استخراج سنگ آهن /مهندس امیر ذوالقربی

ش استخراج در معدن آهن به طور عمده، روباز بوده و برای بدست آوردن خوراکی مناسب جهت ارسال به کارخانه تغلیظ، سینه کارهای مختلف معدن بطور همزمان مورد استخراج قرار می گیرد.

چهار مرحله اصلی استخراج به شرح زیر می باشد:

الف) حفاری :

اولین مرحله استخراج، حفاری سنگ بکر با دریل واگن هایی به قطر تقریبی 10تا 25 سانتیمتر و عمق 6 تا 20 متر می باشد.

ب) انفجار :

پس از مرحله حفاری، جهت خردایش سنگ به ابعاد مناسب برای بارگیری نیاز به انفجار سنگ بکر می باشد. با توجه به خشک و آبدار بودن چاله های حفاری شده به ترتیب از مواد ناریه آنفو (Anfo) و امولایت (Emulite) استفاده می شود.

ج) بارگیری :

از ماشین آلات معدنی مانند شاول یا بیل مکانیکی با ظرفیت باکت بارگیری بین 2 تا 10 مترمکعب جهت بارگیری سنگ های خرد شده پس از انفجار استفاده می شود.

د) باربری :

پس از بارگیری جهت حمل سنگ خرد شده برای سنگ شکن، از کامیونهای معدنی با ظرفیت 100 تن استفاده می شود.

فرآیند تولید کنسانتره از سنگ آهن

فرآوری سنگ آهن یکی از مهمترین فرآیندهای زنجیره تولید فولاد است. در فرآیند آهن سازی به سبب محدودیتهایی در خصوص کیفیت و میزان دانه بندی خوراک و تأثیر پارامترهایی اعم از عیار سنگ آهن، میزان عناصر مضر مانند گوگرد و فسفر، میبایست به منظور تغلیظ (فرآوری) موراد فوق رعایت گردد تا کنسانتره به مشخصات مورد نظر دست یابد.

فرآوری سنگ آهن براساس محصول تولیدی به دو دسته تولید سنگ آهن دانه بندی شده و تولید کنسانتره سنگ آهن تقسیم می شود.

تولید سنگ آهن دانه بندی عموماً بصورت خشک و بدون آب انجام می شود. خوراک آن سنگ آهن با عیار حدود 50% و محصول نیز سنگ آهن با عیار 68–60 درصد در دو یا سه کلاس ابعادی است.

در کارخانه خوراک در دو یا سه مرحله خرد و توسط سرند به کلاس دانه بندی مختلف تقسیم می شود. سپس با استفاده از روشهای جدایش فیزیکی (عمدتاً به روش مغناطیسی) سنگ آهن پرعیار از باطله کم عیار جدا می شود. این محصول که سنگ آهن دانه بندی نامیده می شود، به علت پایین بودن عیار، قابل استفاده در سیستم احیاء مستقیم نمی باشد لیکن قابل استفاده در کوره بلند می باشد.

در کارخانجات مختلف، با توجه به خصوصیات سنگ آهن خوراک کارخانه، مراحلی از این فرآیند حذف و یا به آن اضافه می گردد و یا ترتیب مراحل تغییر می یابد.

در کانسارها عیار متوسط سنگ آهن پایین است و مقدار عناصر بیش از حد مورد قبول است. به همین دلیل برای پرعیارسازی از روش های پیشرفته تر و مدار پیچیده تری اقدام به تولید کنسانتره می شود. مدار فرآوری بطور کلی از واحدهای خردایش، آسیاب کنی، پرعیارسازی و آبگیری تشکیل شده است.

در کنار این واحدها، واحدهای حمل و نقل، تأمین آب، تأسیسات و…بعنوان واحدهای جانبی ذکر میشود.

اولین مرحله در کارخانه با ورود ماده معدنی به سنگ شکن آغاز می شود. در این بخش قطعات بین 20-25 الی 100 سانتی متر به ابعاد کوچکتر از 25-20 سانتیمتر خرد می شوند.

البته در ورودی سنگ شکن سرند گریزلی نصب می شود که روزنه های آن برابر با ابعاد محصول خروجی از سنگ شکن هستند. به این ترتیب ابعاد ریزتر وارد سنگ شکن نمی شوند تا مبادا خردتر شوند.

سپس مواد معدنی خرد شده با نوار نقاله وارد مرحله بعدی سنگ شکن و سرند می شوند. در این بخش که بسته به ابعاد و خصوصیات مواد معدنی ممکن است از 2 مرحله سنگ شکنی خشک تشکیل شده باشد، از سنگ شکن مخروطی استفاده می شود و ابعاد مواد معدنی تا اندازه 30 میلی متر کاهش می یابد.

