Процессы обогащения железных руд
Железо — широко распространенный элемент в земной коре: его содержание в среднем от 2–3 % в осадочных породах до 8,5 % в базальтах и габбро. Поскольку железо присутствует во многих областях, оно имеет относительно низкую ценность, и поэтому месторождение должно иметь высокий процент металла, чтобы его можно было считать рудой. Обычно месторождение должно содержать не менее 25 % железа, чтобы считаться экономически извлекаемым.
Более 300 минералов содержат железо, но пять минералов являются основными источниками железной руды. Это: (i) магнетит (Fe3O4), (ii) гематит (Fe2O3), (iii) гетит (Fe2O3.H2O), (iv) сидерит (FeCO3) и (v) пирит (FeS2). Добыча железных руд требует бурения, взрывных работ, дробления, сортировки и смешивания руд.
Дробление и сортировка являются неотъемлемой частью горнодобывающего предприятия. Дробление обычно включает первичную дробилку и вторичные дробилки, работающие в замкнутом цикле с вибрационными ситами. Выбор оборудования во многом определяется рыхлостью руды. Большинство операций по сортировке богатых руд проводятся всухую, за исключением тех случаев, когда фракцию мелочи можно эффективно улучшить путем обесшламливания.
Железные руды обычно подпадают под одну из трех категорий, а именно: (i) прямая доставка или руды с высоким содержанием железа, которые содержат достаточно железа для непосредственной загрузки в печь для производства железа и могут требовать только дробления, сортировки и смешивания, (ii) сопутствующие низкосортные товарные руды, которые встречаются рядом с высокосортными рудами, которые можно добывать одновременно и которые требуют незначительного обогащения путем промывки для увеличения содержания железа; (iii) низкосортные руды, требующие обширного дробления, измельчения и концентрации для получения приемлемого концентрата. Железные руды, попадающие в эти три категории, имеют совершенно разные требования к переработке. Для получения однородного продукта обычно смешивают руды разных марок, составов и размеров.
Термин «обогащение» применительно к железным рудам охватывает все методы, используемые для переработки руды с целью улучшения ее химических, физических и металлургических характеристик таким образом, чтобы сделать ее более желательным сырьем для печи по производству железа. К таким методам относятся дробление и измельчение, промывка, фильтрация, сортировка, калибровка, гравитационное концентрирование, магнитная сепарация, флотация и агломерация. В результате операций по обогащению производятся два продукта, а именно (i) концентрат и (ii) хвосты (отходы), которые выбрасываются.
Дробление и измельчение
Обогащение начинается с дробления и измельчения вместе с мокрой или сухой классификацией добытых руд при подготовке к дальнейшим мероприятиям по повышению содержания железа в рудах. Дробление и измельчение представляют собой многостадийный процесс, в котором может использоваться сухая или влажная руда. В зависимости от твердости руды для доведения руды до необходимой крупности сырья применяют две, три, а иногда и четыре ступени дробления. Первичное и вторичное дробление обычно осуществляется гираторными или конусными дробилками. Щековые дробилки редко обладают достаточной производительностью и долговечностью, чтобы их можно было использовать в качестве первичного дробильного агрегата, за исключением случаев, когда руда исключительно мягкая. Третичное дробление до крупного размера 25 мм обычно осуществляется дробилками с короткой головкой, работающими в закрытом цикле с ситами. Обычно первичное дробление, вторичное дробление и сортировка происходят на руднике.
Капитальные вложения и эксплуатационные затраты на дробление и измельчение значительны. Следовательно, экономика играет важную роль в определении использования этого оборудования и степени дробления и измельчения руды для дальнейшего обогащения. К другим важным факторам относятся ценовая концентрация руды, ее минералогия, твердость и влажность.
После первоначального измельчения тонкое измельчение доводит частицы руды до консистенции мелкого порошка (325 меш, 0,44 микрона). Выбор схемы измельчения зависит от плотности и твердости измельчаемой руды. Хотя использование стержневых или шаровых мельниц довольно распространено, на некоторых предприятиях используются системы само- или полусамоизмельчения. При самоизмельчении в качестве мелющих тел в мельнице используются крупные куски самой руды. В полуавтогенных операциях используются металлические шары и/или стержни, дополняющие измельчение кусков руды. Самоизмельчение лучше всего подходит для слабосцементированных руд, содержащих некоторое количество твердого материала. Преимущество самоизмельчения в том, что оно менее капиталоемко и трудоемко. Полуавтогенное измельчение исключает необходимость во вторичном контуре дробления. С помощью этого метода также устраняется износ стержня и шарика, основная статья расходов на техническое обслуживание традиционных шлифовальных машин.
Стержневые мельницы обычно предназначены для измельчения нормальной подачи минус 35 мм до минус 3 меш. Это барабанные мельницы с соотношением длины к диаметру от 1,5 до 2,0. Мелющими телами служат стальные стержни диаметром до 100 мм. Руда измельчается влажным способом с содержанием твердых веществ от 68% до 80%. Размер продукта контролируется комбинацией скорости подачи и загрузки стержня.