روش هاي فرآوری سنگ آهن (1)


    مقدمه :
   صنعت ذوب آهن و فولاد پيوسته خواهان مواد اوليه و به خصوص سنگ آهن با کيفيت بهتر مي باشد. از آنجايي که اغلب سنگ هاي معدني استخراج شده شرايط مورد نياز صنعت را برآورده نمي کنند، لذا فرآوري سنگ هاي آهن اهميت فراوان داشته و به طور پيوسته مورد بررسي و تحقيق به منظور توسعه و پيشرفت تکنولوژي مربوط به آن قرار دارد که اثر بسياري در کاهش هزينه ي ذوب و تصفيه و هزينه ي مصرف انرژي در کل توليد دارد. همچنين با انجام عمليات فرآوري، مي توان بعضي از روش هاي حرارتي را حذف و يا شدت آلايندگي آن را کاهش داد. مجموعه ي اين اهداف باعث شده است که امروزه فرآوري در صنايع معدني و متالوژي آهن از اهميت فراواني برخوردار بوده و در بسياري از موارد نيز کاربرد آن شرط اصلي براي انجام پذيري و اقتصادي بودن روش صنعتي باشد. شايان ذکر است که دامنه ي فرآوري و مراحل آن بستگي به سنگ معدن و پيچيدگي آن دارد. پيچيدگي سنگ مي تواند ناشي از عوامل متعددي همچون پيچيدگي ترکيب کاني شناسي، دانه بندي کانسنگ و پيچيدگي ناشي از هوازدگي باشد.
      
مدار فرآوري كانه‌هاي آهن                                                               نمايي از يك سنگ شكن

     سنگ هاي استخراج شده طبيعي بدون خردايش قابل مصرف براي توليد آهن و فولاد نبوده و از طرف ديگر کاربرد کلوخه و گندله در کارآيي روش هاي توليد آهن و فولاد عملا غير قابل اجتناب است و توليد اين دو محصول واسطه نيز مستلزم خردايش سنگ معدن مي باشد. لذا اولين قدم، آزادسازي ذرات آهن دار از ذرات باطله ي سنگ آهن است که در اين راستا شکستن و خرد کردن کانسنگ هاي آهن يکي از مهم ترين عمليات فرآوري را تشکيل مي دهد. مراحل بعدي، جدايش کاني هاي مفيد آهن از کانيهاي مضر است که غالب روش هاي جداسازي، بر پايه ي خصوصيات فيزيکي کاني هاي مزبور بنا شده است.

    روش هاي فرآوري کانسنگ آهن:
   به طور کلي هر کارگاه فرآوري کانسنگ آهن شامل سه مرحله ي مجزا از يکديگر زير مي باشد:
   1-سنگ شکني و خردايش
   2-پرعيار کردن
   3-جداسازي مايع از جامد
   در هر يک از اين مراحل، روش هاي متفاوتي را مي توان به کار برد که در ادامه به طور مختصر مورد بررسي قرار مي گيرد.
   سنگ شکني و خردايش سنگ آهن:
   سنگ شکني و خردايش با هدف رساندن ابعاد بار به حد مطلوب و مورد نياز براي عمليات بعدي، اولين قسمت از کارگاه فرآوري و بيش از نيمي از هزينه ي فرآوري و بيش از 70 درصد انرژي مصرفي در کارگاه را به خود اختصاص مي دهد، لذا بررسي و کاربرد روش هايي که بتوانند در کاهش مصرف انرژي و هزينه اثر بگذارند، مي تواند در اقتصاد کارگاه نقش مهمي را ايفا نمايد. يکي از مهم ترين اهداف خردايش، آزادسازي کاني هاي باارزش از مواد باطله ي همراه در درشت ترين ابعاد ممکن است. بنابراين با کاهش ميزان خردايش، مصرف انرژي، ميزان نرمه و هزينه هاي جدايش کمتر و فرآيند نيز ساده تر مي شود. در حقيقت توليد يک محصول پرعيار ( پرعيارسازي کانسنگ هاي اکسيدي آهن ) ويا يک محصول آرايش ويا پيرايش يافته ( پيرايش کائولن با حذف ناخالصي هاي آهن ) در گروي مطالعه ي دقيق تعيين درجه ي آزادي است.