سپس این مواد معدنی با ابعاد کمتر از 30 میلی متر، به منظور خردایش بیشتر وارد مرحله آسیاب می شود که بصورت تر انجام می پذیرد. در این مرحله، مواد توسط آسیاب خودشکن یا نیمه خودشکن و یا آسیاب غلتکی فشاری تا اندازه 5/0 تا 1 میلی متر آسیاب می شوند. این ماده با ابعاد 5/0 تا 1 سپس به مرحله بعدی هدایت می شود و در آنجا توسط آسیاب های گلوله ای مورد خردایش بیشتر قرار می گیرد.

در این قسمت ها که خردایش در محیط تر انجام می پذیرد، ابعاد خردایش توسط هیدروسیکلون ها کنترل میگردد و هدایت مواد که در آب شناور هستند و ترکیب دوغ آب را ایجاد کرده اند، توسط پمپها انجام می شود.

ذرات پس از عبور از مرحله آسیاب به ابعاد بسیار ریز مورد نظر رسیده اند و لازم است به منظور جدا کردن مواد با ارزش از ترکیبات باطله داخل اسلاری، وارد مرحله بعدی شوند. اسلاری توسط پمپ به مرحله جدایش مغناطیسی هدایت می شود. جداکننده های مغناطیسی تر، عموماً جداکننده های نوع درام هستند. اسلاری از روی این درامها که دارای خاصیت مغناطیسی هستند عبور داده می شود. کانی های آهن دار به درام می چسبند و در انتهای درام توسط یک تیغه از روی درام جمع آوری می شوند. سایر کانی های موجود در دوغ آب نیز از ته ریز تجهیز خارج می شوند.

این جداکننده های مغناطیسی دارای انواع شدت پایین، شدت متوسط، شدت بالا و گرادیان بالا هستند که انتخاب آنها براساس خواص مواد معدنی و تست فرآوری که قبلاً روی ماده معدنی به انجام رسیده است، صورت می پذیرد و در صورتیکه عناصری مانند فسفر و گوگرد در کنسانتره وجود داشته باشد، از روش فلوتاسیون برای جدایش مواد مزاحم از کنسانتره استفاده می شود.

سنگ آهن پرعیار شده حاوی مقادیری آب است که باید آبگیری و خشک گردد و رطوبت آن به 10-9 درصد برسد. بدین منظور از فیلترها برای جدایش آب کنسانتره بدست آمده، استفاده می شود. سپس کنسانتره آبگیری شده به انبار محصول منتقل و در آنجا دپو میگردد.

باطله نیز برای آبگیری به سمت تجهیزاتی بنام تیکنر هدایت می شود. در آنجا مواد جامد ته نشین شده و آب بصورت سرریز از بالای تیکنر خارج می شود. ذرات جامد ته نشین شده نیز توسط بازوی جمع کننده کف تیکنر به سمت مرکز هدایت و توسط پمپ به سمت سد باطله هدایت می شوند. برای افزایش سرعت ته نشینی این مواد از مواد شیمیایی پلیمری بنام فلوکولانت استفاده می شود که باعث چسبیدن ذرات باطله به یکدیگر و افزایش سرعت سقوط آنها می شود.

روشهای فرآوری کانسنگ آهن

به طور کلی هر کارگاه فرآوری کانسنگ آهن شامل سه مرحله می باشد:

1- سنگ شکنی و خردایش

2- پرعیار کردن

3- جداسازی مایع از جامد

در هر یک از این مراحل، روش های متفاوتی را می توان به کار برد که در ادامه به توضیح آن می پردازیم.

سنگ شکنی و خردایش

سنگ شکنی و خردایش اولین بخش از کارگاه فرآوری کانسنگ آهن می باشد و بیش از نیمی از هزینه ی فرآوری و بیش از 70 درصد انرژی مصرفی در کارگاه را به خود اختصاص می دهد، لذا بررسی و کاربرد روش هایی که بتوانند در کاهش مصرف انرژی و هزینه اثر بگذارند، می تواند در اقتصاد کارگاه نقش مهمی را ایفا نماید. یکی از مهم ترین اهداف خردایش، آزادسازی کانی های با ارزش از مواد غیرقابل استفاده در درشت ترین ابعاد ممکن است. بنابراین با کاهش میزان خردایش، مصرف انرژی، میزان نرمه و هزینه های جدایش کمتر و فرآیند نیز سادهتر می شود. در حقیقت تولید یک محصول پرعیار (پرعیارسازی کانسنگ های اکسیدی آهن) و یا یک محصول آرایش و یا پیرایش یافته (پیرایش کائولن با حذف ناخالصی های آهن) در گرو مطالعه دقیق تعیین درجه ی آزادی است.

