افزایش راندمان مدار فرآوری مجتمع سنگ آهن گل گهر

دسته کانه آرایی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده رسول حجازی، بهرام رضایی ، عباس سام، فرشید زمانی
تاريخ برگزاری ۰۹ اسفند ۱۳۸۴

چکیده

هر یک از جداکننده هاى مغناطیسى خشک و تر براى یک دامنه ابعادى بهینه از ذرات طراحى شده اند. به همین دلیل جداکننده هاى مغناطیسى خشک معمولاً براى تغلیظ ذرات درشت و براى تغلیظ ذرات ریز جداکننده هاى تر ارجح هستند. مدار فرآورى مجتمع سنگ آهن گل گهر متشکل از دو مدار جدایش مغناطیسى خشک و تر است که بار ورودى به مدار جدایش خشک با K۸۰=۵۰۰ μm ترکیبى از ته ریز سرند با K۸۰=۷۰۰ μm و ته ریز سیکلون هوایى با K۸۰=۱۵۰ μm است. در این مقاله تغلیظ جداگانه ته ریز سیکلون که حاوى بیش از ۳۰ درصد مواد کوچکتر از ۴۵ میکرون است، به صورت جدایش مغناطیسى تر مورد بررسى قرار گرفته است. به همین جهت ابتدا اقدام به موازنه جرم مدار طبقه بندى خشک کارخانه، با نرم افزار USIMPAC گردید و سپس به بررسى تاثیر جدایش مغناطیسى جداگانه ته ریز سرند به صورت خشک و تغلیظ ته ریز سیکلون به صورت تر، روى کارآیى بخش جدایش خشک پرداخته شد. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان دهنده کاهش نسبى عیار گوگرد و افزایش نسبى عیار آهن به ترتیب به میزان ۱۹ درصد و ۸۲/۲ درصد بود. همچنین کارآیى جدایش مدار مغناطیسى خشک به میزان ۱/۶ درصد افزایش یافت.

کلمات کلیدى : راندمان، ذرات ریز، مگنتیت، جدایش مغناطیسى، گل گهر

 

Abstract:

An each of dry and wet magnetic separators have been design for an optimum size range of particles. Therefore dry magnetic separators are used for separation of coarse particle and wet magnetic separators are effective for fine particle. The processing plant of Gol-E-Gohr Iron Ore mine consists of two parts dry and wet magnetic separation that the feed of dry separation part had k۸۰=۵۰۰µm that is combination of screen underflow with k۸۰=۷۰۰µm and air cyclone underflow with k۸۰=۱۵۰µm. In this paper the separate concentration of material of cyclone underflow that are contained more than ۳۰% from particles less than ۴۵ micron, with wet magnetic separation method has been studied. Therefore, at first the dry classification circuit of processing plant is balanced by USIMPAC software, then the effect of separate concentration of screen underflow to dry magnetic separation method and cyclone underflow to wet method on the efficiency of magnetic separarion part has been studied. The experimental results have shown that relatively concentrate Fe grade increased around ۲.۸۲% and S grade decreased around ۱۹%. In addition, separation efficiency increased around ۶.۱%.

