Понимание железных руд и добычи железной руды

Железные руды и добыча железной руды

Железо (Fe) является распространенным и широко распространенным элементом в земной коре, составляющим в среднем от 2 % до 3 % в осадочных породах до 8,5 % в базальтах и ​​габбро. Его предложение практически безгранично почти во всех регионах мира.

Однако большая часть этого железа находится не в форме, которую можно использовать в современных методах производства железа. Следовательно, только та часть всего железа в земной коре, которая доступна для сталелитейной промышленности как в экономическом, так и в пространственном отношении, может быть правильно названа железной рудой. Однако то, что представляет собой железная руда, широко варьируется от места к месту и время от времени. Есть много факторов, которые определяют, может ли железосодержащий минерал быть классифицирован как железная руда, но в основном это вопрос экономики. Принимая во внимание эту концепцию, логичным определением железной руды для коммерческих целей является «железосодержащий материал, который можно экономично использовать в определенном месте и в определенное время при текущих условиях стоимости и рыночных цен».

Поскольку железо присутствует во многих областях, оно имеет относительно низкую ценность, и поэтому месторождение должно иметь высокий процент железа, чтобы его можно было считать рудным. С появлением усовершенствованных методов обогащения, обогащения и агломерации ассортимент железосодержащих материалов, которые теперь можно использовать, расширился, и многие типы низкосортных материалов, которые когда-то считались нерентабельными, теперь рассматриваются как железная руда. Как правило, месторождение должно содержать не менее 25 % Fe, чтобы считаться экономически извлекаемым.

Более 300 минералов содержат железо, но пять минералов являются основными источниками железной руды. Это (i) магнетит (Fe3O4), (ii) гематит (Fe2O3), (iii) гетит (Fe2O3.H2O), (iv) сидерит (FeCO3) и (v) пирит (FeS2). Первые три имеют большое значение из-за их залегания на крупных экономически пригодных месторождениях. Однако большая часть добываемой в мире железной руды подпадает под первые две категории.

Гематит имеет химический состав Fe2O3, соответствующий 69,94 % железа и 30,06 % кислорода. Он имеет цвет от стального серого до тускло-красного или ярко-красного, может быть землистым, плотным или кристаллическим, и имеет удельный вес 5,26. Обычными разновидностями являются кристаллические, зеркальные, мартитовые (псевдоморфные по магнетиту), маггемиты (магнитные оксиды железа), землистые, охристые и компактные. Гематит — одна из важнейших железных руд. Он широко распространен во многих типах горных пород и имеет различное происхождение. Встречается в связи с жильными отложениями, магматическими, метаморфическими и осадочными породами, а также как продукт выветривания магнетита. Некоторые месторождения вкрапленного кристаллического гематита с низким содержанием были успешно переработаны методами гравитации и флотации для получения концентратов высокого качества.

Магнетит имеет химический состав Fe3O4, что соответствует 72,36 % железа и 27,64 % кислорода. Он имеет цвет от темно-серого до черного и удельный вес от 5,16 до 5,18. Он сильно магнитен, иногда обладает полярностью, поэтому действует как естественный магнит. Магнетит встречается в магматических, метаморфических и осадочных породах. Магнитное свойство магнетита имеет важное значение, так как оно позволяет проводить разведку магнитными методами и делает возможным магнитное отделение магнетита от пустой породы с получением высококачественного концентрата. Он становится все более важным источником железа из-за постоянного совершенствования методов магнитной концентрации и более широкого использования высококачественных продуктов.

Добыча железной руды

При добыче (добыче), обогащении и переработке железной руды производится железо и сталь. Добыча полезных ископаемых определяется как извлечение рудного материала из месторождения и включает в себя все виды деятельности, предшествующие обогащению. Железные руды с высоким содержанием железа (содержание железа более 62 %) просто дробятся, просеиваются и отправляются непосредственно на установку по производству чугуна (например, в доменную печь). Железные руды с низким содержанием железа, содержащие меньшее количество железа, нуждаются в дополнительных операциях по обогащению, кроме дробления, просеивания и промывки, для увеличения содержания железа в них. Чтобы быть конкурентоспособным, добыча железной руды должна осуществляться в очень больших масштабах. Есть два метода добычи, которые обычно используются. Это (i) открытая добыча, (ii) подземная или шахтная добыча.

Решение о применении методов подземной или открытой добычи зависит от близости рудного тела к поверхности. Большая часть железной руды, добываемой во всем мире, добывается исключительно открытым способом. Однако в мире также есть несколько действующих подземных железных рудников. Существует два основных метода открытых горных работ, предназначенных для извлечения железной руды из открытых месторождений. Это карьерный и карьерный методы. Почти все крупные железные рудники в мире, за исключением нескольких, разрабатываются открытым способом.