در مورد خردایش کانسنگ های آهن، فرآیند های متفاوتی وجود دارد که می توان به سیستم سنگ شکن فکی برای تولید موادی با ابعاد درشت، ژیراتوری ثانویه و مخروطی برای تولید موادی با ابعاد متوسط و آسیاب های میلهای و گلوله ای برای موادی با ابعاد بسیار ریز اشاره کرد.

فرآیند خردایش

فرآیند خردایش عمدتاً در کارگاه های فرآوری سنگ آهن و در آسیاب های خودشکن و نیمه خودشکن به جای آسیاب های کلاسیک انجام می شود که این عمل ضمن صرفه جویی در فضا، نیروی کار، هزینه و تجهیزات اضافی، ساییدگی آهن را نیز به دنبال ندارد.

سنگ های استخراجی پس از سنگ شکنی مرحلهی اول مستقیماً وارد آسیاب خردشکن شده و دانه های درشت ضمن آنکه خود خرد می شوند بقیه ی ذرات را نیز خرد می کنند. این آسیاب ها دارای ضریب خردایش بسیار بالا بوده و با پذیرش سنگ های بزرگ محصولی با ابعاد حدود 1 میلی متر تولید می کنند.

آسیاب خودشکن

آمار موجود نشان دهنده ی این مطلب است که یک آسیاب خودشکن کار یک تا دو مرحله سنگ شکنی و حداقل یک آسیاب میله ای و حتی قسمتی از کار یک آسیاب گلوله ای را کاملاَ انجام می دهد و از این طریق می توان حداقل حدود 20 درصد از هزینه ی سرمایه گذاری را کاهش داد. بدین ترتیب، وجود آسیاب خودشکن باعث صرفهجویی 15 تا 20 درصدی در هزینه ی جاری خردایش می شود.

در آسیاب های نیمه خودشکن، قسمتی از بار مورد خردایش را گلوله های فولادی تشکیل می دهند. مقدار گلولهی اضافه شده به آسیاب نیمه خودشکن تا حدود 10 درصد حجم آسیاب می باشد. در این آسیاب ها نسبت قطر به طول آسیا در حدود 2 تا 5 بوده و بزرگ ترین آسیاب موجود از این نوع دارای قطری حدود 16 متر و قدرتی معادل با 11250 کیلووات می باشد.

شایان ذکر است که این نسبت در مواردی که عملیات آسیاب به صورت خشک است، در جهت کاهش مشکلات مربوط به خروج مواد، معمولا بیشتر بوده و حتی به 5 نیز می رسد.

سرعت دورانی این آسیاب ها تا 85 درصد سرعت بحرانی بوده و بدین ترتیب با توجه به اینکه حداکثر ضربه توسط بار خرد کننده به بار در سرعت دورانی حدود 84 درصد سرعت بحرانی وارد می شود، ملاحظه می گردد که عامل اصلی خردایش در این آسیاب ها ضربه می باشد.

از طرف دیگر توسط ضربه ذرات نسبتا درشت را می توان خرد کرد و اثر ضربه خردایش نرم ناچیز خواهد بود، لذا از این آسیاب ها نمی توان انتظار خردایش نرم را داشت.

پرعیار کردن

پرعیار کردن در مورد سنگ های معدنی کم عیار انجام می گیرد. هدف اصلی این عملیات، کاهش مقدار باطله سنگ آهن، افزایش عیار آهن در محصول و حذف ناخالصی های نامطلوب می باشد. این عملیات شامل روش های مختلفی است که بر اساس خواص فیزیکی، فیزیک و شیمیایی و یا شیمیایی پایه گذاری شده است. مهم ترین این عملیات عبارتند از:

1- روش های فیزیکی که بر اساس اختلاف وزن مخصوص کانی با باطله ی سنگ معدن قرار دارد.

2- روش های مغناطیسی که بر اساس خاصیت مغناطیسی کانی های آهن دار به کار می روند.

3- روش های فیزیکی- شیمیایی که بر اساس خواص سطحی کانی های آهن دار قرار دارد.

4- روش های شیمیایی که بر اساس خواص شیمیایی کانی های آهن دار قرار دارد.

