Гематит (α-Fe₂O₃) – один из важнейших железорудных минералов, используемых в сталеплавильной промышленности по всему миру. Однако гематит слабомагнитный, что означает, что его нельзя эффективно обогатить с помощью простых низкоинтенсивных магнитных сепараторов, как магнетит. Вместо этого переработка гематита требует тщательно продуманной комбинации дробления, измельчения, гравитационного обогащения, высокоинтенсивной магнитной сепарации (WHIMS) и часто флотации для достижения высококачественного концентрата. Это полное руководство объясняет процесс обогащения гематита шаг за шагом, включая используемое оборудование, технологическую схему процесса и ключевые факторы выбора для создания эффективной фабрики.
Характеристики гематитовой руды, определяющие процесс обогащения
Прежде чем проектировать обогатительную фабрику, необходимо понять свойства гематита, влияющие на переработку.
Слабый магнетизм: Гематит реагирует только на высокоинтенсивные магнитные поля (обычно выше 10 000 Гаусс). Стандартные низкоинтенсивные магнитные сепараторы (LIMS), предназначенные для магнетита, не будут эффективно улавливать гематит.
Высокий удельный вес: Гематит имеет плотность около 5,3, что делает его пригодным для методов гравитационного обогащения.
Хорошая флотируемость: По сравнению с магнетитом, гематит хорошо поддается флотации, особенно обратной флотации для удаления кремнезема.
Твёрдость: Гематит имеет твёрдость по Моосу примерно 6 и является высокоабразивным.
Мелкий размер раскрытия: Гематит часто требует тонкого измельчения для высвобождения частиц железа из пустых пород, таких как кварц и силикаты.
Из-за этих характеристик процесс обогащения гематита почти всегда использует комбинацию методов, а не единственную технику сепарации.
Обзор процесса обогащения гематита
Типичная обогатительная фабрика гематита следует пяти основным этапам:
Дробление и грохочение
Измельчение и классификация
Сепарация (гравитационная, магнитная, флотация или их комбинации)
Сгущение
Обезвоживание (фильтрация и сушка)
Конкретная технологическая схема зависит от содержания железа в руде, размера раскрытия, состава пустой породы и желаемого конечного качества концентрата.
Этап 1: Дробление и грохочение
Первый шаг на любой обогатительной фабрике гематита – уменьшение сырой руды до удобного для измельчения размера. Гематит твёрдый и абразивный, поэтому дробильная цепь должна быть прочной.
Типовая схема: трёхстадийное дробление с грохочением в замкнутом цикле.
Первичное дробление: Щековая дробилка уменьшает руду от 400 мм до примерно 150–200 мм.
Вторичное дробление: Конусная или роторная дробилка дополнительно уменьшает руду до 30–50 мм.
Третичное дробление: Конусная дробилка или двухвалковая дробилка даёт конечный дроблёный продукт размером 8–10 мм или меньше.
Грохоты устанавливаются между каждой стадией дробления для раннего удаления мелочи. Удаление подрешётного материала до его поступления в дробилку повышает эффективность дробления и снижает износ компонентов дробилки.
На конвейерах также можно установить магнитные головные шкивы и электромагнитные сепараторы для удаления случайного железа перед поступлением руды в цепь измельчения.
Используемое оборудование: щековые дробилки, конусные дробилки, роторные дробилки, двухвалковые дробилки, вибрационные грохоты, ленточные питатели, магнитные головные шкивы.
Этап 2: Измельчение и классификация
После дробления руду необходимо измельчить в мелкий порошок для высвобождения частиц гематита из пустых пород. Гематит часто требует тонкого измельчения, потому что железный минерал тонко вкраплён.
Типовая схема: двухстадийное измельчение в замкнутом цикле с классификаторами.
Первая стадия измельчения: Стержневая мельница или шаровая мельница с разгрузкой через решётку уменьшает дроблёную руду примерно до 10–20 меш.
Вторая стадия измельчения: Сливная шаровая мельница в замкнутом цикле с гидроциклоном или спиральным классификатором измельчает руду до целевого размера раскрытия (обычно 150–200 меш, около 74–106 мкм).
Классификатор (гидроциклон или спиральный классификатор) возвращает крупные частицы в шаровую мельницу для доизмельчения, отправляя мелкие частицы на следующий этап. В цепь измельчения можно установить флотационную камеру «Sub-A» или селективный отсадочный аппарат для раннего извлечения высококачественного концентрата, что помогает снизить расход реагентов и повысить общее извлечение.
