Гематитовые хвосты – это отходы, остающиеся после извлечения железа из гематитовой руды. Эти хвосты хранятся в больших дамбах или прудах. Они содержат значительные количества не извлечённого железа, обычно от 25 до 40 процентов Fe во многих месторождениях. Поскольку запасы высокосортной железной руды во всём мире истощаются, переработка этих хвостов стала привлекательным вариантом. В этой статье объясняется, как работает переработка гематитовых хвостов, какое оборудование используется и почему это экономически целесообразно.
Что такое гематитовые хвосты?
Гематитовые хвосты – это мелкоизмельчённые отходы, образующиеся при обогащении железной руды. Хвосты обычно хранятся в виде водной пульпы в больших хвостохранилищах. На некоторых рудниках накопленные хвосты могут достигать более 92 миллионов тонн с содержанием железа от 25 до 40 процентов. Эти хвосты всё ещё содержат ценные железные минералы, которые не были извлечены из-за ограничений первоначальной технологической схемы.
Зачем перерабатывать гематитовые хвосты?
Есть три основные причины для переработки гематитовых хвостов.
Экологические преимущества. Крупномасштабное складирование и ненадлежащая утилизация железорудных хвостов стали ключевыми проблемами, ограничивающими устойчивое развитие мировой горнодобывающей промышленности. Хвосты могут вызывать миграцию тяжёлых металлов через фильтрацию и ветровую эрозию, что приводит к загрязнению воды, деградации почвы и потере биоразнообразия. Переработка уменьшает объём хвостов, хранящихся в дамбах, и снижает риск прорыва дамб.
Экономические выгоды. Переработка хвостов стоит значительно дешевле, чем разработка нового рудника. Крупный железорудный рудник обычно требует многомиллиардных инвестиций, в то время как проект по переработке хвостов может потребовать всего около 77,3 миллионов долларов первоначального капитала. Эксплуатационные расходы также ниже, часто менее 1 доллара за тонну переработанного материала. Эти проекты могут обеспечить высокую финансовую отдачу с внутренней нормой доходности почти 30 процентов.
Эффективность использования ресурсов. По мере истощения запасов высокосортной железной руды во всём мире извлечение железа из хвостов помогает удовлетворить растущий спрос на сталь. Некоторые передовые проекты переработки могут достигать извлечения железа более 88 процентов, производя концентрат с содержанием железа 68 процентов и выше.
Основные технологии переработки гематитовых хвостов
Для извлечения железа из гематитовых хвостов можно использовать несколько технологий. Выбор зависит от минерального состава хвостов, крупности частиц и экономических факторов.
Гравитационное обогащение
Гравитационное обогащение использует разницу в плотности между гематитом (около 5,3) и пустыми породами (около 2,6–2,8). Обычное оборудование включает спиральные концентраторы, отсадочные машины и концентрационные столы. Гравитационное обогащение экономически эффективно и не использует химикаты. Оно лучше всего работает для крупных частиц гематита. Для более тонких фракций необходимы другие методы.
Магнитная сепарация
Гематит слабомагнитный, поэтому стандартные низкоинтенсивные магнитные сепараторы неэффективны. Вместо них используются мокрые высокоинтенсивные магнитные сепараторы (WHIMS). WHIMS могут достигать более 85 процентов извлечения железосодержащих минералов. Они перерабатывают питание крупностью до 1,2 мм. Для самых мелких частиц могут использоваться высокоградиентные магнитные сепараторы (HGMS).
Флотация
Флотация очень эффективна для мелких частиц гематита. Она использует реагенты, чтобы частицы гематита прилипали к пузырькам воздуха, в то время как пустая порода остаётся в пульпе. Обычно используется обратная флотация, при которой флотируется кремнистая пустая порода. Добавляются собиратели, такие как жирные кислоты, гидроксаматы или эфирные амины, а также депрессоры, например крахмал, для улучшения селективности. Флотация может давать высококачественные концентраты даже из низкосортных хвостов.
Комбинированные процессы
Большинство успешных перерабатывающих фабрик используют комбинацию методов. Типичный комбинированный процесс включает: магнитное предобогащение с помощью WHIMS для удаления крупной пустой породы, домол магнитного концентрата для раскрытия мелкого гематита, дальнейшую магнитную сепарацию и обратную флотацию для удаления остаточного кремнезёма и других примесей.