1- روش های فیزیکی

روش های فیزیکی پرعیار کردن بر اساس اختلاف وزن مخصوص کانی آهن دار و باطله ی آن پایه گذاری شدهاند. کانی های آهن دار معمولا دارای وزن مخصوص بالاتر از 4 می باشند. باطلهی سنگ آهن معمولا از کانی های آهکی ( کلسیت ) با وزن مخصوص 2/7 و سیلیس و کوارتز با وزن مخصوص 2/65 تشکیل شده است. بازدهی و کارآیی این روش ها بستگی به اختلاف وزن مخصوص باطله و کانی دارد. از آنجایی که این اختلاف در مورد کانی های آهن دار و باطله قابل توجه است لذا بیشتر روش های فیزیکی پرعیار کردن را می توان در مورد سنگ های معدنی آهن به کار برد. این روش ها متعدد بوده و در مطالب بعدی به بعضی از آنها اشاره خواهیم کرد.

پر عیارسازی از طریق دانه بندی

در اثر خردایش، سنگ آهن به بخش های مختلف دانه بندی تقسیم می شود که توزیع آهن در این بخش ها متغیر است و این موضوع می تواند برای پرعیارسازی کانسنگ آهن مورد استفاده قرار گیرد. توزیع آهن در بخش های مختلف دانه بندی بستگی به سختی کانی آهن دار و باطله همراه دارد.

چنانچه سختی کانی آهن دار بیشتر از باطله همراه باشد در اثر خردایش، باطله بیشتر خرد شده و مقدار آهن در بخش های دانه ریز کم خواهد بود. و بالعکس اگر سختی باطله بیشتر باشد در این صورت کانی آهن دار بیشتر خرد شده و در بخش های دانه درشت عیار آهن پایین خواهد بود.

به عنوان نمونه از سنگ های آهن تاکونیت می توان نام برد که باطله همراه آهن بسیار سخت بوده و در اثر خردایش معمولا قسمت های آهن دار خرد شده و در بخش های درشت عیار آهن بسیار پایین است و می توان با سرند کردن ساده و جدا کردن دانه های درشت، عیار آهن را در محصول باقی مانده چند درصدی بالا برد و بالعکس. در معادن آهن کالیفرنیا، باطله مربوطه نرم بوده و در بخش زیر 75 میکرون مقدار آهن بسیار پایین می باشد.

با نرمه گیری از محصول خرد شده و خارج کردن آن از مسیر می توان عملا عیار آهن را بالا برد. این روش به تنهایی برای پرعیارسازی سنگ آهن برای مصارف صنعتی کافی نبوده و و عملا مرحله ی اول پرعیار سازی را تشکیل می دهد و محصول حاصله پس از حذف بخش فقیر از آهن مجددا مورد عملیات پرعیارسازی قرار می گیرد.

پرعیارسازی از طریق مالش

در این روش، سنگ آهن در درون استوانه دواری مورد عمل قرار می گیرد. دانه های سنگ آهن در اثر حرکت درون استوانه روی یکدیگر اثر فرسایشی داشته و باعث می شود که کانیهایی که در سطح کانی های آهن دار وجود دارند از سطح جدا شده و به صورت نرمه درآیند و سپس با نرمه گیری می توان آنها را جدا کرد.

در این مورد، عیار آهن تغییر چندانی نمی کند ولی این روش می تواند ناخالصی های نامطلوب را به خصوص زمانی که این ناخالصی ها بر روی سطح کانی آهن دار قرار گرفته است کم و بیش حذف کند. از این روش برای کاهش مقدار آلومین سنگ آهن می توان استفاده کرد.

آلومین در سنگ های آهن اغلب به صورت رس می باشد که دارای سختی بسیار کمی بوده و بیشتر روی کانی های آهن دار را به صورت نواری می پوشاند. با فرسایش و اصطکاک دانه های آهن با یکدیگر این نوار نرم از روی سطوح کانی جدا می شود. برای جدا کردن بهتر بایستی عمل مالش در محیط تر صورت گیرد. از این روش در معادن آهن هندوستان استفاده می شود که عیار آلومین در سنگ معدن اولیه در حدود 5 درصد بوده و به کمتر از 2 درصد کاهش می یابد.

پرعیارسازی از طریق جیگ

به طور کلی روش های فیزیکی کمتر در مورد سنگ آهن به کار برده می شود. متداول ترین این روش ها روش جیگ می باشد. ذرات در این روش با حرکت متداول آب به صورت بالارونده و پایین رونده به مدت بسیار محدودی به صورت معلق در آب در می آیند و بر حسب وزن مخصوصشان دانه بندی می گردند. ذرات سنگین در کف و ذرات سبک در سطح جمع می شوند.

