IJzererts en winning van ijzererts begrijpen

Ijzererts begrijpen en ijzererts winnen

IJzer (Fe) is een overvloedig en wijdverbreid element in de aardkorst en vormt gemiddeld 2% tot 3% in sedimentair gesteente tot 8,5% in basalt en gabbro. Het aanbod is in wezen onbeperkt in bijna alle regio's van de wereld.

Het meeste van dit ijzer is echter niet in een vorm die kan worden gebruikt in de huidige ijzerproductiepraktijken. Daarom mag alleen dat deel van het totale ijzer in de aardkorst dat zowel economisch als ruimtelijk voor de staalindustrie beschikbaar is, terecht ijzererts worden genoemd. Wat ijzererts is, verschilt echter sterk van plaats tot plaats en van tijd tot tijd. Er zijn veel factoren die bepalen of ijzerhoudend mineraal kan worden geclassificeerd als ijzererts, maar in wezen is het een kwestie van economie. Met dit concept in gedachten, is een logische definitie van ijzererts voor commerciële doeleinden 'ijzerhoudend materiaal dat economisch kan worden gebruikt op een bepaalde plaats en tijd onder de dan geldende kosten- en marktprijsomstandigheden'.

Omdat ijzer in veel gebieden aanwezig is, is het van relatief lage waarde en moet een afzetting een hoog percentage Fe bevatten om als ertskwaliteit te worden beschouwd. Met de komst van verbeterde methoden voor veredeling, concentratie en agglomeratie, is de verscheidenheid aan ijzerhoudende materialen die nu kunnen worden gebruikt, uitgebreid en veel soorten materialen van lage kwaliteit die ooit als oneconomisch werden beschouwd, worden nu beschouwd als ijzererts. Gewoonlijk moet een afzetting ten minste 25% Fe bevatten om als economisch winbaar te worden beschouwd.

Meer dan 300 mineralen bevatten ijzer, maar vijf mineralen zijn de primaire bronnen van ijzererts. Dit zijn (i) magnetiet (Fe3O4), (ii) hematiet (Fe2O3), (iii) goethiet (Fe2O3.H2O), (iv) sideriet (FeCO3) en (v) pyriet (FeS2). De eerste drie zijn van groot belang omdat ze voorkomen in grote economisch ontginbare afzettingen. Het meeste ijzererts dat over de hele wereld wordt gewonnen, valt echter onder de eerste twee categorieën.

Hematiet heeft een chemische samenstelling van Fe2O3 die overeenkomt met 69,94% ijzer en 30,06% zuurstof. Het heeft een kleur van staalgrijs tot dof rood of felrood, kan aards, compact of kristallijn zijn en heeft een soortelijk gewicht van 5,26. Veel voorkomende variëteiten worden kristallijn, spiegelend, martiet (pseudomorf naar magnetiet), maghemiet (magnetisch ijzeroxide), aardachtig, okerachtig en compact genoemd. Hematiet is een van de belangrijkste ijzerertsen. Het komt veel voor in veel soorten gesteenten en is van verschillende oorsprong. Het komt voor in verband met aderafzettingen, stollingsgesteenten, metamorfe en sedimentaire gesteenten, en als een product van de verwering van magnetiet. Sommige laagwaardige afzettingen van verspreid kristallijn hematiet zijn met succes behandeld door zowel zwaartekracht- als flotatietechnieken om concentraten van hoge kwaliteit te produceren.

Magnetiet heeft een chemische samenstelling van Fe3O4, wat overeenkomt met 72,36 % ijzer en 27,64 % zuurstof. Het heeft een kleur van donkergrijs tot zwart en een soortelijk gewicht van 5,16 tot 5,18. Het is sterk magnetisch en bezit soms polariteit, zodat het als een natuurlijke magneet zal werken. Magnetiet komt voor in stollingsgesteenten, metamorfe en sedimentaire gesteenten. De magnetische eigenschap van magnetiet is belangrijk, want het maakt exploratie met magnetische methoden mogelijk en maakt de magnetische scheiding van magnetiet van ganggesteentematerialen mogelijk om een ​​concentraat van hoge kwaliteit te produceren. Het is steeds belangrijker geworden als bron van ijzer vanwege de voortdurende verbeteringen in magnetische concentratietechnieken en in het uitgebreide gebruik van de hoogwaardige producten.