         
                                                         نمايي از يك سنگ شكن فكي                 نمايي از يك سنگ شكن ژيراتوري                       

     در مورد خردايش کانسنگ هاي آهن، فرآيند هاي متفاوتي وجود دارد که که مي توان به سيستم فکي و يا ژيراتوري براي توليد موادي با ابعاد درشت، ژيراتوري ثانويه و مخروطي براي توليد موادي با ابعاد متوسط و آسياهاي ميله اي و گلوله اي – قلوه سنگي براي موادي با ابعاد بسيار ريز اشاره کرد. فرآيند خردايش بيشتر در کارگاه هاي فرآوري سنگ آهن و در آسياهاي خودشکن و نيمه خودشکن به جاي آسياهاي کلاسيک ( ميله اي – گلوله اي ) انجام مي شود که اين عمل ضمن صرفه جويي در فضا، نيروي کار، هزينه و تجهيزات اضافي، ساييدگي آهن را نيز به دنبال ندارد. شايان ذکر است که در معدن آهن چادرملو، کانسنگ استخراج شده قبل از ورود به کارخانه ي کانه آرايي مربوطه وارد يک سنگ شکن از نوع ژيراتوري مي شود. سنگ هاي استخراجي پس از سنگ شکني مرحله ي اول مستقيما وارد آسياي خردشکن شده و دانه هاي درشت ضمن آنکه خود خرد مي شوند بقيه ي ذرات را نيز خرد مي کنند. اين آسياها داراي ضريب خردايش بسيار بالا بوده و با پذيرش سنگ هاي بزرگ ( حدود 300 تا 500 ميلي متر ) محصولي با ابعاد حدود 1 ميلي متر توليد مي کنند. آمار موجود نشان دهنده ي اين مطلب است که يک آسياي خودشکن کار يک تا دو مرحله سنگ شکني ( سنگ شکن هاي مرحله ي دوم وسوم ) و حداقل يک آسياي ميله اي و حتي قسمتي از کار يک آسياي گلوله اي را تماما انجام مي دهد و از اين طريق مي توان حداقل حدود 20 درصد از هزينه ي سرمايه گذاري کاهش داد. بدين ترتيب، وجود آسياي خودشکن باعث صرفه جويي 15 تا 20 درصدي در هزينه ي جاري خردايش مي شود.

    در آسياهاي نيمه خودشکن، قسمتي از بار مورد خردايش را گلوله هاي فولادي تشکيل مي دهند. مقدار گلوله ي اضافه شده به آسياي نيمه خود شکن تا حدود 10 درصد حجم آسيا مي باشد ( اين مقدار در آسياي گلوله اي حدود 20 تا 25 درصد حجم آسيا مي باشد ). در اين آسياها نسبت قطر به طول آسيا در حدود 2 تا 5 بوده و بزرگ ترين آسياي موجود از اين نوع داراي قطري حدود 16 متر و قدرتي معادل با 11250 کيلووات مي باشد. شايان ذکر است که اين نسبت در مواردي که عمليات آسيا کني به صورت خشک است، در جهت کاهش مشکلات مربوط به خروج مواد، معمولا بيشتر بوده و حتي به 5 نيز مي رسد. سرعت دوراني اين آسياها تا 85 درصد سرعت بحراني بوده و بدين ترتيب با توجه به اينکه ماکزيمم ضربه توسط بار خرد کننده به بار در سرعت دوراني حدود 84 درصد سرعت بحراني وارد مي شود، ملاحظه مي گردد که عامل اصلي خردايش در اين آسياها ضربه مي باشد. از طرف ديگر توسط ضربه ذرات نسبتا درشت را مي توان خرد کرد و اثر ضربه خردايش نرم ناچيز خواهد بود، لذا از اين آسياها نمي توان انتظار خردايش نرم را داشت. لازم به ذکر است که نسبت طول به قطر در آسياي نيمه خود شکن خطوط توليد کارخانه ي کانه آرايي چادرملو در حدود 425/2 مي باشد.