Key words : Efficiency, Fine, Magnetite, Magnetic separation, Gol-E-Gohar

- مقدمه

راندمان یک فرآیند پرعیارسازی تا حد زیادی بستگی به اندازه ذرات دارد. به طوری که اندازه ذرات به عنوان یک پارامتر بحرانی در اغلب عملیات های فرآوری مواد معدنی به شمار می رود. از اینرو در همه فرآیندهای پرعیارسازی، یک دامنه بهینه ای از ابعاد ذرات وجود دارد. به طوری که بازیابی ذرات درشت تر و ریزتر از این محدوده بهینه، پایین است. به همین جهت، به منظور دستیابی به یک بازیابی نهایی مطلوب، اندازه ذرات مورد فرآوری باید به دقت کنترل گردد[1]. تجهیزات مورد استفاده در جدایش مغناطیسی، مستثنی از این موضوع نبوده و توزیع دانه بندی ذرات، به عنوان یک پارامتر اساسی در انتخاب آنها شناخته می شود. به طوری که جداکننده های خشک، معمولاً برای تغلیظ ذرات درشت و جداکننده های تر برای تغلیظ ذرات ریز، بکار می روند. اگرچه حضور ذرات درشت منجر به کاهش بازیابی مواد با ارزش می شود, اما حضور ذرات نرمه به عنوان اصلی ترین عامل تاثیرگذار بر عملکرد متالورژیکی جداکننده های مغناطیسی شناخته می شود. دو خصوصیت مشکل ساز ذرات نرمه منیتیتی که سبب کاهش جدایش انتخابی ذرات و همچنین راندمان مدار جدایش می شود، عبارت اند از : خاصیت تاثیرپذیری خیلی زیاد و جرم خیلی کم. ذرات نرمه منیتیتی وقتی در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرند، خاصیت مغناطیسی پیدا کرده و به یکدیگر می چسبند. در نتیجه احتمال به دام افتادن ذرات گانگ در مابین توده های تشکیل شده و راهیابی آنها به همراه ذرات مغناطیسی به کنسانتره افزایش می یابد. از طرفی ذرات نرمه گانگ به علت جرم خیلی کم، به سطح ذرات درشت مغناطیسی چسبیده و به صورت غیر انتخابی به کنسانتره راه پیدا می کنند[2].

مدار فرآوری مجتمع سنگ آهن گل گهر متشکل از دو مدار جدایش مغناطیسی خشک و تر است که بار ورودی به مدار جدایش خشک، ترکیبی از ته ریز سرند و ته ریز سیکلون های هوایی است(شکل1). محصول حد واسط بخش جدایش خشک نیز بعد از یک مرحله نرم کنی، به عنوان بار ورودی، وارد بخش جدایش تر می گردد. تحقیقات انجام شده در سال های اخیر نشان داده است که جداکننده های مغناطیسی خشک کارآیی چندان مطلوبی در جدایش ذرات زیر 45 میکرون ندارند. به طوری که مقدار قابل توجهی از ذرات گانگ فوق به طور غیر انتخابی به کنسانتره راه یافته و سبب کاهش عیار آهن و افزایش عیار گوگرد( به عنوان اصلی ترین عنصر مزاحم) کنسانتره نهایی می شوند. از اینرو بهبود جدایش ذرات ریز و نرمه در مدار جدایش خشک که بیش از 65 درصد کنسانتره تولید شده در کارخانه فرآوری را به خود اختصاص می دهند، امری ضروری و اجتناب ناپذیرخواهد بود.

 

2- روش تحقیق

یکی از مهمترین و اساسی ترین پارامترهای لازم در طراحی، توسعه و تصحیح فلوشیت، نمونه گیری دقیق و سیستماتیک از ذخیره و یا نقاط مختلف کارخانه است. نمونه تهیه شده باید از هر نظر مانند توزیع ابعادی ذرات، عیار آهن و نوع کانی های آهن به عنوان عناصر با ارزش، ترکیب کانی شناختی و بسیاری از پارامترهای دیگر، معرف و نماینده باشد. پس از تهیه و آماده سازی نمونه های مورد نیاز، می بایستی اقدام به انجام آزمایش های مد نظر روی نمونه های تهیه شده کرد[4]. به علت عدم امکان تعیین مستقیم نسبت وزنی ته ریز سرند و ته ریز سیکلون به بار خشک، از روش غیر مستقیم موازنه جرم، جهت تعیین این نسبت استفاده شد. به همین منظور اقدام به نمونه گیری همزمان از سه بخش ته ریز سرند، ته ریز سیکلون و بار خشک در روزهای مختلف شد. نمونه گیری ها، در یک بازه دو ساعته و به فواصل زمانی نیم ساعت از یکدیگر صورت گرفتند. در پایان هر مرحله از نمونه گیری، نمونه های تهیه شده در یک بازه دو ساعته با یکدیگر ترکیب گشته و نمونه معرف مربوط به آن روز که بعد از چندین مرحله تقسیم نمودن نمونه کلی حاصل می گشت، مورد آزمایش قرار می گرفت.