Передовые технологии: водородная фазово-минеральная трансформация (HMPT)
HMPT – это новая технология, которая преобразует слабомагнитный гематит в сильномагнитный магнетит с использованием газообразного водорода в качестве восстановителя. Этот процесс требует температуры около 550°C и использует водород, а не углерод, поэтому не производит выбросов CO₂. После HMPT материал может перерабатываться стандартными низкоинтенсивными магнитными сепараторами. Пилотные испытания дали железорудные концентраты с содержанием железа более 64 процентов и извлечением 75 процентов. Более крупные проекты достигли 68 процентов железа при 88 процентах извлечения. HMPT также создаёт микротрещины в частицах руды, что помогает последующему измельчению и сепарации.
Биовыщелачивание
Биовыщелачивание использует микроорганизмы для растворения железа из хвостов. Этот метод экологически устойчив и использует минимум химикатов. Хвосты, богатые гётитом, растворяются быстрее, но хвосты, богатые гематитом, также могут достичь значительного растворения железа при более длительном времени выщелачивания.
Оборудование для переработки гематитовых хвостов
Полная перерабатывающая установка включает следующее оборудование:
Предварительная обработка: Дробилки, грохоты, ленточные питатели, шаровые мельницы и классификаторы для подготовки хвостов к сепарации.
Сепарация: WHIMS, высокоградиентные магнитные сепараторы, флотационные машины (модели SF, JJF, BF, KYF и XCF), спиральные концентраторы, отсадочные машины и концентрационные столы.
Обезвоживание: Сгустители, керамические фильтры и сушильное оборудование для получения сухого концентрата.
Пример технологической схемы: Установка по извлечению из хвостов Чадормалу
Шахта Чадормалу в Иране эксплуатирует одну из старейших установок по переработке хвостов. Установка использует три стадии репульпации со спиральными классификаторами, за которыми следуют две стадии магнитной сепарации для получения магнетитового концентрата с содержанием Fe 64 процента. Хвосты от магнитных барабанов поступают на секцию извлечения гематита с двумя стадиями вертикальных кольцевых высокоградиентных магнитных сепараторов, давая гематитовый концентрат с 60 процентами Fe. Установка работает более десяти лет, производя 250 000 тонн железорудного концентрата ежегодно.
Экономическая целесообразность переработки хвостов
Экономика переработки хвостов очень привлекательна по сравнению с традиционной добычей. Недавний проект в Канаде требует всего 77,3 миллиона долларов капитальных затрат – долю от многомиллиардных инвестиций, типичных для новых железорудных рудников. Эксплуатационные расходы составляют всего 0,65 доллара за тонну добытого материала. Эта низкозатратная модель обеспечивает внутреннюю норму доходности 29,6 процента и чистую приведённую стоимость 92 миллиона долларов.
Бразильский горнодобывающий гигант Vale уже производит более 26 миллионов тонн железной руды в год из вскрышных пород и хвостов, причём около 80 процентов приходится на штат Минас-Жерайс. Компания ожидает, что к 2030 году 10 процентов её общего объёма производства железной руды будет поступать из переработанных материалов.
Проблемы и соображения
Переменный состав хвостов. Качество хвостов может меняться со временем по мере поступления нового материала в хвостохранилище. Перерабатывающие установки должны справляться с колебаниями питания.
Извлечение мелких частиц. Очень мелкие частицы менее 20 микрон трудно извлекать стандартными методами. Могут потребоваться передовые гравитационные концентраторы или флотационные колонны.
Разрешения и регулирование. Во многих странах теперь существуют специфические стандарты для железорудных хвостов, используемых для закладки шахт и экологической реставрации. Соблюдение этих норм необходимо.
Заключение
Переработка гематитовых хвостов предлагает экономически эффективный способ извлечения ценного железа из отходов. По мере истощения запасов высокосортной руды хвосты становятся всё более важным вторичным ресурсом. Такие технологии, как WHIMS, флотация и водородная фазово-минеральная трансформация, позволяют достичь высоких показателей извлечения. Экономическая отдача высока, а экологические преимущества значительны. Поскольку горнодобывающие компании сталкиваются с давлением, требующим снижения воздействия на окружающую среду и повышения эффективности использования ресурсов, переработка хвостов, вероятно, станет стандартной практикой в железорудной промышленности.