Mijnbouw van ijzererts

Mijnbouw (winning), verrijking en verwerking van ijzererts levert ijzer en staal op. Mijnbouw wordt gedefinieerd als het verwijderen van ertsmateriaal uit een afzetting en omvat alle activiteiten voorafgaand aan de verrijking. Hoogwaardig ijzererts (ijzergehalte hoger dan 62 %) wordt eenvoudigweg geplet, gezeefd en rechtstreeks naar de ijzerproductie-eenheid (bijv. hoogoven) vervoerd. Laagwaardige ijzerertsen met een lager ijzergehalte hebben andere nuttige activiteiten nodig dan vermalen, zeven en wassen om hun ijzergehalte te verhogen. Om concurrerend te zijn, moet de winning van ijzererts op zeer grote schaal plaatsvinden. Er zijn twee mijnbouwmethoden die vaak worden gebruikt. Dit zijn (i) dagbouw, (ii) ondergrondse mijnbouw of mijnbouw met schachten.

De beslissing om ondergrondse of dagbouwtechnieken toe te passen, is afhankelijk van de nabijheid van het ertslichaam tot de oppervlakte. De meerderheid van het ijzererts dat over de hele wereld wordt gewonnen, wordt uitsluitend via dagbouwtechnieken gewonnen. Er zijn echter ook enkele ondergrondse ijzermijnen in de wereld. Er zijn twee basismethoden voor oppervlaktemijnbouw die zijn ontworpen om ijzererts uit oppervlakteafzettingen te winnen. Dit zijn open pit- en open-cut-methoden. Bijna alle grote ijzerertsmijnen ter wereld, met uitzondering van enkele, worden met open groeven bewerkt.

Het proces van het winnen van ijzererts vereist enorme middelen. Deze middelen omvatten zware industriële mijnbouwapparatuur en geschoolde arbeidskrachten. Het materieel dat wordt gebruikt omvat bulldozers, schrapers, vrachtwagens (zware dumpers), dumpers, front-end loaders, hydraulische graafmachines, hydraulische en elektrische shovels (stripping shovels, loading shovels), draglines, wielgraafmachines, dreggen, watertankers, straalgatboren (diamant bit roterende boren), en zware transportbanden. Daarnaast zijn er brekers en zeven met bijbehorende apparatuur nodig voor het breken en zeven van erts tot verhandelbaar product.

Planning en ontwikkeling

Het ontginningsproces van ijzererts, van de ontdekking van een ijzerertsafzetting via de winning van ijzererts en uiteindelijk tot het terugbrengen van het land naar zijn natuurlijke staat, bestaat uit verschillende afzonderlijke stappen. De eerste is de ontdekking van de ijzerertsafzetting, die wordt uitgevoerd door prospectie of exploratie om de omvang, locatie en waarde van het ertslichaam te vinden en vervolgens te bepalen. Dit leidt tot een wiskundige schatting van de middelen om de omvang en het niveau van de aanbetaling te schatten.

De winning van ijzererts begint op grondniveau. Erts wordt geïdentificeerd door boorkernmonsters met diamanten op een rooster enkele meters de aarde in. ijzerertsgesteente omvat een aanzienlijk percentage ijzer en de rest bestaat uit onzuiverheden zoals aluminiumoxide en silica. Deze monsters worden geanalyseerd en gecategoriseerd zodat mijningenieurs nauwkeurig een mijnplan kunnen ontwikkelen.

De ontwikkeling van de mijn omvat mijnplanning om het economisch winbare deel van de afzetting, de metallurgische kenmerken van de ertsen, de terugwinbaarheid van erts, technische problemen, verplettering en infrastructuurvereisten te evalueren. Het deel van een afzetting dat economisch winbaar is, is afhankelijk van de verrijkingsfactor van het erts in het gebied.

Om toegang te krijgen tot de minerale afzetting in een gebied, is het vaak nodig om afvalmateriaal dat niet direct van belang is, te ontginnen of te verwijderen. De totale verplaatsing van erts en afval vormt het mijnbouwproces. Vaak wordt er tijdens de levensduur van een mijn meer afval dan erts gewonnen, afhankelijk van de aard en locatie van het ertslichaam. Het verwijderen en plaatsen van afval is een grote kostenpost voor de mijnbouw.