جهت انجام آزمایش جدایش مغناطیسی خشک و تر، از جداکننده های مغناطیسی استوانه ای شدت پایین خشک و تر آزمایشگاهی، ساخت شرکت Boxmag استفاده شد. جداکننده های فوق از یک آهنربای دائمی تشکیل شده که امکان تغییر شدت میدان مغناطیسی آن وجود ندارد، اما می توان نرخ باردهی و سرعت چرخش طبلک را در حین آزمایش تغییر داد. در آزمایش جدایش مغناطیسی خشک، نمونه مورد نظر در سه مرحله رافر، کلینر و اسکاونجر تحت جدایش مغناطیسی قرار داده شد. همچنین در آزمایش جدایش مغناطیسی تر، نمونه مورد نظر (با درصد جامد 30 درصد) در 3 مرحله رافر، کلینر و ری کلینر تحت جدایش مغناطیسی قرار داده شد. در نهایت نمونه های تهیه شده در هر یک از مراحل جدایش، پس از توزین و تعیین بازیابی وزنی، جهت انجام آنالیز شیمیایی به آزمایشگاه فرستاده شدند.

 

3- نتایج و بحث

بار ورودی به مدار جدایش مغناطیسی خشک کارخانه فرآوری مجتمع سنگ آهن گل گهر، ترکیبی از ته ریز سرند 3 میلی متر و ته ریز سیکلون ها به ترتیب با درصدهای وزنی مشخص است. از طرفی اغلب ذرات نرمه موجود در بار خشک، سهم ته ریز سیکلون بوده و مقدار خیلی ناچیزی در ته ریز سرند نهفته است. چون بیش از 30 درصد وزنی ته ریز سیکلون را ذرات زیر 45 میکرون تشکیل می دهند، در حالی که درصد این ذرات در ته ریز سرند کمتر از 5/2 درصد است(جدول1). با توجه به این امر که حضور ذرات نرمه در بار خشک مشکلات عدیده ای را برای جداکننده های مغناطیسی خشک بوجود می آورد و همچنین سبب جدایش نامطلوب و غیر انتخابی ذرات درشت دانه (اغلب ذرات ته ریز سرند) می گردد. در نتیجه به نظر می رسد که پرعیارسازی جداگانه ته ریز سیکلون به روش مغناطیسی تر که به طور متوسط دارای µm 150=K80  است و حاوی مقدار قابل توجهی ذرات ریز و نرمه است، راهکار مناسبی جهت بهبود جدایش ذرات ریز منیتیت و همچنین افزایش کارآیی مدار جدایش مغناطیسی خشک باشد.

 

3-1- تعیین درصد وزنی ته ریز سیکلون نسبت به بار خشک

کارخانه فرآوری مجتمع سنگ آهن گل گهر، از سه خط موازی خردایش و طبقه بندی خشک تشکیل شده است که بار اولیه هر خط، بعد از یک مرحله خردایش، طبقه بندی ابعادی و نرمه گیری، جهت پرعیارسازی وارد مدار جدایش مغناطیسی خشک می شود. بار حاصل از هر خط خردایش و طبقه بندی، ترکیبی از ته ریز سرند 3 میلی متر و ته ریز سیکلون های هوایی، با نسبت های مشخص می باشد. درهنگام شروع به کار کارخانه فرآوری، با توجه به بررسی های صورت گرفته، این نسبت تقریباً برابر 85 درصد وزنی برای ته ریز سرند و 15 درصد وزنی برای ته ریز سیکلون بود. اما به مرور زمان با افزایش تولید کارخانه فرآوری و ایجاد تغییراتی در مدار خردایش، تغییر این نسبت چندان نیز دور از ذهن به نظر نمی رسید. از اینرو اقدام به تعیین مجدد نسبت های فوق شد.

