Железная руда редко поступает в металлургию в том виде, в каком ее извлекли из недр. В породной массе железосодержащие минералы соседствуют с кварцем, карбонатами, глинистыми включениями, сернистыми соединениями и влагой. По этой причине сырье предварительно обогащают: повышают содержание железа, снижают долю пустой породы и убирают примеси, мешающие дальнейшей плавке или восстановлению. От качества этой стадии зависит состав концентрата, расход топлива при агломерации и поведение материала в доменной печи.
Какие руды обогащают и зачем это нужно
Свойства сырья зависят от минералогического состава. Чаще всего перерабатывают магнетитовые, гематитовые, мартитовые и бурожелезняковые руды. Магнетит удобен тем, что хорошо откликается на магнитное разделение. С гематитом ситуация сложнее: он слабомагнитный, поэтому приходится сочетать несколько операций. Если в руде много кремнезема, фосфора или серы, схема усложняется, поскольку одного дробления и сортировки уже мало.
Главная задача обогащения – получить продукт с более высоким содержанием железа и устойчивыми технологическими свойствами. Для этого учитывают несколько параметров:
- размер вкрапленности полезного минерала;
- прочность и влажность исходной массы;
- магнитные свойства зерен;
- наличие тонких шламов;
- содержание вредных примесей.
Именно размер вкрапленности часто определяет всю схему фабрики. Когда зерна магнетита крупные, их удается отделить после сравнительно грубого измельчения. Если железосодержащий минерал тесно сросся с кварцем, материал приходится измельчать тоньше, а это увеличивает расход энергии, параллельно возрастает объем шламов.
Основные методы обогащения
Процесс обычно начинается с подготовки руды. Ее дробят в несколько стадий, затем сортируют по крупности на грохотах. После этого материал направляют на операции, где минералы разделяют по физическим свойствам. На практике редко ограничиваются одним методом: фабрика строит последовательную цепочку, в которой на каждой стадии убирается определенная часть пустой породы.
Для железных руд применяют такие методы:
- магнитная сепарация;
- гравитационное разделение;
- флотация;
- промывка и дешламация;
- сухая и мокрая классификация;
- обжиг с последующим магнитным отделением.
Наиболее распространена магнитная сепарация. Сильномагнитный магнетит извлекают в барабанных сепараторах, работающих по сухой или мокрой схеме. Сухой вариант подходит для крупного материала и районов, где воду приходится экономить. Мокрая схема точнее разделяет тонкие классы и чаще используется при выпуске концентратов высокого качества.
Гравитационные аппараты применяют там, где есть различие в плотности между полезным минералом и пустой породой. Это могут быть спиральные сепараторы, шлюзы, отсадочные машины. Метод особенно полезен на стадии предварительного выделения крупнозернистого железосодержащего продукта, когда нет смысла сразу отправлять весь поток на тонкое измельчение.
Флотацию подключают при тонковкрапленных рудах и сложном составе примесей. С ее помощью из концентрата выводят кварц, иногда фосфорсодержащие минералы. Такая операция чувствительная к качеству измельчения, составу воды и подбору реагентов, поэтому режим подбирают очень тщательно.
Как строится технологическая схема
На фабрике операции связаны в единую последовательность. После крупного и среднего дробления руду сортируют, затем часть материала уходит в измельчение, часть – сразу на предварительное отделение концентрата. Далее следует перечистки, сгущение, фильтрация и подготовка продукта к перевозке или окускованию. Если концентрат мелкий, его затем направляют на агломерацию или окомкование.
Классическая схема выглядит следующим образом:
- дробление;
- грохочение;
- измельчение;
- классификация;
- основное разделение;
- перечистка концентрата;
- обезвоживание;
- складирование или подача на окускование.
Особенность железорудного обогащения состоит в высокой связи фабрики с металлургией. Для угля, например, часто достаточно снизить зольность и выдержать крупность. Для железной руды этого мало: металлургическому предприятию нужен продукт с заданной долей железа, определенной основностью будущего агломерата, ограничением по сере и фосфору, а также стабильной крупностью. Из-за этого требования к однородности концентрата здесь обычно строже.
Что отличает железные руды от других полезных ископаемых
Главное отличие железной руды связано с природой разделения. Во многих случаях железосодержащие минералы можно извлекать за счет магнитных свойств, это сравнительно простая и надежная схема переработки. Для руд цветных металлов чаще характерны более сложные комбинации флотации, химической активации и многостадийной селекции. У железных руд нередко удается обойтись без большого набора реагентов, хотя при тонком вкраплении гематита или при высоком содержании кремнезема без флотации уже сложно.
Есть и другая особенность – огромные объемы переработки. Железорудные предприятия работают с большими потоками сырья, поэтому даже небольшое улучшение по извлечению или снижению влажности отражается на всей экономике производства. По этой причине здесь особенно внимательно следят за износом дробилок, работой мельниц, плотностью пульпы, содержанием твердых веществ в сливе классификаторов и качеством обезвоживания.
Отдельная тема – примеси:
- фосфор ухудшает свойства стали;
- сера повышает риск горячеломкости;
- глина мешает сортировке и забивает аппараты.
Поэтому при выборе схемы оценивают, какие загрязняющие компоненты удастся убрать физическими методами, а какие останутся в концентрате. Именно этот фактор часто определяет, подойдет ли руда для выпуска доменного сырья или ее выгоднее направить на иной металлургический комбинат.
В итоге обогащение железных руд – это точная настройка свойств сырья под дальнейшую переработку. Здесь мало просто поднять содержание железа. Нужно получить концентрат, который стабильно ведет себя на всех следующих стадиях, от окускования до выплавки металла.