باسلام و عرض ادب

 خدمت مخاطبان عزیز وامید به اینکه با مطالب این سایت توانسته باشم اطلاعات مفید علمی و فنی رو خدمت مخاطبان عزیز ارائه بدم. هدف از ایجاد این سایت ارائه تجربیات علمی و فنی بنده در زمینه نقشه برداری و مهندسی معدن و همچنین  مقالات علمی،تخصصی و فنی اساتید و سایر متخصصان می باشد و حتی الامکان سعی گردیده است که مطالب نو،کاربردی ومتناسب با نیاز مخاطبان باشد.

امیدوارم مطالب سایت مورد توجه واقع شود.

فرآوری هماتیت

1.مقدمه

فرآوری مواد معدن مهمترین حلقه از زنجیره تولید مواد مواد معدنی و یک عامل تعیین کننده در اقتصاد معدن می باشد .این بخش از فرایند تولید بطور مستقیم در تصمیم گیری و فاکتور های اقتصادی استخراج معدن نظیر عیار حدی و نسبت باطله برداری تاثیر گذار است . یکی از رموز بقاء در یک بازار رقابتی کاهش هزینه ها و افزایش کیفیت محصول است که این امر در بخش فرآوری میسر می گردد .

بخش فرآوری به میزان قابل توجهی در کیفیت محصولات معدنی تولیدی و نیز هزینه های فرایند تولید نقش کلیدی را دارا است. بطوریکه آنچه که در مرحله استخراج تولید میشود باید با دو هدف «کاهش هزینه های حمل و نقل» و «رساندن ماده خام معدنی به مرحله قابلیت استفاده در بازار مصرف» به یک محصول قابل رقابت در بازار مصرف تبدیل گردد.

کانی هماتیت به عنوانی یکی از دو کانی اصلی منبع تولید فولاد در کنار کانی مگنتیت می باشد . اما از آنجایی که این کانی در مقایسه با مگنتیت دارای خاصیت مغناطیسی ضعیفی بوده و جزء کانی ها پارامگنتیک می باشد،  در مقایسه با مگنتیت ،عملیات فرآوری آن مستلزم مستلزم مطالعات پیچیده تر و گسترده در و درعین حال پرهزینه تری جهت پرعیار سازی باشد .

فرآوری هماتیت باتمام پیچیدگی هایش ارزش افزوده قابل توجهی می تواند ایجاد کند . از طرفی تعدد معادن و ذخایر با عیار مناسب در ایران پتانسیل قابل توجهی برای ایجاد ارزش افزوده محسوب می شود.

تاکنون از روش های مختلفی جهت فرآوری هماتیت در مقیاس صنعتی استفاده شده است و انتخاب یک روش مناسب جهت فرآوری در هر جغرافیا مستلزم مطالعات گسترده فنی و اقتصادی می باشد و روش جدایش برای هر کانسار با جغرافیای مختص خود کاملا منحصر به فرد می باشد .

آنچه که ما در این مقاله به آن اشاره کرده ایم شرح مختصری از روش ها یی است که جهت فرآوری هماتیت در معادن مختلف جهان استفاده شده است و در مقیاس صنعتی مورد آزمایش قرار گرفته است .

2.معرفی هماتیت


شکل 1- نمونه بلوری هماتیت

هماتیت (Hematite) اکسید آهن با فرمول شیمیایی Fe2O3 می باشد و از 30درصد اکسیژن و 70درصد آهن تشکیل شده است . در ررنگ های قهوه ای ، قرمز و خاکستری مایل به سیاه یافت میشود.رنگ خاکه آن قرمز ، بدون رخ و دارای جلای فلزی و مات است . وزن مخصوص آن 5.2گرم بر سانتی متر مکعب و سختی آن در مقیاس موس 6.5 می باشد .پاراژنز آن لیمونیت،گوتیت،مگنتیت،ایلمینیت،پیریت،سیدریت و کواترز می باشند.دارای خاصیت تاثیر پذیری مغناطیسی ضعیف می باشد .منشا ماگمایی و هیدرو ترمال دارد .

درحقیقت هماتیت خالص که استوکیومتری Fe2O3 داشته باشد بسیار کم یاب است واغلب دارای درصدی FeO می باشد و وجه تمایز آن با مگنتیت ازلحاظ فرآوری میزان FeO آن است.اغلب دارای ناخالصی هایی نظیر گوگرد،فسفر و تیتانیوم می باشد که هر سه آنها به عنوان عناصر مزاحم فولاد سازی می باشند .