Tijdens de exploratiefase wordt het algemene voorkomen, de grootte en de vorm van een ijzerertsafzetting bepaald. Door ontwikkelingswerk wordt de kennis van het depot nader bepaald. Tijdens de ontwikkeling van een mijn is het vaak nodig om tot in detail de positie en aard van geologische structuren te bepalen die van invloed zijn op de distributie en beschikbaarheid van erts.

Nadat voldoende gedetailleerde informatie is verkregen, worden verschillende combinaties van exploitatieplannen bestudeerd met behulp van kaarten en secties die hiervoor zijn opgesteld. Deze tonen de grootte en vorm van het ertslichaam, ertssamenstellingen en laboratoriumtestresultaten. Uit deze grafische weergaven worden de hoeveelheden ertsen en afvalstoffen bepaald door toepassing van volumegewichtsfactoren. Computers worden vaak gebruikt bij het opstellen van tonnageramingen en bij het opstellen van gedetailleerde mijnbouwplannen. Door het gebruik van deze systemen worden vergelijkende evaluaties van verschillende mijnbouwmethoden en plannen gemaakt om het meest gunstige plan voor elke specifieke storting te bepalen en de mijnbouw van de aanbetaling te plannen.

Dienovereenkomstig is het noodzakelijk om de mijnproductie zo te plannen dat een gestage stroom ijzererts wordt gegenereerd waarvan de samenstelling consequent dicht bij de beoogde kwaliteiten ligt. Deze behoefte drijft het proces van het ontwikkelen van een exploratieperspectief tot een levensvatbaar mijnbouwproject. Omdat de samenstelling van de ertsafzetting alleen grof kan worden bemonsterd voorafgaand aan de mijnbouw, en omdat de economische en financiële omstandigheden nogal volatiel zijn, is elk mijnplan op zijn best voorlopig, onderhevig aan herziening in het licht van veranderende kennis over de ertsafzetting omdat het geleidelijk wordt blootgesteld tijdens mijnbouwactiviteiten.

De ontwikkeling en planning van de mijn stopt niet wanneer de productie begint, vanwege de noodzaak om te reageren op veranderende omstandigheden als gevolg van de ontvouwing van kennis over het ertslichaam, gegenereerd naarmate meer boorgaten meer tests opleveren die over het volume van het ertslichaam worden verdeeld. wordt gedolven.

De planning, ontwikkeling en exploitatie van een dagbouwmijn zijn meestal gebaseerd op een rechthoekig blokmodel. Dit blokmodel bestaat uit een reeks rechthoekige blokken, met afmetingen die overeenkomen met de kleinste ontginbare eenheid, namelijk 50 vierkante meter horizontaal en 10 meter verticaal. Voor elk blok worden schattingen gemaakt van de kwaliteit (ijzer, plus elk van de verontreinigingen zoals aluminiumoxide, silica en fosfor).

Het blokmodel is een evoluerend en adaptief informatiesysteem. Het is in eerste instantie gebaseerd op de interpolatie van gegevens van monsters die zijn genomen tijdens proefboringen. Tijdens de ontwikkeling en exploitatie van de mijn wordt het blokmodel voortdurend herzien door middel van infill-boringen, gegevens van geboorde gaten voor het plaatsen van explosieven en van de analyses van gedolven erts zoals het wordt verpletterd en geanalyseerd. In elk stadium van de operatie moeten mijnbouwselectie- en sequentiebeslissingen worden gebaseerd op de imperfecte blokmodelinformatie die momenteel beschikbaar is, om erts te produceren voor verzending dat overeenkomt met de beoogde kwaliteit binnen gespecificeerde toleranties.

Bovenmijnbouw

Bovengrondse mijnbouwmethoden zijn ontworpen om erts te extraheren uit oppervlakteafzettingen. De ertsafzetting wordt blootgelegd door een laag aarde weg te halen, soms slechts enkele meters dik. Dit materiaal dat moet worden gestript, staat bekend als 'overburden'. Deklagen kunnen bestaan ​​uit niet-geconsolideerd materiaal, steen, klei, grind en mager ertsmateriaal. De diepte waarop dagbouw wordt uitgevoerd, hangt af van de kwaliteit van het erts, de aard van de deklaag en de stripverhouding. De stripverhouding is de hoeveelheid deklaag en afval die moet worden verwerkt voor elke eenheid erts die wordt gewonnen. Het wordt beschreven als de eenheid van de deklaag die moet worden verwijderd voor elke eenheid gedolven ruw erts. De stripverhoudingen nemen toe met de kwaliteit van het erts dat wordt gedolven en met de kostenfactoren die verband houden met de opbrengst en het transport.