    
نمايي از يك آسياب مخروطي                                      نمايي از يك آسياب گلوله‌اي    

     با توجه به اينکه مقدار بيشتري از محصول کانه آرايي و خردايش سنگ آهن به منظور توليد گندله به کار برده مي شود و در نتيجه محصول خروجي از آسياي خودشکن يا نيمه خودشکن درشت تر از حدمطلوب براي گندله سازي ( حدود 40 تا 50 ميکرون ) است. همچنين خردايش نرم در آسياهاي مذکور، به دليل نياز به تقويت عمل فرسايش آسيا در جهت خردايش بيشتر، مقرون به صرفه نمي باشد لذا براي خردايش بيشتر، محصول خروجي آسياي خودشکن وارد آسياي گلوله اي ( با گلوله هاي نسبتا کوچک ) مي شود. لازم به ذکراست که در کارخانه‌ي کانه آرايي آهن معدن چادرملو، خروجي آسياي نيمه خودشکن، بعد از يک مرحله جداسازي مغناطيسي شدت پايين در مورد کانسنگ مگنتيتي و چند مرحله‌ي جداسازي مغناطيسي شدت پايين و سپس يک مرحله‌ي جداسازي مغناطيسي شدت بالا در مورد کانسنگ هماتيتي، وارد آسياي گلوله اي مدارهاي مربوطه مي گردد.

    بيشتر کانسنگ‌هاي آهن ايران که مورد مصرف واحدهاي توليد فولاد قرار مي گيرند، مگنتيتي مي‌باشند لذا کاربرد آسياهاي گلوله‌اي به منظور خردايش نرم با پوشش داخلي مغناطيسي مي تواند راه حل جالبي براي خردايش پيشرفته باشد. لازم به ذکر است که معمولا بين پوشش فولادي خارجي آسيا و آسترلاستيکي، يک لايه‌ي مغناطيس دائمي وجود دارد و در حجم آسترلاستيکي نيز مغناطيس هاي دائمي به طور يکنواخت پخش شده اند. اين امر باعث مي‌شود که آسترلاستيکي به جدار چسبيده و بدين ترتيب نصب آستر نياز به پيچ و مهره نخواهد داشت، از طرف ديگر وجود مغناطيس در پوشش داخلي آسيا باعث جذب ذرات نرم مغناطيسي ( سنگ آهن مگنتيتي ) در روي پوشش شده و آن را از خورندگي و فرسايش محافظت مي کند و بدين ترتيب لايه‌ي محافظ که در روي آستر تشکيل مي شود عامل مهمي در طول عمر پوشش داخلي خواهد بود. کاربرد آستر مغناطيسي باعث کاهش ضخامت آستر و وزن آسيا مي شود و بدين ترتيب حجم مفيد آسيا افزايش يافته و مصرف انرژي آن نيز نسبت به واحد وزن محصول توليدي، کاهش مي يابد. اين نوع پوشش‌ها در آسياهايي که براي خردايش نرم به کار گرفته مي شوند و ابعاد گلوله هاي آنها نيز نسبتا کوچک است مي تواند به خوبي جانشين ساير انواع پوشش داخلي آسياها شود و شرط کاربرد آن، وجود خاصيت مغناطيسي در بار خرد شونده مي باشد که سنگ هاي آهن مگنتيتي مثال خوبي مي تواند براي اين امر باشد.
    