عمده ترین کاربرد آن تولید فولاد می باشد و در کنار کانی مگنتیت منابع اصلی تولید فولاد جهان را تشکیل می دهند .کاربرد دیگر آن تولید سیمان ، رنگ دانه و همچنین ضد زنگ می باشد .

همانطور که از خواص فیزیکی کانی هماتیت پیداست علاوه بر اختلاف قابل توجه وزن مخصوص این کانی با باطله های همراه آن که وزن مخصوصی حدوداً معادل 2.7گرم بر سانتی متر مکعب می باشد خاصیت پارامغناطیسی این کانی نیز یک مزیت جهت تسهیل در فرآوری آن محسوب می گردد .

در مقایسه خواص قابل اتکا جهت تغلیظ هماتیت وزن مخصوص بالای آن در درجه اول و خاصیت پارامغناطیسی آن در درجه دوم از اهمیت بالایی برخوردار هستند و روش های غالب فرآوری هماتیت بر این خواص استوار است .

در ادامه به تشریح روشهای جدایش هماتیت به همراه تجهیزات مرتبط و شرایط کاربرد آنها خواهیم پرداخت .

3.روش های ثقلی

باتوجه به اختلاف وزن مخصوص قابل توجه میان کانی هماتیت و باطله های آن که دارای وزن مخصوص تقریبی 2.7 می باشند روش های ثقلی یکی از روش های مناسب برای تغلیظ آن می باشند .برای فرآوری هماتیت از جدا کننده های مختلفی استفاده شده است و انتخاب روش ثقلی مناسب برای هر کانسار مشخص تابع متغیرهای مختلفی است که ضمن معرفی هریک از روش ها به آنها نیز اشاره خواهد شد .

1-3.جیگ

جیگ یکی از قدیمی ترین تجهیزات جداسازی ثقلی برای هماتیت می باشد و از مزیت های آن امکان استفاده از ان برای ابعاد 1الی 25 میلی متر با بازده خوب اشاره کرد و درصورتی که سنگ آهن محتوای دانه ها از درجه آزادی مناسبی برخوردار باشند بازده عملیات بهتر خواهد شد. از محدودیت های استفاده از جیگ کاهش بازده آن در صورت زیاد بودن بازه ابعاد دانه و مخصوصا وجود دانه های کوچک تر از یک میلی متر است و بهتر است در استفاده از جیگ ها ضمن سرند کردن ابعاد زیر یک میلی متری ، دانه هارا به دو فرکشن ابعادی تقسیم کرده و درنهایت توسط دو دستگاه جیگ با متغیر های عملیاتی جداگانه اقدام به جداسازی نمود.جیگ ها برای جداسازی اولیه مناسب می باشند و محصول پرعیار شده آن به عنوان محصول نهایی تلقی نمی شود ودر ادامه باید پس از آسیا کردن از روش های دیگری جهت تغلیظ بیشتر هماتیت پرداخت .

شکل2-یک نمونه جیگ
شکل 2-یک نمونه جیگ

جیگ ها از ظرفیت های قابل قبولی برخوردارند اما باتوجه به درشت بودن ابعاد خوراک آن و پایین بودن درجه آزادی هماتیت انتظار بازده عملیاتی بالایی از ان نمی رود .
اگر دو ذره با ابعاد مشخص ولی چگالی های متفاوت در داخل یک سیال شروع به سقوط کنند ذره ی چگال تر دارای سرعت حد زیادتری نسبت به ذره سبک تر خواهد بود زیرا مقاومت سیال برای هردوی آنها برابر اما نیروی وزن ذره چگال بیشتر خواهد بود.
اساس کار جیگ ها بر همین اختلاف در سرعت سقوط استوار است ،در جیگ ها باقرار دان دانه های مواد معدنی داخل آب و ایجاد حرکت نوسانی در آب بطوری که یک شرایطی شبیه سقوط ذرات در داخل سیال را به تکرار انجام شود عمل جدایش صورت می گیرد.
از عوامل موثر در بازده عملیاتی جیگ میتوان به بازه دانه بندی و درجه آزادی دانه ها اشاره کرد .هرچه اندازه دانه های ورودی به جیگ به هم نزدیک تر باشند عملیات جدایش بازده بهتری خواهد داشت و از طرفی درصورت بالا بودن درجه آزادی ومتعاقبا کاهش درصد دانه ها با عیار میانی اختلاف چگالی بین بخش عیار و بخش باطله زیاد شده و تفکیک بهتر خواهد شد .
از مزایای جیگ ها می توان به پایین بودن هزینه سرمایه گذاری و همچنین هزینه های عملیاتی در کنار بازده خوب اشاره کرد.
انتخاب نوع جیگ به نتایج حاصل از آزمایشات رفتار ثقلی نمونه معرف ، ابعاد دانه ها ، عیار خوراک ، میزان ظرفیت واحد و حجم سرمایه گذاری اولیه بستگی دارد .

