Завод по обогащению железной руды: Процесс и Оборудование

Обогащение железной руды — это критический процесс в горнодобывающей и металлургической отраслях, направленный на улучшение качества железной руды путем удаления примесей и повышения содержания железа. Процесс обогащения превращает сырую железную руду в концентрат, пригодный для использования в производстве стали и других промышленных применений. С ростом спроса на высокосортную железную руду и истощением богатых месторождений заводы по обогащению стали незаменимыми для эффективного использования ресурсов и устойчивых горнодобывающих операций.

Эта статья предоставляет всесторонний обзор завода по обогащению железной руды, охватывающий характеристики руды, методы обогащения, технологический процесс, задействованное оборудование и экологические аспекты.

Характеристики железной руды

Железные руды — это породы и минералы, из которых можно экономически извлекать металлическое железо. Наиболее распространенные типы железной руды:

• Гематит: Высокосортная руда, содержащая около 70% железа.
• Магнетит: Содержит около 72% железа и является магнитным.
• Лимонита: Содержит 55-60% железа.
• Сидерета: Содержит около 48% железа.

Качество железной руды в основном определяется содержанием железа и наличием примесей, таких как кремнезём, глина, фосфор, сера и другие минералы пустой породы. Обогащение направлено на повышение содержания железа и снижение примесей.

Преимущества обогащения железной руды

• Повышение содержания железа: Для производства высокосортного концентрата, подходящего для производства стали.
• Удаление примесей: Снижение содержания кремнезёма, глины, фосфора, серы и других нежелательных материалов.
• Улучшение физических свойств: Улучшение размера и формы частиц для лучшей обработки и переработки.
• Оптимизация downstream-процессов: Облегчение эффективной грануляции, спекания и плавки.

Процесс обогащения железной руды

Процесс обогащения железной руды обычно включает несколько этапов: Дробление → Измельчение → Классификация → Концентрация → Обезвоживание → Грануляция или Спекание

1. Дробление железной руды

Начальная стадия обогащения железной руды — дробление и измельчение, которые уменьшают размер сырой железной руды для освобождения железосодержащих минералов от окружающей пустой породы.

Первичное дробление: Железная руда транспортируется грузовиками или конвейерами с горного участка на завод по обогащению. Правильная подача обеспечивает постоянную производительность. Крупные куски железной руды уменьшаются в размере челюстными или вращающимися дробилками до примерно 150 мм, облегчая обработку и дальнейшую переработку.

Вторичное дробление: Дальнейшее уменьшение размера до 20-50 мм достигается конусными дробилками. Вибрационные грохоты разделяют частицы железной руды по размеру, направляя материал на измельчение или другие процессы.

2. Измельчение

После дробления мельницы (такие как шаровые или стержневые мельницы) дополнительно уменьшают размер частиц железной руды до мелкого порошка, обычно нацеливаясь на 80% проходящих через сетку 200 (около 75 микрон). Это тонкое измельчение обеспечивает достаточное освобождение железных минералов в железной руде от пустой породы для последующего разделения.

Эффективное дробление и измельчение железной руды жизненно важны, поскольку чрезмерное измельчение может привести к избыточному образованию мелких фракций, усложняя downstream-процессы и увеличивая энергопотребление.

3. Просеивание и Классификация

После уменьшения размера смесь железной руды подвергается просеиванию и классификации для разделения частиц по размеру и плотности.

• Просеивание: Механические или вибрационные грохоты разделяют крупные частицы от мелких в подаче железной руды. Этот шаг обеспечивает, чтобы только материал железной руды подходящего размера переходил к следующему этапу, повышая эффективность обработки.
• Классификация: Гидроциклоны или спиральные классификаторы разделяют частицы железной руды по плотности и размеру в виде шлама. Эта классификация помогает направлять различные фракции по размеру на подходящие процессы обогащения.

Правильное просеивание и классификация оптимизируют подачу для процессов концентрации железной руды, повышая коэффициенты извлечения и качество продукта.

4. Концентрация железной руды

Концентрация — это центральная стадия обогащения, где ценные железные минералы отделяются от отходов пустой породы в железной руде.

• Гравитационное разделение: Использует различия в удельной плотности между железными минералами и пустой породой в железной руде.
• Магнитная сепарация: Применяет магнитные поля для изоляции магнитных железных минералов в железной руде.
• Флотация: Использует химические реагенты и воздушные пузырьки для разделения гидрофобных железных минералов от гидрофильной пустой породы в мелких частицах железной руды.

Выбор метода концентрации зависит от типа железной руды, размера частиц и минералогии.

5. Обезвоживание

После концентрации полученный концентрат железной руды содержит значительное количество воды, которое необходимо удалить для облегчения обработки, транспортировки и дальнейшей переработки.

• Уплотнение: Гравитационные уплотнители концентрируют шлам железной руды путем осаждения твердых веществ, снижая содержание воды.
• Фильтрация: Вакуумные или давление фильтры дополнительно снижают влажность в концентрате железной руды до приемлемых уровней, часто ниже 10%.

Эффективное обезвоживание концентрата железной руды снижает затраты на сушку и предотвращает деградацию материала во время хранения и транспортировки.

6. Грануляция или Спекание

Финальная стадия готовит концентрат железной руды для использования в производстве стали.

• Грануляция: Мелкий концентрат железной руды агломерируется в сферические гранулы с использованием связующих, таких как бентонит. Гранулы железной руды имеют равномерный размер, улучшенную прочность и проницаемость, делая их идеальными для подачи в доменную печь.
• Спекание: Концентрат железной руды смешивается с флюсами и мелкими фракциями кокса, затем нагревается для производства окатышей, пористого агломерата, подходящего для использования в доменной печи.

