Optimaliseren van laaggraads ijzererts: jigging-technieken voor effectieve beneficiëring

Laaggraads ijzererts beneficiëring en het jiggingproces

IJzerertsbronnen worden verslechterd door de groei van ijzer- en staalproductie. Hooggraads ijzererts wordt schaarser; de voorraad aan staalfabrieken daalt scherp. De focus verschuift naar laaggraads ertsen en slibben die al jaren op mijnterreinen opgestapeld liggen. Deze gedumpte slibben vallen ook onder laaggraads ijzererts. Sommige ijzerertsen hebben een complexe mineralogische samenstelling en reageren niet op conventionele beneficiëringstechnieken. Moderne processen staan efficiënte, laagkostende upgradering van lump, fijn en ultra-fijn materiaal toe. Omdat ijzerertsen uit diverse composities, mineralogieën, vormen en groottes bestaan, is er geen "one size fits all"-benadering.

De meeste "run-of-mine" (ROM) ijzerertsen bevatten een groot percentage ongewilde materialen die via beneficiëring verwijderd moeten worden voordat de erts specificaties haalt. De omvang van de beneficiëring hangt af van het niveau en de aard van de verdunners en de verdeling van gangue en onzuiverheden in de ertsstructuur. Liberatie van de erts is een essentiële stap om het responsief te maken voor beneficiëring. Voor selectie van passende technieken is eerst een mineralogische beoordeling nodig om inzicht te krijgen in gangue-associatie, korrelgrootte, etc.

Uitdagingen bij laaggraads ijzererts

Hoofddoel: mineralogische kenmerken, zachte aard van sommige ertsen, hoog silica- of alumina-gehalte (of beide). Andere problemen: slechte liberatie, hogere hoeveelheid hydroxyl-dragende mineralen (goethiet, limoniet) met hoog verlies bij aansteking (LOI). Bij slechte liberatie is fijn malen nodig voor adequate liberatie van gewenst ijzerminerale en gangue.

Keuze van beneficiëringstechniek

Afhankelijk van aard gangue en associatie met ertsstructuur. Methodes: jigging, wassen, magnetische scheiding, zwaartekrachtsscheiding, flotation, in diverse combinaties.

Zwaartekrachtconcentratie: oudste en economischste techniek

Vervrijking via zwaartekrachtconcentratie is een van de oudste en meest economische technieken. Hoewel flotation en magnetische scheiding ook gebruikt worden, hebben ze de zwaartekrachtconcentratie slechts deels vervangen, niet verouderd. Zwaartekrachtsscheiding wordt uitgebreid toegepast in ijzerertsbeneficiëring vanwege lage kosten, gemakkelijke bediening, milieuvriendelijkheid. Technieken gebaseerd op differentiële zettingsnelheden van deeltjes. Zettingsnelheid bepaald door gewicht (volume/dichtheid), opwaartse kracht, wrijving. Meest gebruikte zwaartekwerktechnieken: schudde tafels, jigs, spiralen. Typische werkbereiken in Fig. 1.

Soms reductieroostering van laaggraads hematiet om te converteren naar magnetische erts vóór magnetische scheiding. Andere methode: dicht medium in gas-vaste stof vloeibed voor verrijking. Geselecteerd dicht medium en gasdruk voor vloeibed afhankelijk van ertskennmerken.

Voorbereiding: breken, malen, siften

Elke effectieve beneficiëring begint met effectief breken, malen, siften voor liberatie van ijzerrijke deeltjes. Doel malen/hermalen: erts verkleinen tot voldoende om waardevolle mineralen te libereren en te winnen. Systeem ontworpen rekening houdend met downstream beneficiëring. Breekunits: primaire, secundaire, tertiaire, quaternaire. Kauw-, gyratoire-, kegel-, rolbrekers. Semi-autogeen en autogeen malen; staaf- en balletjesmolens. Kapitaal- en exploitatiekosten malen hoog → economie speelt grote rol bij graad van breken/malen. Overige factoren: waardeconcentratie erts, mineralogie, hardheid, vochtgehalte. Gesloten circuit malen minimaliseert overmalen van vluchtige ertsen. Hoog hercirculatielading → minder overmalen.

Jiggingproces

Jigging is een ertsconcentratieproces in een vloeistof, effectiviteit gebaseerd op dichtheidsverschillen van granulair minerale deeltjes. Bestaat uit stratificatie van beddeeltjes in lagen van verschillend specifiek gewicht, gevolgd door verwijdering van gescheiden lagen. In tegenstelling tot zwaar medium scheiding (directe scheiding) wordt stratificatie in jigging geleidelijk bereikt; scheiding in producten na bepaalde tijd.

Jigging is een zwaartekrachtsscheidingsmethode waarbij deeltjes meestal vergelijkbare grootte hebben, vaak gebroken en gesiften vóór toediening op jigbed. Ondanks veel ontwerpvariaties, blijven basisprincipes gelijk. Water als scheidingsmedium; toepasbaar op mineralen, ertsen, slags, elk materiaal met dichtheidsverschil tussen gewenst en ongewenst component. Zeer effectief bij snij-dichtheidsverschil > 4,0 g/cm³.

Jigging: sorteren van materialen in erts in een vloeistof door stratificatie, gebaseerd op beweging van een bed deeltjes, intervalmatig gevloeistofd door pulsatie van de vloeistof in verticaal vlak. Stratificatie zorgt voor rangschikking in lagen met toenemende dichtheid van boven naar beneden. Deze rangschikking ontstaat door meerdere continu wisselende krachten op de deeltjes, en is meer gerelateerd aan deeltjesdichtheid dan de meeste andere zwaartekrachtconcentratiemethoden.