از آنجایی که تعیین مستقیم درصد وزنی ته ریز سیکلون نسبت به بار خشک، خیلی مشکل و پیچیده بود، به همین منظور با استفاده از روش موازنه جرم، اقدام به تعیین نسبت فوق شد. بدین صورت که در یک بازه زمانی معین، از هر سه جریان ته ریز سرند، ته ریز سیکلون و بار خشک، به طور همزمان نمونه گیری به عمل آمد. سپس هر یک از نمونه های معرف تهیه شده از هر سه جریان فوق را آنالیز سرندی نموده و در نهایت، با استفاده از نرم افزار USIMPAC، سه جریان فوق موازنه جرم گردیدند. نتایج آنالیز سرندی نمونه های تهیه شده در نمونه گیری های صورت گرفته، در جدول 1 آورده شده است.

جدول 2، نتایج موازنه جرم صورت گرفته توسط نرم افزار USIMPAC، روی داده های مربوط به آنالیز سرندی سه جریان ته ریز سرند، ته ریز سیکلون و بار خشک را نشان می دهد. همان طور که مشاهده می شود، درصد وزنی متوسط ته ریز سرند و ته ریز سیکلون نسبت به بار خشک، به ترتیب برابر با 75% و 25% است. اما باید اشاره کرد که درصدهای وزنی بدست آمده، به ترتیب دارای خطایی معادل 15/3%± و 5/9%± می باشند. به عبارتی این نسبت های وزنی، بسته به شرایط عملیاتی مدار خردایش و طبقه بندی و همچنین نوع بار اولیه به ترتیب در یک بازه ای معادل 36/77-63/72 و 37/27-64/22 درصد تغییر خواهند نمود. در هنگام موازنه جرم داده های مربوط به جدول 1، برای هر طبقه ابعادی یک خطا در نظر گرفته شد. میزان این خطا با توجه به تجربیات گذشته و همچنین نحوه نمونه گیری، برای تمام طبقات ابعادی مربوط به هر سه جریان، معادل10 درصد در نظر گرفته شد. چون نمونه گیری در روزی صورت پذیرفت که دسترسی کامل به هر سه جریان وجود داشت. از اینرو خطا نمونه گیری نسبتاً کم بود.

 

3-2- جدایش جداگانه ته ریز سرند به روش مغناطیسی خشک و ته ریز سیکلون به روش مغناطیسی تر

3-2-1- جدایش مغناطیسی ته ریز سرند به روش خشک

با توجه به این که ته ریز سرند به طور متوسط دارای µm 700=K80  است، از اینرو جدایش آن به روش مغناطیسی خشک ارجح تر است. جدول 3، نتایج حاصل از جدایش مغناطیسی ته ریز سرند به روش خشک را نشان می دهد. از آنجایی که نمونه فوق در سه مرحله رافر، کلینر و اسکاونجر تحت جدایش قرار داده شد، از اینرو در نهایت سه محصول کنسانتره، حد واسط و باطله حاصل گشت که در جدول 3 فقط مشخصات دو محصول کنسانتره و حد واسط آورده شده است.

جهت محاسبه نسبت غنی شوندگی و کارآیی جدایش، به ترتیب از رابطه های 1 و 2 استفاده شده است[5،6]:

 

(1)                                                                                                    

 = نسبت غنی شوندگی

(2)                                                                                          = کارآیی جدایش

 

که در آن :

c = عیار آهن کنسانتره

f = عیار آهن نمونه اصلی

m = حداکثر عیار آهن منیتیت (چون هدف اصلی جدایش کانی منیتیت است)

C = بازیابی وزنی کنسانتره (بر حسب درصد)

 

3-2-2- جدایش مغناطیسی ته ریز سیکلون به روش تر

در جدول 4، نتایج آزمایش جدایش مغناطیسی تر روی نمونه ته ریز سیکلون آورده شده است.باید اشاره نمود که نمونه مورد نظر در سه مرحله رافر، کلینر و ری کلینر تحت جدایش قرار داده شد و در نهایت دو محصول کنسانتره و باطله حاصل گشت. به همین جهت محصول حد واسط نداریم.