2-3.واسطه سنگین

استفاده از واسطه سنگین یکی از موثر ترین روش های جدایش ثقلی می باشد بطوری که با این روش میتوان کانی هایی با اختلاف چگالی اندک را نیز با بازدهی بالا جدا سازی نمود . اساس جدا سازی به روش واسطه سنگین بر قوانین شناوری استوار است .اگر شی جامدی در داخل سیالی چگال تر از خودش قرار داده شود این شی شناور خواهد ماند واگر چگالی سیال کمتر ازچگالی آن جامد باشد ،شی جامد در آن سیال غوطه ور خواهد شد.بر همین اساس اگر دو کانی با اختلاف وزن مخصوص را در یک سیالی که چگالی آن سیال در برابر متوسط چگالی آن کانی ها باشد ، کانی های چگال تر شروع به سقوط به عمق سیال میکنند و برعکس کانه های سبک نیز در سیال بالا آمده و شناور می شوند. منظور از واسطه سنگین همان سیالی با چگالی حد واسط بین کانی سبک و کانی سنگین است.
برای مثال اگر چگالی مایعی 1.5گرم بر سانتی متر مکعب باشد و مخلوطی از دانه های زغال سنگ با چگالی 1.3گرم بر سانتی متر مکعب و شیست با چگالی 2.65گرم بر سانتی متر مکعب را داخل آن بریزیم دانه های ذعال سنگ در آن سیال شناور شده و دانه های شیست به عمق ظرف سقوط خواهند کرد .
از معایب این روش هزینه سرمایه گذاری و عملیاتی بالایی می باشد زیرا تهیه، کنترل چگالی و باز یافت واسطه سنگین خود بخش اعظم تجهیزات و هزینه های عملیاتی را تشکیل می دهد .
از مزایای روش واسطه سنگین میتوان به بازده عملیاتی بالا وامکان استفاده درجدایش مواد با ابعاد بزرگتر حتی 250میلی متر اشاره کرد . حد پایین ابعاد مواد در این روش بسته به نواع جدا کننده واسطه سنگین متفاوت است اما این ابعاد نباید از 500میکرون پایین تر باشد زیرا دانه های ریزتر باعث افزایش چگالی ظاهری سیال و ویسکوزیته سیال واسطه می شوند .
تعیین چگالی واسطه و نوع آن مستلزم انجام آزمایشات کانه آرایی بر روی ماده معدنی و همچنین پارامتر های عملیاتی مختلفی می باشد.
سیال با چگالی بالا از مخلوط کردن میکرونیزه شده کانی های مغناطیسی مثل فروسیلیسیوم و مگنتیت در آب به دست می آید و دلیل استفاده از این دو کانی امکان آسان تنظیم چگالی سیال و همچنین امکان بازیابی این واسطه ها می باشد.

سیکلون واسطه سنگین
شکل 3- سیکلون واسطه سنگین

 

جداکننده استوانه ای واسطه سنگین
شکل4-جدا کننده استوانه ای واسطه سنگین

دستگاههای جدایش به روش واسطه سنگین شامل استوانه واسطه سنگین و سیلکلون واسطه سنگین می باشد . استوانه واسطه سنگین در مقایسه با سیکلون واسطه سنگین دارای تولید بالایی میباشد ولی عیب آن محدود بودن ابعاد به ابعاد بالای 5 میلی متر است ،درمقابل سیلکلون های واسطه سنگین میتوانند ابعادی تا 500میکرون را نیز با بازده بالا جدایش نمایند .

3-3.مارپیچ ها

مارپیچ ها یکی از ساده ترین و در عین حال کار آمد ترین تجهیزات جدایش ثقلی به شمار می روند، از مزایای آنها میتوان به سادگی ، سرمایه گذاری اولیه و هزینه عملیاتی پایین ، بدون مصرف انرژی بودن ،سبک بودن و بازده عملیاتی مناسب و سادگی کنترل پارامتر های عملیاتی اشاره کرد .در مارپیچ ها میتوان در هر لحظه به بازیافت و عیار دلخواه دست پیدا کرد .
از محدودیت های این تجهیزات ابعاد خوراک محدود به 0.1الی2 میلی متر و میزان تولید پایین آنها اشاره کرد .هرچند می توان برای رسیدن به تولید بالا میتوان تعداد زیادی از آنها را به کار برد . از مارپیچ ها میتوان به عنوان جداکننده اولیه، رمق گیر و پالاینده استفاده کرد. برای رسیدن به بازده عملیاتی بالا میتوان از دومرحله جداسازی با این تجهیزات بهره گرفت .