چنانچه ذرات دارای ابعاد یکسان باشند، در این صورت دانه بندی بر اساس وزن مخصوص انجام می شود. ذرات با وزن مخصوص بالاتر در کف قرار گرفته و از دانه های با وزن مخصوص کمتر جدا خواهند شد. هر چند که اختلاف وزن مخصوص ذرات کانی و باطله بیشتر و اختلاف ابعاد ذرات کمتر باشد کارآیی جیگ بالاتر و جدایی کامل تر خواهد بود.

علاوه بر دو عامل اساسی اختلاف وزن مخصوص و ابعاد، عوامل دیگری نیز مانند اثر ذرات بر یکدیگر، وزن مخصوص و ویسکوزیته پالپ، شکل ذرات و درجه آزادی آنها در کارآیی جیگ موثر می باشند. جیگ دستگاهی است که با ذرات نسبتا درشت کار می کند و ابعاد مناسب برای آن بین 1 تا 10 میلی متر است. در هر حال دانه بندی دقیق ذرات مهم ترین عامل کارآیی جیگ می باشد ولی عیب عمده ی جیگ ظرفیت محدود آن است. کاربرد جیگ در مواقعی می باشد که مسئله سرمایه گذاری از اهمیت بالایی برخوردار بوده و ظرفیت کار نیز محدود باشد.

پرعیارسازی از طریق اسپیرالها

برای پرعیار سازی سنگ های آهنی در گذشته از میزهای لرزان استفاده می شد. اما امروزه این دستگاه ها به کلی از صنعت کانه آرایی سنگ آهن خارج شده و اسپیراال ها جانشین آنها شده اند. اسپیرال ها دستگاه های مارپیچی شکلی هستند که به صورت عمودی قرار دارند. ذرات سبک و سنگین به صورت پالپ نسبتا رقیق از بالا بر روی دستگاه ریخته می شوند.

ذرات سنگین در کف در تماس با سطح بشقاب قرار می گیرند. در اثر حرکت دورانی آب، نیروی گریز از مرکزی بر روی ذرات وارد می شود که باعث رانده شدن ذرات با وزن مخصوص کم و معلق در آب به طرف جدار خارجی دستگاه و خروج آنها از طریق روزنه هایی که در کنار بشقاب ها بدین منظور تعبیه شده اند، می شود. در حالی که ذرات با وزن مخصوص بالا در روی سطح بشقاب قرار گرفته و نیروی اصطکاکی موجود بین سطح و ذرات مانع از رانده شدن آنها به طرف جدار می گردد و بدین ترتیب جدایی انجام می گیرد.

شایان ذکر است که معمولا این دستگاه ها به صورت سری قرار داده می شوند طوری که هر سری شامل چند اسپیرال می شود. اسپیرالها در مواقعی که درجهی آزادی کانی در ابعاد کاربردی بالا است، کارآیی مناسبی دارند. ابعاد مناسب ذرات برای پرعیار شدن در اسپیرال ها بین 1/0 تا 2 میلی متر است.

پرعیارسازی از طریق واسطهی سنگین

در این روش، یک پالپ با ذرات بسیار کوچک و با وزن مخصوص بالا معلق در آب ساخته میشود که وزن مخصوص پالپ کمتر از وزن مخصوص کانی آهن و بیشتر از وزن مخصوص باطله میباشد. در اثر این پدیده، دانههای باطلهی همراه دانه های آهن شناور و جدا میشوند.

این دستگاه ها با ذرات نسبتا درشت 1 تا 5 میلی متر کار میکنند. کاربرد ذرات کوچک تر باعث افزایش دانسیته و ویسکوزیتهی پالپ می شود و بدین ترتیب مانع از جدایی باطله از کانسنگ میشود.

ذرات معلق در پالپ باید قابلیت جدایش را داشته باشند و معمولا از ذراتی تشکیل میشوند که دارای خاصیت مغناطیسی هستند و قابلیت جدا کردن توسط جداکنندهی مغناطیسی و مصرف مجدد را نیز دارند. چنانچه از این روش برای پرعیار کردن سنگهای آهن استفاده شود باید سنگ معدن فاقد مگنتیت باشد. در غیر این صورت، باید این مواد توسط جداکنندهی مغناطیسی با میدان ضعیف جدا شوند.

دستگاههای واسطهی سنگین معمولا با پالپی با وزن مخصوص 2/7 تا 3 تن بر متر مکعب کار میکنند و به اشکال مختلف استوانهای و کلاسیفایر مکانیکی و سرانجام به صورت هیدروسیکلون در صنعت وجود دارند. کارآیی این دستگاهها بستگی به درجهی آزادی کانی و ابعاد به کار برده شده دارد.