Jigging van ijzererts voor beneficiëring wordt al decennia toegepast. Redenen voor keuze jigging boven andere processen: (i) relatief eenvoudige scheiding, (ii) gunstige afweging exploitatiekosten vs. opbrengst ten opzichte van dicht-medium processen, (iii) geschikt voor ertsen met snij-dichtheid > 4,0, (iv) fysieke ertskennmerken die zwaar-medium scheiding ongeschikt maken (bijv. onacceptabel mediumverlies in macroscopische poriën). Luchtgepulste jigs zijn populair: kunnen grote pulsamplitudes genereren om diep bed zware erts te vloeistoffen, met name lump ijzererts.

Werking van het jiggingproces

Deeltjes worden op jigbed (meestal een zeef) gebracht, waar ze omhoog geduwd worden door een pulserende waterkolom, resulterend in opschorting in het water. Als de puls verzwakt, daalt waterpeil naar startpositie en deeltjes zakken weer op jigbed. Terwijl deeltjes in opschorting blootgesteld zijn aan zwaartekracht, zakken dichtere deeltjes sneller dan lichtere → concentratie hogere dichtheid op bodem, op jigbed. Deeltjes nu geconcentreerd naar dichtheid, apart te onttrekken. Bij ijzerertsbeneficiëring is dichter materiaal gewenst verrijkt erts; rest verworven als floats (tailings). Principe in Fig. 2.

Invloedende parameters

Hoewel jigs simpel in bediening, is het jiggingproces complex en sterk beïnvloed door meerdere interagerende factoren (gemengde variabelen). Deze zijn direct gekoppeld aan sub-processen: de jig zelf, de aandrijving met vooraf ontworpen hubpatroon, voeding, voerdistributie, onttrekking gestratificeerd materiaal, transportmechanisme vanaf de jig. Veel factoren inherent controleerbaar (gemanevvreerde variabelen), maar oncontroleerbare factoren (storingvariabelen) gerelateerd aan te behandelen erts spelen ook grote rol. Dit zijn basisredenen die jigprestaties beïnvloeden. Jigbed normaal in twee zones: concentraatzone (onderste lagen, zwaar erts >95%) en tailingszone. De 95%-grens vertegenwoordigt bepaalde concentraatkwaliteit.

Twee cruciale jigparameters

1. Pulsvorm (pulse shape): omvat amplitudo, frequentie, scherpte (versnelling waterkolom bij begin puls of afwijking van sinusvorm).
2. Verblijftijd (residence time): tijd dat erts in jigbed blijft. Afhankelijk van jigbreedte, -diepte, -lengte. Bij correcte pulsvorm voor optimale stratificatiesnelheid, nog steeds voldoende verblijftijd nodig om moeilijk materiaal (fijn, near-gravity) tijd te geven te migreren naar verwachte laag.

Verandering pulsvorm beïnvloedt scheidingssnelheid en -kwaliteit. Meestal werken snelheid en kwaliteit tegen elkaar; succesvol jigontwerp kiest pulsvorm die acceptabele scheiding geeft in economisch haalbare verblijftijd. Uitdaging: selecteren met vertrouwen een jigtechnologie die correct gedimensioneerd is en adequate pulsvorm biedt voor maximale prestaties en flexibiliteit.

Luchtgepulste jigs voor ijzererts

Voor ijzerertsbeneficiëring zijn luchtgepulste jigs populairder. Genereren grote pulsamplitudes om diep bed zware erts te vloeistoffen, vooral lump ijzererts. Fundamenteel principe: injectie van lagedruklucht (<1 atm) in kamer met open bodem, om waterkolom door bed te versnellen. Twee implementaties: (i) luchtzak loopt over breedte jig onder zeefdek (under-bed pulsated), (ii) aan één kant van jigbed (side pulsated). Lucht ipv mechanisch systeem omdat mechanisch systeem piekvermogen nodig heeft om waterkolom te versnellen over korte periode; blower leverend lucht aan ontvangstvat werkt continu bij redelijk gemiddeld vermogen. Blower gemakkelijker te onderhouden dan compressor of hydrauliekpak voor gelijk vermogen.

Constructie luchtgepulste jig

Bestaat uit zeefdek ter ondersteuning jigbed en toelaat waterpuls uit luchtkamers bed te tillen tot acceptabele hoogte voor specifiek materiaal en hutch-water. Hutch-water stroomt constant door bed voor scheidingsefficiëntie en houdt bed langer gevloeistofd. Aan einde jig meet een vloeter de hub van het bed en geeft productbedhoogte aan PLC → opent/sluit productpoortjes in kleine stappen om productbedhoogte in smal band rond ingestelde waarde te regelen. Tailings lopen over overlopen aan einde jig; product verzameld in hopper onder jig. Hoog/laag sondes starten/stoppen voeder voor controle productonttrekking. Puls gecreëerd door lucht die in/uit luchtkamers onder zeefdek gaat. Lucht duwt water in kamer naar beneden → puls op ertsbed; lucht laat los → ertsbed zakt op zeefdek vóór volgende puls. Lucht gegenereerd door blower, opgeslagen in werk luchtvat. Poppet-kleppen regelen lucht in/uit kamers. Lucht/water-interface niveau in kamers gemeten door niveausondes, regelen poppet-klep timing om hub in luchtkamer constant te houden. Typisch schematisch diagram in Fig. 3.