De economische stripverhouding varieert sterk van mijn tot mijn, afhankelijk van een aantal factoren. In het geval van directe verzending van ertsen kan dit oplopen tot 6:1 of 7:1. In het geval van laagwaardig erts wordt een stripverhouding van minder dan 1,5:1 vaak als een economische limiet beschouwd.

Voor het ontginnen van het ijzererts is het essentieel om het mijngebied bloot te leggen door eerst de deklaag te strippen. De deklaag wordt door grote hydraulische shovels in productietrucks geladen, die het naar contourstortplaatsen slepen. Deze stortplaatsen zijn ecologisch ontworpen om bij de omgeving te passen.

Bij open mijnbouw kan het verwijderen van deklaag een groot deel van de levensduur van een mijn doorgaan, aangezien de mijnwanden worden ingekort om verdieping van de mijn mogelijk te maken om erts in de bodem terug te winnen. Niet-geconsolideerde materialen worden, afhankelijk van de plaatselijke omstandigheden, uitgegraven met shovels, draglines of schoepkrabbers. Andere materialen worden over het algemeen uitgegraven met shovels.

Het erts wordt gewonnen uit grote open groeven door geleidelijke extractie langs trappen of banken. De banken bieden toegang tot steeds diepere ertsen, naarmate het erts op de bovenste verdieping wordt verwijderd. Nadat de grond en het bovenliggende gesteente zijn vrijgemaakt, wordt het erts geboord en gestraald. Het doel van stralen is om het ertslichaam bloot te leggen voor extractie of om een ​​benadering (horizontale doorgangen) te creëren die kunnen worden gebruikt om toegang te krijgen tot het ertslichaam. Stralen wordt ook gebruikt om erts te breken.

Er wordt geboord en gestraald om de geconsolideerde materialen te breken in formaten die kunnen worden verwerkt door mijnbouwapparatuur, evenals door breek- en zeefinstallaties. Het wordt ook wel eens gedaan om ertsbanken los te maken vóór de shovels om de efficiëntie van het laden te vergroten.

Het te verwijderen deel van het ertslichaam wordt eerst in een bepaald patroon geboord. Het boren wordt uitgevoerd met grote gemechaniseerde boorinstallaties. Het hoofddoel van booroperaties is het creëren van een gat met een geschikte diameter, diepte en richting in gesteente waarin explosieven kunnen worden geplaatst voor explosieven. Typisch hebben de geboorde straalgaten een diameter van 400 mm en een diepte van ongeveer 10-12 meter. Er worden ongeveer 400 gaten geboord in een straalpatroon.

Voor de explosie worden de geboorde gaten gevuld met explosieve mengsels. De belangrijkste vereiste voor een explosief dat wordt gebruikt bij het opblazen van mijnen, is het vermogen om volledige verbranding te bereiken zonder externe zuurstoftoevoer. In het verleden bestonden explosieven die bij explosieven werden gebruikt uit nitroglycerine, koolstofhoudend materiaal en een oxidatiemiddel. Tegenwoordig zijn de meest gebruikte explosieven mengsels van ammoniumnitraatmeststof en stookolie (ANFO genaamd). Het explosief wordt tot ontploffing gebracht door een brisant ontploffingskap en/of primer. In sommige gevallen worden emulsie- of gelexplosiepatronen gebruikt.

Eenmaal voorbereid, wordt de mijnsite ontdaan van arbeiders en uitrusting en wordt de ontploffing tot ontploffing gebracht. Elk van de gaten wordt op slechts een milliseconde van elkaar tot ontploffing gebracht, wat resulteert in een stapel ruw ijzererts die uiteenvalt tot een afmeting van minus 2 m x 2 m. De brede gaten in de grond die ontstaan ​​door boren, stralen en ertsverwijdering worden 'open putten' genoemd.

Na het stralen staat het gebroken erts bekend als run of mine (ROM) erts. ROM-erts wordt door enorme elektrische shovels, hydraulische graafmachines of frontladers op dumptrucks met grote capaciteit geladen, die het naar een breek- en zeefstation vervoeren.