چنانچه توزیع ذرات به صورت دانه ریز باشد، دستگاه کارآیی خود را از دست می دهد.

2- روشهای مغناطیسی پرعیار کردن

متداولترین روش پرعیارسازی سنگهای آهن به خصوص اکسیدهای آهنی که مانند مگنتیت دارای خاصیت مغناطیسی قوی هستند، روش پرعیارسازی سنگهای آهن به خصوص اکسیدهای آهنی که مانند مگنتیت دارای خاصیت مغناطیسی قوی هستند، روش پرعیارسازی از طریق مغناطیسی است که ارزان ترین و کارآمدترین روش پرعیار کردن و حذف ناخالصی های آهن میباشد.

شایان ذکر است که اکثر ناخالصیهای کانسنگ های آهن مانند انواع فسفاتها و ترکیبات گوگرد دار فاقد خاصیت مغناطیسی بوده و در صورتی که درجهی آزادی مناسبی داشته باشند، جدا و حذف میشوند.

در پرعیارسازی به روش مغناطیسی، کلیهی ذرات تشکیل دهندهی یک کانسنگ تحت تاثیر نیروی مغناطیسی قرار میگیرند. نیروی مغناطیسی تنها بر روی ذرات حاوی خواص مغناطیسی اعمال میشود و نیروی ثانویه و یا ترکیبی از نیروهای مختلف نه تنها بر روی ذرات مغناطیسی بلکه بر روی ذرات غیرمغناطیسی در جهات مختلف نیز موثرند.

نیروهای غیرمغناطیسی عمدتا شامل نیروهای ثقلی، گریز از مرکز و مقاومت سیال می باشند و نیروهایی نظیر اصطکاک، الکترواستاتیکی واندروالس موئینگی نیز به طور جانبی در این فرآیند جدایش موثر میباشند.

3- روشهای پرعیارسازی از طریق فلوتاسیون

صنعت فرآوری مواد معدنی در ده سال گذشته شاهد پیشرفتهای چشمگیری بوده است که بدون تردید، سلول فلوتاسیون ستونی یکی ازبارزترین آنها میباشد.

با اینکه سلول فلوتاسیون ستونی در اوایل دهه پنجاه میلادی برای اولین بار مطرح گردید. ولی به دلیل مشکلات فنی و عملیات خاص تا اواخر دهه هشتاد در صنایع معدنی جایگاه خوبی نداشت. دهه نود میلادی دوران شکوفایی سلول ستونی بود تا جایی که از آن برای فرآوری اکثر مواد معدنی از جمله زغال سنگ ، مس، سرب، مولیبدن و حتی مرکبزدایی از کاغذهای باطله به طور وسیع استفاده میشود.

امروزه به ندرت میتوان کارخانه فراروی مواد معدنی پیدا کرد که در مدار فلوتاسیون خود از سلول ستونی استفاده نکرده باشد.

سلولهای مکانیکی :

ماشینهای مکانیکی اولین سلولهای هستند که در کارخانجات فلوتاسیون مورد استفاده قرار گرفتهاند. این ماشینها از سه قسمت تشکیل شدهاند.

سلول فلوتاسیون با شکل مشخص هندسی ( متوازی سطوح ویا استوانهای) که نشاندهنده شکل کلی سلول است.
وسیلهای برای هدایت جریان هوا به داخل سلول (دیافراگم، منتشر کننده، شفت با محور توخالی)
روتور و استاتور که به ترتیب نقش همزن و کنترل کننده تلاطم محیط پالپ در بخش فوقانی سلول را به عهده دارند.
ماشینهای مکانیکی باید قادر به انجام عملیات زیر باشند :

1- ذرات را به حالت تعلیق درآورند

2- حبابهای هوا را در محیط پالپ پراکنده سازند

3- شرایط مناسب را برای تماس بین ذرات آبران و حبابهای هوا ایجاد کنند

4- انتقال کلیه ذرات وارد شده به داخل سلول را به دو بخش کنسانتره و باطله هدایت کنند.

