór mijnontwikkeling en loopt dagelijks door zodra de mijn operationeel is.

Om toegang te krijgen tot het ijzerertsdepot in een gebied, is het vaak nodig om afvalmateriaal (ook overburden of afdeklaag genoemd) te mijnen of te verwijderen. De totale beweging van erts en afval vormt het mijnbouwproces. Vaak wordt meer afval dan erts gemined gedurende de levensduur van een mijn, afhankelijk van aard en locatie van het depot. Verwijdering en plaatsing van overburden is een grote kostenpost.

Mijnbautechnieken

Twee typen gebaseerd op uitgravingsmethoden: oppermijnbouw en ondergrondse mijnbouw (sub-surface mining). IJzererts wordt vrijwel uitsluitend door oppermijnbouw gewonnen. Meest voorkomende methoden: open groef mijnbouw en open snij mijnbouw. Er zijn wel enkele ondergrondse ijzerertsmijnen in werking wereldwijd. Keuze tussen oppermijnbouw en ondergrondse mijnbouw hangt af van nabijheid van ertslichaam aan oppervlakte. Open groef en open snij zijn minst kostbare winningstechnieken. Overburden en stripping ratios zijn belangrijk bij beslissing of een depot gemined wordt. De stripping ratio beschrijft de eenheid overburden die verwijderd moet worden per eenheid ruw erts gemined. Een typische open groef ijzerertsmijn in Figuur 1.

Figuur 1: Typische open groef ijzerertsmijn

Op basis van mijnbouwmethoden kan ijzerertsmijnbouw verdeeld worden in handmatige mijnbouw en gemechaniseerde mijnbouw. Grote ijzererts mijnen zijn gemechaniseerd; handmatige methoden in kleine mijnen.

Handmatige Mijnbouw

Normaal beperkt tot zwevende ertsen (float ores). Riferts (reef ore) ook handmatig op kleine schaal. Zweefertsgebied handmatig opgegraven met pikken, krabben, spaden; materiaal handmatig gezeefd om +10 mm zweeferts te scheiden en op te stapelen. Afval terug in putten. Voor riferts: gaten van 0,6 m diep, 30–40 mm diameter, geboord met handhouder hamers met draagbare compressors. Gaten ~0,6 m spacing, elk geladen met 150–200 gram buskruit of gelatinepatronen. Ontplofde gebroken erts handmatig gezeefd, gestapeld voor laden in dumpers voor verzending.

Gemechaniseerde Mijnbouw

Grote mijnen: winning van ijzererts uit oppervlakte depots. Alle operaties gemechaniseerd; mijnbouw systeemmatig via vorming van banken (benches) door boren en ontploffen.

Mijnbouwproces (Detail)

Materiaalherwinning uit open groef in de grond. Overburden (oppervlaktevegetatie, grond, gesteente) wordt verwijderd (afgestript) om begraven ertsdeposieten te bereiken. Overburden continu verwijderd gedurende mijnlevensduur als de hoge wand wordt teruggesneden om de groef te verdiepen. Bij mijnbouw worden ertsbanken gevormd voor boren, ontploffen en transport van erts naar brekerij. Bankhoogte hangt af van: productievereiste, vorm, grootte, diepte ertslichaam, geologische storing, hardheid/compactheid, type/grootte machines. Gezichtslengte hangt af van: depositcontouren, productievereiste, graadvariaties, mengvereisten, laadmachinescapaciteit. Bankbreedte wordt grotendeels bepaald door grootste machine.

Boren in banken van open groef mijnbouw voor productie met gemechaniseerde boren specifiek per methode. Hoofddoel: gat van geschikte diameter, diepte, richting in rots voor explosieven voor ontploffing. Gaten normaal in patroon afhankelijk van bankhoogte, gatdiameter, boorapparatuur, rotsnatuur, explosieventypes. Ontploffingsgaten meestal verticaal, maar kunnen schuin voor betere resultaten.

Doel ontploffing: ertslichaam blootleggen voor winning EN erts breken. Hoofdeis explosief: complete verbranding zonder externe zuurstof. Vroeger: nitroglycerine, koolstofhoudend materiaal, oxidatiemiddel. Soms emulsie/gel explosief cartridges. Tegenwoordig meest gebruikt: mengsel ammoniumnitraat en brandstofolie (ANFO). Ontploffing door hoge-explosieve ontploffingskap en/of primer. Tegenwoordig Nonel als detonator. Nonel = schokbuis detonator om ontploffingen te initiëren. In plaats van elektrische draden: holle plastic buis levert vuurimpuls aan detonator → immuun voor elektrische stroombesmetting. Klein diameter, drie-lagen plastic buis, binnenst gecoate met reactief explosief → bij ontbranding laag-energie signaal (vergelijkbaar stofexplositie). Reactie reist ~2000 m/sec langs buis met minimale storing buiten buis. Gepatenteerde technologie: cushion disk (CD) en delay ignition buffer (DIB) voor betrouwbaarheid en nauwkeurigheid.

Gebieden voor open groef mijnbouw geselecteerd via mijnplan. Geïdentificeerde gebieden getagd. Erts gemined uit grote open gaten door progressieve winning langs treden/banken. Banken geven toegang tot progressief diepere erts, naarmate bovenlaag verwijderd wordt. Na opruimen grond/overliggend gesteente: erts booren en ontploffen. Te verwijderen deel ertslichaam eerst geboord met rigs in passend patroon. Geboorde gaten geladen met explosiefmengsels, geladen en ontplofd. Resulterende ontploffing breekt materiaal tot benodigde graad voor graven.

Na ontploffing: gebroken erts geladen voor transport door schoppen, graafmachines of shovels op grote dump trucks voor transport naar brekerij- en wasinstallatie. Transport vergemakkelijkt door mijntransportwegen. Overland bandtransportbanden voor lange afstanden tussen putten/brekerijen en brekerijen/laadplaatsen. De brede gaten in de grond door boren, ontploffen, ertsverwijdering = 'open putten'.

Breken en Wassen van Ertsen

In brekerij- en wasinstallaties wordt ertsverwerking uitgevoerd. Verwerking varieert van simpel breken/zeven/scheiden van verschillende korrelgroottes tot processen die kwaliteit upgraden (beneficiëring). Dit door fysieke processen die onzuiverheden verwijderen op basis van deeltjesdichtheid of grootte (zwaartekracht/grootte scheiding). Verwerking kan nat of droog. Verder ertshandling, wassen, zeven gemechaniseerd in brekerij/wasinstallaties.

Verwerkte erts wordt opgevormd en gemengd om productkwaliteitseisen te halen voordat herwonnen en geladen in spoorwagens of dumpers voor verzending naar klanten.

Milieukwesties

Afvalmaterialen uit open groef mijnbouw: overburden, afvalgesteente, mijnwater met gesuspendeerde en opgeloste stoffen. Andere afvalstoffen: kleine hoeveelheden olie/vet gespild tijdens winning. Mijnwater bevat opgeloste/gesuspendeerde constituenten zoals in het ertslichaam. Mogelijk sporen van: aluminium, antimoon, arseen, beryllium, cadmium, chroom, koper, mangaan, nikkel, selenium, zilver, zwavel, titanium, zink, etc.