 

3-2-3- محصول نهایی حاصل از جدایش جداگانه ته ریز سرند به روش مغناطیسی خشک و ته ریز سیکلون به روش مغناطیسی تر

در صورتی که یک نمونه از ته ریز سرند( با مشخصات نمونه اصلی جدول 3) و یک نمونه از ته ریز سیکلون (با مشخصات نمونه اصلی جدول4) را با نسبت های وزنی 3 به 1 انتخاب نموده و هر یک را به ترتیب توسط روش های جدایش مغناطیسی خشک و تر پرعیارسازی نماییم و محصول های بدست آمده از هر یک را با یکدیگر ترکیب نماییم، به محصولی که مشخصات آن در جدول 5 نشان داده شده است، خواهیم رسید(در جدول فوق فقط مشخصات محصول های کنسانتره و حد واسط آورده شده است).

 

3-2-4- جدایش مغناطیسی ترکیب ته ریز سرند و سیکلون به روش خشک (حالت کنونی)

در صورتی که نمونه اصلی مربوط به ته ریز سرند و ته ریز سیکلون که مشخصات آنها به ترتیب در جدول های 3 و 4 آورده شده است را با نسبت 75 و 25 درصد ترکیب کرده و توسط جداکننده مغناطیسی خشک پرعیارسازی نماییم، به محصولی که مشخصات آن در جدول 6 نشان داده شده است، خواهیم رسید.

 

3-3- بررسی تاثیر جدایش جداگانه ته ریز سیکلون به روش مغناطیسی تر روی راندمان مدار جدایش مغناطیسی خشک

در شکل 2، مقایسه ای ما بین کیفیت کنسانتره نهایی حاصل از جدایش مغناطیسی ترکیب ته ریز سرند و سیکلون به روش خشک و جدایش جداگانه ته ریز سرند به روش مغناطیسی خشک و ته ریز سیکلون به روش مغناطیسی تر، صورت گرفته است( مقایسه نتایج دو جدول 5 و 6 ).

همان طور که در شکل 2 ملاحظه می شود، با جدایش جداگانه ته ریز سرند به روش مغناطیسی خشک و ته ریز سیکلون به روش مغناطیسی تر می توان عیار آهن و گوگرد کنسانتره را به طور نسبی(نسبت به عیار کنسانتره جدول6) به میزان 82/2 درصد افزایش و 19 درصد کاهش داد. به عنوان مثال برای نمونه اصلی 6، عیار آهن و گوگرد کنسانتره به ترتیب به میزان 88/1 درصد افزایش و 075/0 درصد کاهش خواهند یافت. همچنین بازیابی وزنی کلی به میزان 51/1 درصد کاهش می یابد که علت اصلی این امر، عدم راهیابی ذرات قفل شده و باطله به کنسانتره است که در نتیجه جدایش مطلوب و انتخابی ذرات می باشد. اما به طور کلی، کارآیی جدایش مدار خشک نسبت به حالتی که جدایش ته ریز سرند و ته ریز سیکلون به صورت مختلط صورت می گیرد، به میزان 1/6 درصد افزایش خواهد یافت.

همان طور که از جدول های 5 و 6 مشخص است، با پرعیارسازی جداگانه ته ریز سرند به روش مغناطیسی خشک و ته ریز سیکلون به روش جدایش مغناطیسی تر می توان به محصول حد واسطی با کیفیت مطلوب تر دست یافت که این امر سبب افزایش کارآیی مدار جدایش مغناطیسی تر می شود. اما بازیابی وزنی محصول حد واسط نیز به میزان 38/1 درصد کاهش می یابد که علت اصلی این امر، جدایش انتخابی ذرات و عدم راهیابی ذرات باطله به محصول حد واسط می باشد که منجر به کاهش هزینه های عملیات نرم کنی در بخش تر می شود.