Используемое оборудование: стержневые мельницы, шаровые мельницы (с разгрузкой через решётку и сливные), гидроциклоны, спиральные классификаторы, флотационные камеры, отсадочные аппараты.
Этап 3: Сепарация (обогащение)
Сепарация – это сердце процесса обогащения гематита. Из-за слабого магнетизма гематита одного метода сепарации редко бывает достаточно. Большинство фабрик используют комбинацию гравитационного обогащения, высокоинтенсивной магнитной сепарации (WHIMS) и флотации.
Гравитационное обогащение
Гравитационное обогащение использует разницу в плотности между гематитом (5,3) и пустыми породами (2,6–2,8). Оно наиболее эффективно для крупных и средних частиц гематита.
Крупные частицы (30 мм – 0,5 мм): Отсадочные машины являются основным гравитационным сепаратором.
Средние частицы (3 мм – 0,074 мм): Спиральные желоба (спиральные концентраторы) обеспечивают высокопроизводительную, недорогую сепарацию. Спиральные цепи обычно включают стадии черновой, контрольной и чистовой сепарации для максимизации извлечения.
Мелкие частицы (2 мм – 0,037 мм): Концентрационные столы дают очень чистые концентраты, но имеют меньшую производительность.
Гравитационное обогащение часто используется как первая стадия обогащения для удаления крупной пустой породы и получения чернового концентрата. Для низкосортной гематитовой фабрики производительностью 250 т/ч цепь спиральных концентраторов достигла примерно 75% извлечения железа.
Высокоинтенсивная магнитная сепарация (WHIMS)
Из-за того, что гематит слабомагнитный, стандартные низкоинтенсивные магнитные сепараторы неэффективны. Вместо них используются мокрые высокоинтенсивные магнитные сепараторы (WHIMS). WHIMS работают с напряжённостью магнитного поля 10 000–20 000 Гаусс и выше для улавливания мелких частиц гематита.
WHIMS подходят для переработки материала питания крупностью до 1,2 мм и широко используются для гематита, лимонита и других слабомагнитных руд. Матрица внутри WHIMS создает высокоградиентное магнитное поле, которое захватывает слабомагнитные частицы, в то время как немагнитная пустая порода проходит через неё.
Для мелкозернистого гематита, требующего очень тонкого измельчения (например, P80 106 мкм), удовлетворительного обогащения можно достичь с помощью трёх или четырёх стадий сепарации WHIMS. По данным Eriez, WHIMS может обеспечить на 4–6% более высокое извлечение при том же содержании по сравнению с другими методами.
Используемое оборудование: мокрые высокоинтенсивные магнитные сепараторы (WHIMS), вертикальные кольцевые высокоградиентные магнитные сепараторы (LHGC), высокоградиентные магнитные сепараторы (HGMS).
Флотация
Флотация – наиболее эффективный метод для мелкозернистого гематита. Она может давать высококачественные концентраты даже из низкосортных руд со сложной минералогией.
Наиболее распространённый подход для гематита – обратная флотация. Этот метод флотирует кремнистую пустую породу (кварц), оставляя гематит в камерном продукте. Обратная флотация использует катионные собиратели (амины) для флотации кремнезёма. Депрессоры используются для удержания гематита в нижнем продукте.
Для спекуляритового гематита с исходным содержанием Fe всего 25% флотация может давать концентраты с содержанием Fe выше 62% и менее 9% SiO₂ с высоким извлечением.
Типичная флотационная цепь гематита включает стадии основной, контрольной и перечистной флотации. Распространена секция основной флотации из четырёх камер, за которой следует контрольная флотация из двух камер, при этом концентрат контрольной флотации возвращается в основную цепь. Используются как механические флотационные машины (SF, JJF, BF), так и пневмомеханические флотационные машины (KYF, XCF).
Реагенты для флотации гематита включают собиратели (жирные кислоты, олеиновая кислота, нефтяные сульфонаты), вспениватели и иногда минеральное масло. Для обратной флотации используются амины в качестве собирателей для кремнезёма.
Используемое оборудование: механические флотационные машины, пневмомеханические флотационные машины, контактные чаны, питатели реагентов, насосы.
Этап 4: Сгущение
После сепарации концентрат представляет собой разбавленную пульпу (обычно 30–40% твёрдого). Сгустители используются для осаждения твёрдых частиц и получения сгущённой пульпы (около 65% твёрдого) перед фильтрацией. Сливная вода из сгустителя обычно рециркулируется обратно на фабрику для снижения потребления свежей воды.