مجموعه چند تایی از مارپیچ های همفری
شکل5-مجموعه ای از مارپیچ های همفری

پارامتر های طراحی مارپیچ ها شامل تعداد مارپیچ ها، شیب مارپیچ ،شعاع مارپیچ ، شکل مقطع مارپیچ هست ، تیغه های جدایش و جنس سطح مار پیچ ها می باشند و پارامتر های عمیاتی مهم نیز شامل غلظت مواد جامد ، دبی ، میزان آب شستشو ، ابعاد دانه ها و موقعیت دهانه های خروجی می باشند .

4.جدایش مغناطیسی

کانی هماتیت دارای خاصیت مغناطیسی بسیار ضعیفی می باشد و برای جدا سازی آن از باطله نیاز به میدان های با شدت بالا (1.5 الی 2 تسلا) میباشد و برای دست یابی این شدت میدان ها نمیتوان از آهنربای های دایمی استفاده کرد و نیاز به استفاده از آهنربای الکتریکی می باشد که مستلزم سرمایه گذاری بالاست. جداکننده های مغناطیسی شدت بالا به دو دسته خشک و تر تقسیم بندی می شوند که هرک کدام مکانیزم متفاوتی برای جدایش دارند .

1-4.جداکننده های مغناطیسی خشک شدت بالا

جداکننده های مغناطیسی خشک شدت بالا شامل سه جداکننده ،نواری متقاطع ،دیسکی و استوانه القایی می باشند و میدان مغناطیسی لازم برای جدایش را از طریق یک آهنربای الکتریکی تامین می شود. محدودیت استفاده از این نوع جدا کننده ها ابعاد بالای 100میکرون است .باتوجه به الکتریکی بودن آهن ربا ها ،با تغییر شدت جریان ورودی این تجهیزات میتوان به شدت میدان های دلخواه و در نتیجه نتایج دلخواه دست پیدا کرد .

جداکننده مغناطیسی خشک شدت بالا از نوع استوانه القایی
شکل6-جداکننده مغناطیسی شدت بالای خشک از نوع استوانه القایی

2-4.جداکننده های تر شدت بالا(WHIMS)

این نوع جداکننده ها مناسب ترین جداکننده مغناطیسی برای جداسازی در ابعاد ریز می باشند و مناسبترین نوع این جداکننده ها برای جداسازی هماتیت جدا کننده جونز می باشد که علیرقم هزینه سرمایه گذاری بالا دارای بازده عملیاتی مناسب و ظرفیت تولید بالای آن می باشد . این نوع جدا کننده ها دارای وزن و ابعاد بزرگی می باشند و از هزینه های عملیاتی نسبتا مناسبی برخوردار می باشد و با آن می توان به شدت میدان های بالغ بر 2تسلا دست یافت . از این دستگاه جهت جداسازی هماتیت به وفور استفاده می شود . از مزیت های این نوع جداکننده کنترل آسان شدت میدان با محدود کردن جریان برق می باشد .

جداکننده تر شدت بالا
شکل7-جداکننده تر شدت بالا

3-4.جداکننده های تر شدت و گرادیان بالا(HGMS)

در این نوع جدا کننده ها علاوه بر ایجاد شدت با ایجاد گرادیان میدان مغناطیسی امکان جدایش کانه هایی با تاثیر پذیری مغناطیسی خیلی کم نیز میسر می گردد .از مشهور ترین جداکننده های گرادیان بالا میتوان به جداکننده اسلون اشاره کرد برخلاف جدا کننده شدت بالا دارای وزنی کمتر و ساختاری ساده تر می باشند و استفاده از آن در جدا سازی هماتیت به سرعت در حال رشد است وعلاوه بر هزینه سرمایه گذاری کم دارای هزینه های عملیاتی پایین بوده و به سرعت در حال جایگزین شدن به جای روش فلوتاسیون می باشد .