 

4-نتیجه گیری

1- نتایج موازنه جرم صورت گرفته توسط نرم افزار USIMPAC، روی داده های مربوط به آنالیز سرندی سه جریان ته ریز سرند، ته ریز سیکلون و بار ورودی خشک نشان داد که درصد وزنی متوسط ته ریز سرند و ته ریز سیکلون نسبت به بار ورودی، به ترتیب برابر با 75% و 25% است که درصدهای وزنی بدست آمده، به ترتیب دارای خطایی معادل 15/3%± و 5/9%± هستند.

2- با توجه به نتیجه قبل و با توجه به این امر که بیش از 30 درصد وزنی ته ریز سیکلون و کمتر از 5/2 درصد ته ریز سرند را ذرات زیر 45 میکرون تشکیل می دهند، می توان نتیجه گرفت که اغلب ذرات نرمه موجود در بار خشک، سهم ته ریز سیکلون بوده و مقدار خیلی ناچیزی در ته ریز سرند نهفته است.

3- با جدایش مجزا ته ریز سرند به روش مغناطیسی خشک و ته ریز سیکلون به روش مغناطیسی تر می توان عیار آهن و گوگرد را به طور نسبی به میزان 82/2 درصد افزایش و 19 درصد کاهش داد. ولی بازیابی وزنی کنسانتره خشک به میزان 51/1 درصد کاهش می یابد که علت اصلی این امر، عدم راهیابی ذرات قفل شده و باطله به کنسانتره است که در نتیجه جدایش مطلوب و انتخابی ذرات می باشد. اما به طور کلی، کارآیی جدایش مدار جدایش خشک نسبت به حالتی که جدایش ته ریز سرند و ته ریز سیکلون به صورت مختلط صورت می گیرد، به میزان 1/6 درصد افزایش خواهد یافت.

4- با جدایش جداگانه ته ریز سرند به روش مغناطیسی خشک و ته ریز سیکلون به روش تر می توان به محصول حد واسطی با کیفیت مطلوب تر دست یافت که این امر سبب افزایش کارآیی مدار جدایش مغناطیسی تر می شود. اما بازیابی وزنی محصول حد واسط نیز به میزان 38/1 درصد کاهش می یابد که علت اصلی این امر، جدایش انتخابی ذرات و عدم راهیابی ذرات باطله به محصول حد واسط است که منجر به کاهش هزینه های عملیات نرم کنی در بخش تر می شود.

 

5- تشکر و قدرانی :

این تحقیق با همکاری همه جانبه مجتمع سنگ آهن گل گهر انجام گرفته است و اینجانب خود را ملزم می بینم که نهایت سپاسگزاری خود را نسبت به مدیریت مجتمع، کارشناسان آزمایشگاه و همچنین مدیریت مرکز تحقیق و توسعه ابراز دارم.

 

6- مراجع :

1-        J.S.Laskowski, “Aggregation of Fine Particles in Mineral Processing Circuits”, Mineral processing on the verge of the 21st century, 2000,139-147

2-        A.I. Arol, A.Aydogan, “Recovery Enhancement of Magnetite Fines in Magnetic Separation”, Colloids and Surfaces: A Physicochem. Eng. Aspects 232 (2004) 151–154

3-        مهرانی، امیر پرویز،"امکان سنجی خردایش مجدد بار در گردش مدار نرم کنی مجتمع سنگ آهن گل گهر", عباس سام وحسن حاجی امین شیرازی , پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی فرآوری مواد معدنی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، زمستان

4-        رضایی، بهرام. تکنولوژی فرآوری مواد معدنی (پرعیارسازی به روش مغناطیسی)، انتشارات نور،1376

5-        نعمت الهی، حسین. کانه آرایی. انتشارات دانشگاه تهران. 1380

6-        بنیسی، صمد . جزوه درسی کانه آرایی . دانشگاه شهید باهنر کرمان. بخش مهندسی معدن.1380

 

کلید واژه ها: آهنگلگهر کنسانتره کانه آرایی سایر موارد