Verpletteren en zeven

IJzererts van handelskwaliteit moet de juiste maat hebben voordat het in de hoogoven wordt geladen. De huidige hoogoventechnologie vereist gewoonlijk het verbrijzelen en zeven van ertsen met directe lading die fijner zijn dan 10 mm en grover dan 30 mm. De specifieke geselecteerde maat is gebaseerd op de kenmerken van het erts en is gespecificeerd om een ​​hoge permeabiliteit van de stapel te behouden en ook voldoende tijd te geven voor het verminderen van grover materiaal. Daarom zijn breken en zeven een integraal onderdeel van ertsproductiefaciliteiten.

Veel mijnen maken gebruik van twee tot drie stadia van verplettering. Sommige mijnen hebben de primaire breker in de mijn, die transportbanden gebruikt om het gebroken erts naar de secundaire en tertiaire brekers of rechtstreeks naar de fabrieken te transporteren. De verpletterende stadia zullen het ijzererts verminderen van enkele voet in diameter in de eerste fase tot zes inch tot een halve of drie-achtste van een inch als eindproduct. Het brekerproduct wordt naar de maalbewerking gevoerd voor verdere verkleining

Het breken omvat gewoonlijk een primaire kaakbreker met secundaire brekers die werken in een gesloten circuit met trillende zeven. De keuze van de uitrusting wordt grotendeels bepaald door de brosheid van het erts. De meeste zeefoperaties op hoogwaardige ertsen zijn droog, behalve wanneer de fijne fractie effectief kan worden opgewaardeerd door slijm te verwijderen.

De fijne deeltjes van minus 10 mm die worden geproduceerd door pletten en zeven, worden meestal geagglomereerd door sinteren of soms gemalen voor pelletisering.

Het mijnbouwprogramma bij individuele mijnen is ontwikkeld om een ​​uniform product te produceren. Hoewel er bij de meeste laad- en verzendsystemen meerdere verwerkingsstappen betrokken zijn, bieden ze vaak niet voldoende menging om te voldoen aan de kwaliteitsborgingsnormen die nu door de staalfabrieken worden vereist, vooral als zowel de maatconsistentie als de chemienormen zijn gespecificeerd. Geavanceerde gecombineerde meng- en laadfaciliteiten zijn nu bijna universeel aanwezig in de ijzerertsmijnen.

Stapel- en terugwinsystemen worden vrij vaak gebruikt. Stapelen resulteert in gelaagdheid van de ijzerertsen. Elke opeenvolgende laag vertegenwoordigt een ijzererts dat qua grootte, consistentie of chemische samenstelling kan verschillen van aangrenzende lagen. De langwerpige stapel wordt opgebouwd tot een hoogte die wordt beperkt door het stapelvermogen van de stapelmachine. Het erts kan dan worden teruggewonnen voor gebruik door graafmachines op wieltjes, frontladers of een dwarstransporteur met schrapers. Het verwijderen van erts van het oppervlak van de stapel resulteert in een stroom materiaal die een uniform mengsel is van erts uit alle lagen. Het gemengde erts wordt vervolgens naar de klanten verzonden.

De verschillende stappen in mijnbouw worden getoond in figuur 1.

Fig 1 Stappen in open mijnbouw van ijzererts

Milieuproblemen

Materialen die worden gegenereerd als gevolg van dagbouwmijnen zijn onder meer deklaag, afvalgesteente en mijnwater. Andere afvalstoffen kunnen kleine hoeveelheden olie en vet zijn die tijdens de extractie zijn gemorst. Mijnwater bevat meestal opgeloste of gesuspendeerde bestanddelen die vergelijkbaar zijn met die in het ertslichaam zelf. Dit kunnen sporen zijn van aluminium, antimoon, arseen, beryllium, cadmium, chroom, koper, mangaan, nikkel, selenium, zilver, zwavel, titanium en zink.

Water veroorzaakt een verscheidenheid aan problemen bij de winning van ijzererts. Behalve in zeldzame gevallen, zoals bij mijnbouw op een heuvel of mijnbouw onder woestijnomstandigheden, moet het water worden opgevangen in putten, putten of ondergrondse werken en uit de mijn worden gepompt. Dergelijk drainagewater wordt vaak direct gebruikt om waterverliezen bij concentratieoperaties te compenseren.