                  نمايي از يك سنگ شكن مخروطي و تجهيزات آن                           نمايي از يك سنگ شكن فكي و تجهيزات آن             
     پرعيار کردن سنگ آهن :
   پرعيار کردن در مورد سنگ هاي معدني کم عيار انجام مي گيرد. هدف اصلي اين عمليات، کاهش مقدار باطله‌ي سنگ آهن، افزايش عيار آهن در محصول و حذف ناخالصي هاي نامطلوب مي باشد. اين عمليات شامل روش هاي مختلفي است که بر اساس خواص فيزيکي، فيزيکوشيميايي و يا شيميايي پايه گذاري شده است. مهم ترين اين عمليات عبارتند از:
   1-روش هاي فيزيکي که بر اساس اختلاف وزن مخصوص کاني با باطله ي سنگ معدن قرار دارد.
   2-روش هاي مغناطيسي که بر اساس خاصيت مغناطيسي کاني هاي آهن دار به کار مي روند.
   3-روش هاي فيزيکي- شيميايي که بر اساس خواص سطحي کاني هاي آهن دار قرار دارد.
   4-روش هاي شيميايي که بر اساس خواص شيميايي کاني هاي آهن دار قرار دارد.

    روش هاي فيزيکي:
   روش هاي فيزيکي پرعيار کردن بر اساس اختلاف وزن مخصوص کاني آهن دار و باطله ي آن پايه گذاري شده اند. کاني هاي آهن دار معمولا داراي وزن مخصوص بالاتر از 4 مي باشند. باطله‌ي سنگ آهن معمولا از کاني هاي آهکي ( کلسيت ) با وزن مخصوص 7/2 و سيليس و کوارتز با وزن مخصوص 65/2 تشکيل شده است. بازده و کارآيي اين روش ها بستگي به اختلاف وزن مخصوص باطله و کاني دارد. از آنجايي که اين اختلاف در مورد کاني هاي آهن دار و باطله قابل توجه است لذا بيشتر روش هاي فيزيکي پرعيار کردن را مي توان در مورد سنگ هاي معدني آهن به کار برد. اين روش ها متعدد بوده و در زير به بعضي از آنها اشاره مي کنيم.

     پر عيار سازي از طريق دانه بندي:
   در اثر خردايش، سنگ آهن به بخش هاي مختلف دانه بندي تقسيم مي شود که توزيع آهن اين بخش ها متغير است و اين موضوع مي تواند براي پرعيارسازي کانسنگ آهن مورد استفاده قرار گيرد. توزيع آهن در بخش هاي مختلف دانه بندي بستگي به سختي کاني آهن دار و باطله ي همراه دارد. چنانچه سختي کاني آهن دار بيشتراز باطله ي همراه باشد در اثر خردايش، باطله ي بيشتر خرد شده ومقدار آهن در بخش هاي دانه ريز کم خواهد بود. وبالعکس اگر سختي باطله بيشتر باشد در اين صورت کاني آهن ددار بيشتر خرد شده و در بخش هاي دانه درشت عيار آهن پايين خواهد بود. به عنوان نمونه از سنگ هاي آهن تاکونيت مي توان نام برد که باطله ي همراه آهن بسيار سخت بوده و در اثر خردايش معمولا قسمت هاي آهن دا خرد شده و در بخش هاي درشت ( در حد سانتي متر ) عيار آهن بسيار پايين است و مي توان با سرند کردن ساده و جدا کردن دانه هاي درشت، عيار آهن را در محصول باقي مانده چند درصدي بالا برد و بالعکس در معادن آهن قيصر کاليفرنيا، باطله ي مربوطه نرم بوده و در بخش زير 75 ميکرون مقدار آهن بسيار پايين مي باشد. با نرمه گيري از محصول خرد شده و خارج کردن آن ازمسير مي توان عملا عيار آهن را بالا برد. اين روش به تنهايي براي پرعيارسازي سنگ آهن براي مصارف صنعتي کافي نبوده و و عملا مرحله ي اول پرعيار سازي را تشکيل مي دهد و محصول حاصله پس از حذف بخش فقير از آهن مجددا مورد عمليات پرعيارسازي قرار مي گيرد.
   شايان ذکر است که در کارخانه ي فرآوري سنگ آهن چادرملو از روشي مشابه روش فوق الذکر استفاده مي شود. در اين کارخانه، باطله‌ي جداکننده‌هاي مغناطيسي شدت پايين پس ازطي يک سري سيکلون هاي آبگير، وارد مدار جدايش مغناطيسي شدت بالا مي شود. سيکلون هاي مذبور در اين مدار، علاوه بر وظيفه‌ي آب گيري، نقش يک پرعيار کننده‌ي کانسنگ آهن از طريق دانه بندي را نيز ايفا مي کنند به اين صورت که سرريز آنها که حاوي درصد کمتري آهن است و عامل لخته سازي در مدارجداکننده ي شدت بالا مي باشد از بقيه ي مواد جدا مي شود.
   