На обогатительных фабриках гематита используются как сгустители с периферийным, так и с центральным приводом.
Используемое оборудование: сгустители (с периферийным или центральным приводом).
Этап 5: Обезвоживание (фильтрация и сушка)
Сгущённый концентрат всё ещё содержит значительное количество влаги и должен быть обезвожен для получения сухого, транспортабельного продукта.
Фильтрация: Керамические фильтры или дисковые вакуум-фильтры удаляют большую часть оставшейся воды, получая фильтровальный кек с влажностью около 5–10%.
Сушка (опционально): Для применений, требующих очень низкой влажности (например, окомкование), барабанная сушилка дополнительно снижает содержание влаги.
Хвосты (отходы) со стадий сепарации также направляются в сгуститель хвостов, а затем в хвостохранилище.
Используемое оборудование: керамические фильтры, дисковые вакуум-фильтры, барабанные сушилки, сгустители хвостов.
Полный список оборудования для обогатительной фабрики гематита
Полная обогатительная фабрика гематита включает следующее основное оборудование:
| Этап | Оборудование |
|---|---|
| Дробление и грохочение | Щековая дробилка, конусная дробилка, роторная дробилка, вибрационный грохот, ленточный питатель |
| Измельчение и классификация | Шаровая мельница (с решёткой или сливная), гидроциклон, спиральный классификатор |
| Гравитационное обогащение | Отсадочная машина, спиральный желоб (спиральный концентратор), концентрационный стол |
| Магнитная сепарация | WHIMS (мокрый высокоинтенсивный магнитный сепаратор), HGMS |
| Флотация (опционально) | Флотационные машины (механические или пневмомеханические), контактные чаны |
| Сгущение | Сгуститель (с периферийным или центральным приводом) |
| Обезвоживание | Керамический фильтр, дисковый вакуум-фильтр, барабанная сушилка |
Вспомогательное оборудование включает ленточные конвейеры, насосы для пульпы, элеваторы и системы электроуправления.
Примеры технологических схем для разных типов гематитовой руды
Простая схема для средне-сортного гематита (гравитация + WHIMS): Дробление → Измельчение → Спиральный концентратор (черновая/контрольная/чистовая) → WHIMS → Сгущение → Фильтрация. Эта схема может повысить содержание Fe с 59% до 65% при примерно 75% извлечения железа.
Продвинутая схема для низкосортного мелкозернистого гематита (WHIMS + обратная флотация): Дробление → Измельчение → WHIMS (несколько стадий) → Обратная флотация → Сгущение → Фильтрация. Эта комбинация широко используется для бедных гематитовых руд типа Аньшань в Китае. Магнитная сепарация удаляет крупный и средний гематит, а обратная флотация очищает мелкий материал.
Комбинированная схема для комплексных руд: Дробление → Измельчение → Гравитационное обогащение (крупная фракция) → WHIMS (средняя фракция) → Обратная флотация (мелкая фракция) → Сгущение → Фильтрация. Этот трёхстадийный подход максимизирует извлечение во всём диапазоне размеров частиц.
Факторы, влияющие на эффективность обогащения гематита
Тонкость измельчения: Недостаточное измельчение оставляет гематит в сростках с пустой породой, снижая извлечение. Переизмельчение увеличивает образование шламов, что затрудняет эффективность сепарации.
Содержание железа и минералогия питания: Руда с высоким содержанием кремнезёма или глины требует более глубокого обогащения.
Выбор оборудования: Критически важно правильно подобрать оборудование в соответствии с размером частиц и свойствами минерала.
Качество и доступность воды: Флотация требует хорошего качества воды; рециркулированная вода может влиять на эффективность реагентов.
Заключение
Процесс обогащения гематита – это многостадийная операция, включающая дробление, измельчение, гравитационное обогащение, высокоинтенсивную магнитную сепарацию (WHIMS) и часто флотацию. Из-за слабого магнетизма гематита ни один единственный метод сепарации не подходит для всех типов руды. Хорошо спроектированная фабрика использует комбинацию гравитационного обогащения для крупных частиц, WHIMS для мелких частиц и обратной флотации для ультрамелких или богатых кремнезёмом материалов. Понимая характеристики руды и выбирая правильное оборудование для каждого этапа, операторы могут достичь высокого извлечения и производить высококачественный концентрат, пригодный для сталеплавильного производства.