5- امکان انتقال سریع ذرات قبل از خردایش، بر اثر سایش در اطراف همزن

6- ایجاد محیطی نسبتاً آرام در بخش فوقانی سلول به منظور جلوگیری از رها شدن ذرات آبران از سطح حباب

7- قدرت کافی برای متفرق کردن مجدد ذرات پس از قطع برق

8- کنترل ارتفاع ستون کف و سطح پالپ در داخل سلول

9- کنترل حباب هوا و کاهش ابعاد درشت به ابعاد ریز

10- کنترل انرژی و نگهداری ساده

11- خروج مرحلهای ذرات درشت باطله که ممکن است به سختی به بخش باطله حمل شود

12- تجهیزات لازم برای انتقال کف به مراحل شستشو و یا باطله به بخش رمقگیر

4- پرعیارسازی از طریق فرآیند اسیدشویی

توزیع فسفر در کل کانسنگهای آهن به خصوص کانسنگ گوتیت، روشهای فیزیکی پرعیارسازی را غیرموثر جلوه داده و به کارگیری روشهای جدایش شیمیایی از طریق اسیدشویی را موجب شده است. فاز فسفر در هماتیت نسبت به گوتیت، روش های فیزیکی پرعیارسازی را غیرموثر جلوه داده و به کارگیری روش های جدایش شیمیایی از طریق اسیدشویی را موجب شده است. فاز فسفر در هماتیت نسبت به گوتیت دارای حلالیت کمتری می باشد. گوتیت می تواند در اثر عمل برشته شدن به هماتیت تبدیل شود که همین امر موجب آن خواهد شد که کانسنگ بهتر در یک اسید شسته شود. در روند برشته شدن دو عامل دما و زمان برشتهشدن نقش اساسی را ایفا می کنند. همچنین شایان ذکر است که غلظت اسید مصرفی نقش اساسی در بازیابی آهن داشته و نباید از یک حد بهینه ای زیاد باشد.

جداسازی مایع از جامد

همانطور که پیشتر ذکر کردیم اکثر مراحل عملیات ذکر شده به صورت تر انجام می گیرد و سنگ آهن پرعیار شده ی حاصل نیز حاوی آب می باشد و باید مرحله آبگیری و خشک کردن را بگذراند که در این مرحله رطوبت آن باید تا 9 الی 10 درصد کاهش پیدا کند. روند عملیات آبگیری و خشک کردن به این صورت است که سنگ آهن ها را روی فیلترهایی با ابعاد خاص قرار می دهند تا آب از آن ها جدا شود.

کنستانتره حاصله پس از عملیات آبگیری، سنگ آهن پرعیاری است که می تواند به انبار جهت دپو شدن منتقل گردد. همچنبن مواد اصطلاحاً باطله نیز که مواد غیر مطلوب در فرآیند محسوب می شوند، آبگیری شده و به تینکر منتقل می شود.

نکته مهم این است که خردایش چند مرحله ای بدین منظور انجام می شود که دانه بندی ها به خوبی کنترل شده و از خرد شدن بیش از حد مواد معدنی جلوگیری گردد. در واقع با مرحله مرحله انجام دادن عملیات خردایش، طوری عمل می شود که عملیات به صورت کنترل شده صورت گیرد و به یکباره و به صورت غیر کنترل شده، مواد معدنی بیش از اندازه خرد نشوند.

برای تولید سنگ آهن به منظور استفاده در روش احیای مستقیم و کوره های قوس می بایست فرآوری سنگ آهن از روش کنسانتره صورت گیرد و محصول به گندله سنگ آهن تبدیل شود و در نهایت به آهن اسفنجی مبدل گردد.

فرآوری سنگ آهن مگنتیت

از عیار آهن برای تعیین کیفیت ذخیره آهن استفاده می شود. به دلیل هزینه های سنگین حمل و نقل آن به فواصل دور و فروش آن، عیار آهن بسیار مهم است و لازم است به اندازه ای باشد که بتواند این هزینه ها را پوشش دهد. ذخایر آهن عیار پایین نیز می توانند با ارزش باشند اما پارامترهای مختلفی وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. کانسنگ های عیار پایین لازم است قبل از حمل و نقل پرعیار شوند. این عمل منجر به جدایش مواد باطله یا گانگ از کانسنگ می شود اما مستلزم هزینه سرمایه گذاری بالا و نیز هزینه عملیاتی زیادی می باشد. این هزینه ها تعیین کننده سرنوشت یک پروژه می باشند و بسته به مشخصات کانسنگ، متغیر هستند.

ارزش ذخایر کم عیار آهن به عوامل زیادی بستگی دارد. یکی از این عوامل، ترکیب کانی های آهن دار است. کانی های آهن دار زیادی وجود دارد که در کانسنگ آهن می تواند وجود داشته باشد اما رایج ترین این کانی ها هماتیت و مگنتیت هستند.پرعیارسازی مگنتیت به دلیل خاصیت مغناطیسی قوی تر، آسان تر از هماتیت است. هماتیت را نیز با استفاده از خاصیت مغناطیسی می توان پر عیار نمود اما این فرآیند نیاز به میدان مغناطیسی قوی تری دارد که بازدهی آن کمتر و مصرف انرژی آن نسبت به پرعیارسازی مگنتیت بسیار بیشتر است.