Эти процессы улучшают металлургические показатели и эффективность печи.

Распространенные методы обогащения железной руды

1. Гравитационное разделение

Гравитационное разделение использует разницу в плотности между железными минералами и частицами пустой породы в железной руде для достижения разделения.

Принцип: Более тяжелые железные минералы (магнетит, гематит) в железной руде оседают быстрее, чем более легкие частицы пустой породы, когда подвергаются силам тяжести в жидкой среде.

Оборудование:

• Джилы: Используют пульсирующие потоки воды для расслоения частиц железной руды по плотности.
• Столы с подачей: Применяют движения встряхивания и поток воды для разделения частиц железной руды на основе удельного веса.
• Спиральные концентраторы: Используют гравитацию и центробежные силы в спиральном желобе для разделения железных минералов.

Применение: Эффективно для крупных частиц железной руды и руд с значительной разницей в плотности, таких как магнетит и гематит с крупным освобождением. Гравитационное разделение часто используется как предварительный шаг в обогащении железной руды перед магнитной или флотационной обработкой.

2. Магнитная сепарация

Магнитная сепарация широко используется для обогащения магнетитовой железной руды и в меньшей степени для гематитовой железной руды.

Принцип: Магнитные сепараторы применяют магнитные поля для притягивания магнитных железных минералов в железной руде, отделяя их от немагнитной пустой породы.

Типы магнитных сепараторов:

• Магнитные сепараторы низкой интенсивности (LIMS): Подходят для сильно магнитной магнетитовой железной руды.
• Магнитные сепараторы высокой интенсивности (HIMS): Используются для слабо магнитных железных минералов, таких как гематит и мелкие частицы.
• Влажные и сухие магнитные сепараторы: Влажные сепараторы обрабатывают шлам железной руды, повышая эффективность разделения; сухие сепараторы обрабатывают сухие материалы железной руды.

Применение: Заводы по обогащению магнетитовой железной руды широко используют магнитную сепарацию для получения высокосортного концентрата железной руды. Она также используется после измельчения для восстановления железных минералов из железной руды.

3. Флотация железной руды

Флотация — это химический метод обогащения, используемый в основном для мелких частиц железной руды и руд, где магнитная сепарация неэффективна.

Принцип: Во флотации к шламу железной руды добавляются реагенты, такие как коллекторы и пенообразователи. Гидрофобные железные минералы прилипают к воздушным пузырькам и поднимаются на поверхность, образуя пенную слой, который сливается, в то время как гидрофильная пустая порода тонет.

Оборудование:

• Механические флотационные ячейки: Обеспечивают перемешивание и аэрацию для содействия прикреплению пузырька-частицы в шламе железной руды.
• Колонные флотационные ячейки: Обеспечивают более высокую извлечение и селективность с меньшим энергопотреблением во флотации железной руды.

Применение: Флотация особенно полезна для гематитовой и сидеретовой железной руды с мелкими размерами частиц и высоким содержанием кремнезёма. Она позволяет удалять примеси кремнезёма и глины, улучшая качество концентрата железной руды.

4. Дробление и Измельчение

Эффективное дробление и измельчение железной руды — это предпосылки для успешного обогащения.

Оборудование для дробления:

• Челюстные дробилки: Первичные дробилки, обрабатывающие крупные куски железной руды.
• Конусные дробилки: Вторичные дробилки для более тонкого уменьшения железной руды.
• Вращающиеся дробилки: Используются в крупномасштабных операциях с железной рудой для первичного дробления.

Оборудование для измельчения:

• Шаровые мельницы: Цилиндрические мельницы с измельчающими средами, уменьшающие железную руду до мелкого порошка.
• Стержневые мельницы: Используют стержни как измельчающие среды, подходящие для более грубого измельчения железной руды.
• Вертикальные роликовые мельницы: Энергоэффективные мельницы, используемые в некоторых современных заводах по железной руде.

Ключевые соображения:

• Избегать чрезмерного измельчения железной руды для минимизации производства ультрамелких частиц, которые усложняют разделение.
• Поддерживать оптимальный размер измельчения для максимизации освобождения и извлечения железных минералов.

Экологические аспекты

Заводы по обогащению железной руды должны учитывать экологические воздействия:

• Управление хвостами: Безопасная утилизация и потенциальное повторное использование хвостов.
• Использование воды: Переработка и очистка процессной воды.
• Контроль пыли: Минимизация выбросов пыли во время дробления и обработки.
• Энергоэффективность: Оптимизация оборудования и процессов для снижения энергопотребления.

Недавние достижения и тенденции

• Автоматизация и контроль: Использование датчиков, ИИ и машинного обучения для оптимизации процессов.
• Сухое обогащение: Снижение использования воды путем применения сухой магнитной или электростатической сепарации.
• Валоризация отходов: Использование хвостов для строительных материалов или других применений.
• Энергоэффективное измельчение: Высоконапорные роликовые прессы (HPGR) и перемешиваемые мельницы.

Обогащение железной руды — это сложный многостадийный процесс, включающий дробление, измельчение, классификацию, концентрацию, обезвоживание и агломерацию. Каждая стадия требует специализированного оборудования и методов, адаптированных к минералогии и физическим характеристикам руды. Достижения в технологии обогащения продолжают улучшать коэффициенты извлечения, качество продукта и экологическую устойчивость, обеспечивая эффективное использование ресурсов железной руды для удовлетворения глобального спроса на сталь.

- END -