    پرعيارسازي از طريق مالش:
   در اين روش، سنگ آهن در درون استوانه‌ي دواري مورد عمل قرار مي گيرد. دانه هاي سنگ آهن در اثر حرکت درون استوانه روي يکديگر اثر فرسايشي داشته و باعث مي شود که کاني‌هايي که در سطح کاني هاي آهن دار وجود دارند از سطح جدا شده و به صورت نرمه درآيند و سپس با نرمه گيري مي توان آنها را جدا کرد. در اين مورد، عيار آهن تغيير چنداني نمي کند ولي اين روش مي تواند ناخالصي هاي نامطلوب را به خصوص زماني که اين ناخالصي ها به صورت يک فيلم نازکي بر روي سطح کاني آهن دار قرار گرفته است کم و بيش حذف کند. از اين روش براي کاهش مقدار آلومين سنگ آهن مي توان استفاده کرد. آلومين در سنگ هاي آهن اغلب به صورت رس مي باشد که داراي سختي بسيار کمي بوده و بيشتر روي کاني هاي آهن دار را به صورت نواري مي پوشاند. با فرسايش و اصطکاک دانه هاي آهن با يکديگر اين نوار نرم از روي سطوح کاني جدا مي شود. براي جدا کردن بهتر بايستي عمل مالش در محيط تر صورت گيرد. از اين روش در معادن آهن هندوستان استفاده مي شود که عيار آلومين در سنگ معدن اوليه در حدود 5 درصد بوده و به کمتر از 2 درصد کاهش مي يابد.
    پرعيارسازي از طريق جيگ:
   به طور کلي روش هاي فيزيکي کمتر در مورد سنگ آهن به کار برده مي شود. متداول ترين اين روش ها روش جيگ مي باشد. ذرات در اين روش با حرکت متداول آب به صورت بالارونده و پايين رونده به مدت بسيار محدودي به صورت معلق در آب درمي آيند و بر حسب وزن مخصوصشان دانه بندي مي گردند. ذرات سنگين در کف و ذرات سبک در سطح جمع مي شوند. چنانچه ذرات داراي ابعاد يکسان باشند، در اين صورت دانه بندي بر اساس وزن مخصوص انجام مي شود و ذرات با وزن مخصوص بالاتر در کف قرار گرفته و از دانه هاي با وزن مخصوص کمتر جدا خواهند شد. هر چند که اختلاف وزن مخصوص ذرات کاني و باطله بيشتر و اختلاف ابعاد ذرات کمتر باشد کارآيي جيگ بالاتر و جدايي کامل تر خواهد بود. علاوه بر دو عامل اساسي اختلاف وزن مخصوص و ابعاد، عوامل ديگري نيز مانند اثر ذرات بر يکديگر، وزن مخصوص و ويسکوزيته ي پالپ، شکل ذرات و درجه ي آزادي آنها در کارآيي جيگ موثر مي باشند. جيگ دستگاهي است که با ذرات نسبتا درشت کار مي کند و ابعاد مناسب براي آن بين 1 تا 10 ميلي متر است. در هر حال دانه بندي دقيق ذرات مهم ترين عامل کارآيي جيگ مي باشد ولي عيب عمده ي جيگ ظرفيت محدود آن است، لذا کاربرد جيگ در مواقعي مي باشد که مسئله ي سرمايه گذاري از اهميت بالايي برخوردار بوده و ظرفيت کار نيز محدود باشد.

  
نمايي از جيگ                                          نماي از يك اسپيرال

صفحه  1

صفحه    1         3      4      5     6