همانطور که گفته شد ذخایر آهن از هر دو کانی مگنتیت و هماتیت (و نیز سایر کانی های آهن دار) تشکیل شده است. با این حال بر خلاف اهمیت تفاوت قائل شدن میان گونه های مختلف کانی ها، معمولاً آهن به صورت درصد Fe گزارش می شود. این عدد آهن کل را تعیین می کند اما نشان نمی دهد که چه مقدار آهن از مگنتیت یا هماتیت تأمین شده است.آگاهی از مقدار و نسبت مگنتیت به هماتیت برای بدست آوردن درک اولیه از فرآیند و هزینه های مرتبط با آن، لازم است. به همین دلیل علاوه بر درصد Fe، لازم است مقدار FeO نیز در تعیین آنالیز شیمیایی کانسنگ آهن تعیین شود. مگنتیت در واقع همان هماتیت است که یک FeO اضافه تر دارد. بنابراین مقدار FeO معیاری برای تخمین اولیه مقدار مگنتیت در ذخیره محسوب می شود.

همواره برای ذخیره ای که دارای هماتیت و مگنتیت است، سعی بر آن است که بیشترین مقدار آهن از آن استخراج شود. توجه به این نکته ضروری است که هزینه های عملیاتی و سرمایه گذاری بسته به نسبت مگنتیت به هماتیت در ذخیره، تغییر می کند. تعیین نسبت مگنتیت به هماتیت کمک می کند تا مشخص شود که چه مقدار از خوراک ورودی از معدن برای جداسازی مگنتیت به جداکننده های شدت پایین و چه مقدار برای جداسازی هماتیت به جداکننده های شدت بالا باید وارد شود.عوامل دیگری نیز در پرعیارسازی سنگ آهن تأثیرگذار است مانند ابعاد کانسنگ و درجه آزادی کانسنگ از گانگ. اگر کانسنگ تا رسیدن به درجه آزادی مناسب خرد نشود، عملیات جدایش به خوبی انجام نمی شود. خردایش بیش از اندازه نیز علاوه بر آنکه منجر به هدر رفتن انرژی می شود، با کاهش ابعاد ذرات ورودی به جداکننده منجر به افت عملیات می شود.

هماکنون از ذخایر سنگآهن کشور، سالانه تنها7. درصد به استخراج میرسد. با توجه به اینکه براساس سند چشمانداز 20 ساله، ایران در سال 1404 به تولید 55 میلیون تن فولاد خام دست خواهد یافت، تا آن سال، دستکم باید 90 میلیون تن سنگآهن در سال به تولید برسد که دستیابی به این هدف، عزم جدی، توجه ویژه، برنامهریزی مناسب مسئولان و متولیان امر را میطلبد.

پس از عملیات حفاری، انفجار، بارگیری و حمل در معدن، مواد معدنی توسط کامیونهای معدنی به سنگ شکن ژیراتوری اولیه حمل می شوند. این مواد با ابعاد حداکثر معادل 1.5 متر پس از سنگ شکنی به ابعاد معادل 20 سانتیمتر رسیده و توسط دستگاه استاکر به صورت رشته ای در پایل انباشت و بعد از اختلاط در پایل، توسط دستگاه ریکلایمر بصورت مقطعی برداشت و به سیلوهای تغذیه و از آنجا به آسیاهای تیپ خودشکن ارسال می شوند. مواد پس از نرم شدن در آسیا به و ابعاد معادل 550 میکرون رسیده و به جداکننده های خشک شدت پایین خوراک داده شده که در نهایت سه محصول تولید می گردد (کنسانتره خشک، باطله خشک و مواد میانی ) به منظور دستیابی به راندمان بیشتر، مواد میانی پس از نرم کنی مجدد در آسیاهای گلوله ای تر، در جداکننده های مغناطیسی شدت پایین تر تغلیظ می گردد و سپس در دیسک فیلترها آبگیری شده و در پایان کنسانتره تر استحصالی به کنسانتره خشک اضافه شده و توسط واگن و کامیون برای مشتری ارسال می گردد. باطله تر نیز پس از آبگیری در تیکنر به حوضچه باطله تر ارسال و باطله خشک نیز توسط کامیون به دپوی باطله خشک انتقال می یابد