جداکننده شدت و گرادیان بالای اسلون
شکل8-جداکننده تر شدت و گرادیان بالای اسلون(Slon)

5.فلوتاسیون

اگر پس از آسیا کردن یک نمونه سنگ حاوی کانی مختلف با استفاده از مواد شیمیایی یکی از کانی هارا در آب به حالات آبران در آوریم ،کانی آبران شده تمایل دارد از داخل محلول به سمت هوا حرکت کند .با این حال اگر با افزودن مواد کف کننده و دمیدن هوا در داخل این محلول بتوانیم حباب های متعدد هوا در درون محلول ایجاد کنیم ، کانی آبران شده به سرعت به سطح حباب های هوا رسیده و همراه با حباب های هوا به سطح محلول میرسند و در سطح کف ها شناور می مانند ، در نهایت میتوان با جمع آوری این کف ها که حاوی کانی آب ران شده هستند را میتوان آن کانی مورد نظر را از سایر کانی ها جداکرد ، این فرآیند اساس روش فلوتاسیون می باشد .

سلول فلوتاسیون-مواد معدنی فلوته شده
شکل9-مواد معدنی فلوته شده روی کف در یک سلول فلوتاسیون

تاقبل از ورود جداکننده های تر شدت و گرادیان بالا روش فلوتاسیون تنهاروش دست یابی به عیارهای بالا بود اما باورود این تجهیزات روش فلوتاسیون فقط به حذف عناصر مضر ازجمله گوگرد و فسفر محدود می شود .
این روش در مقایسه با روشهای مغناطیسی دارای هزینه های عملیاتی بالایی می باشد .

6.احیای هماتیت به مگنتیت

این روش به نوعی روش فرآوری هماتیت محسوب نمی شود و درحقیت با این کار با تبدیل هماتیت به مگنتیت فرآیند فرآوری را آسان می کنیم ودر کنار آن بخشی از مواد فرار همراه هماتیت نیز از آن جدا میشوند . این روش به خاطر مصرف انرژی زیاد دارای صرفه اقتصادی قابل توجهی نمی باشد .
هماتیت در بین اکسید های آهن دارای بیشترین میزان اکسیژن می باشد و این به این معنی است که بیشترین حالت اکسیداسیون آهن حالت هماتیت است .آهن خالص در فرآیند اکسیداسیون ابتدا به وستیت ، سپس به مگنتیت و درنهایت به هماتیت تبدیل میشود .
اگر ما در داخل یک کوره گردان در شرایط دمای بالای 600درجه شرایطی را فراهم بیاوریم که بتوانیم بخشی از اکسیژن موجود در هماتیت را با استفاده از کربن (زغال سنگ یا گاز) جداکنیم شرایط احیای هماتیت را به مگنتیت فراهم کرده ایم . و میتوانیم مگنتیت حاصله را پس از آسیاب کردن توسط جداکننده های مغناطیسی تر شدت پایین تغلیظ نماییم .
کنترل عملیات احیای هماتیت بسیار پیچیده بوده ومحصول تولیدی را تا زمان خنک شدن کامل باید در محیط عاری از اکسیژن نگهداری کرد، درغیر اینصورت عمل اکسیداسیون مجددا تکرار خواهد شد.

7.انتخاب روش فرآوری

انتخاب روش فرآوری یکی از حساس ترین و تاثیر گذارترین مراحل در ایجاد ارزش افزوده در حوزه معدن می باشد در این مرحله با هزینه ای اندک می توان رفتار ماده معدنی و بهترین روش جدایش را تعیین کرد و در انجام این مرحله از پروسه معدن کاری باید نهایت دقت عمل را به کار برد.

انتخاب روشن مناسب برای فرآوری هماتیت شامل سه مرحله تعیین خواص مواد ، مرحله آزمایشگاهی فرآوری ومرحله نیمه صنعتی می باشد . با تعین خواص و رفتار ماده سنگ میتوان تعیین کرد که فرآوری در مقیاس آزمایشگاهی را توسط چه روشها،تجهیزات وچه شرایطی باید انجام دهیم که به نتیجه مطلوب برسیم و نتایج حاصل از مرحله فرآوری در مقیاس آزمیاشگاهی راهنمای ما برای انجام مراحل نیمه صنعتی خواهد شد.

هرچه از مرحله آزمایشات اولیه به سمت مرحله صنعتی پیش رفت می کنیم هزینه های عملیاتی افزایش یافته و در مقابل دقت محاسبات و پیش بینی ها افزایش می یابد .

همانطور که پیشتر نیز اشاره شد اهمیت عملیات فرآوری به قدری بالاست که تمام فاکتور های اقتصاد معدن کاری را تحت تاثیر قرار میدهد و حتی انجام مطالعات فرآوری در تصمیم گیری اولیه در فاز اکتشافات نیز ضروری می باشد.


 

برای کسب اطلاعات تکمیلی میتوانید از طریق بخش ارتباط با من با من در تماس باشید .