Процесс добычи железной руды требует огромных ресурсов. Эти ресурсы включают тяжелое промышленное горнодобывающее оборудование и квалифицированную рабочую силу. Используемая техника включает бульдозеры, скреперы, самосвалы (тяжелые самосвалы), самосвалы, фронтальные погрузчики, гидравлические экскаваторы, гидравлические и электрические лопаты (вскрышные лопаты, погрузочные лопаты), драглайны, роторные экскаваторы, земснаряды, автоцистерны, буровзрывные буры. (сверла с алмазным долотом) и конвейеры для тяжелых условий эксплуатации. Кроме того, дробилки и грохоты с сопутствующим оборудованием необходимы для дробления и сортировки руды до товарного продукта.

Планирование и разработка

Процесс добычи железной руды от открытия тела залежи железной руды через добычу железных руд и, наконец, до возвращения земли в ее естественное состояние состоит из нескольких отдельных этапов. Во-первых, это обнаружение месторождения железной руды, которое проводится путем поиска или разведки, чтобы найти, а затем определить размеры, местоположение и стоимость рудного тела. Это приводит к математической оценке ресурсов для оценки размера и качества месторождения.

Добыча железной руды начинается на уровне земли. Руда идентифицируется путем алмазного бурения образцов керна по сетке на несколько метров вглубь земли. железорудная порода содержит существенный процент железа, а остальную часть составляют примеси, такие как глинозем и кремнезем. Эти образцы анализируются и классифицируются, чтобы горные инженеры могли точно разработать план горных работ.

Разработка рудника включает планирование горных работ для оценки экономически извлекаемой части месторождения, металлургических характеристик руд, извлекаемости руды, инженерных проблем, дробления и требований к инфраструктуре. Доля экономически извлекаемого месторождения зависит от коэффициента обогащения руды в этом районе.

Чтобы получить доступ к месторождению полезных ископаемых в районе, часто необходимо добывать или удалять отходы, которые не представляют непосредственного интереса. Общее движение руды и отходов составляет процесс добычи. Часто за время существования рудника добывается больше отходов, чем руды, в зависимости от характера и местоположения рудного тела. Удаление и размещение отходов — это основная статья расходов на добычу полезных ископаемых.

Общая распространенность, размер и форма месторождения железной руды определяются на этапе разведки. Знание месторождения определяется более подробно в ходе опытно-конструкторских работ. Часто во время разработки рудника необходимо очень подробно определить положение и характер геологических структур, влияющих на распределение и доступность руды.

После получения достаточно подробной информации изучаются различные комбинации оперативных планов с использованием карт и разрезов, подготовленных для этой цели. Они показывают размер и форму рудного тела, состав руды и результаты лабораторных испытаний. Из этих графических представлений количество руды и отходов определяется с применением объемных весовых коэффициентов. Компьютеры обычно используются при подготовке оценок тоннажа и при подготовке подробных планов горных работ. С помощью этих систем проводится сравнительная оценка различных методов и планов добычи, чтобы определить наиболее благоприятный план для каждого конкретного месторождения и составить график разработки месторождения.

Соответственно, необходимо планировать добычу на руднике таким образом, чтобы генерировать стабильный поток железной руды, состав которой постоянно близок к целевому содержанию. Эта потребность стимулирует процесс превращения разведочного участка в жизнеспособный горнодобывающий проект. Поскольку состав рудного месторождения может быть опробован только до начала добычи, а экономические и финансовые условия, как правило, весьма изменчивы, любой план горных работ является в лучшем случае предварительным и подлежит пересмотру в свете меняющихся знаний о рудном месторождении. поскольку он постепенно обнажается во время добычи полезных ископаемых.

Разработка и планирование горных работ не прекращаются, когда начинается добыча, из-за необходимости реагировать на меняющиеся условия в результате раскрытия знаний о рудном теле, генерируемых по мере того, как большее количество буровых скважин обеспечивает большее количество анализов, распределенных по объему рудного тела по мере его извлечения. добывается.

Планирование, разработка и эксплуатация карьера обычно основываются на прямоугольной блочной модели. Эта блочная модель состоит из набора прямоугольных блоков с размерами, соответствующими наименьшей добытой единице, скажем, 50 квадратных метров по горизонтали и 10 метров по вертикали. Для каждого блока производится оценка качества (железо, а также все примеси, такие как оксид алюминия, кремнезем и фосфор).

Блочная модель представляет собой развивающуюся и адаптивную информационную систему. Первоначально он основан на интерполяции данных проб, отобранных во время разведочного бурения. Во время разработки и эксплуатации рудника блочная модель постоянно пересматривается за счет закладочного бурения, данных о бурении взрывных скважин для размещения взрывчатых веществ, а также о пробах добытой руды по мере ее дробления и анализа. На любом этапе добычи решения о выборе добычи и последовательности должны основываться на имеющейся в настоящее время информации о несовершенной блочной модели, чтобы производить руду для отгрузки, которая соответствует целевому содержанию в пределах заданных допусков.

Добыча открытым способом

Открытые методы добычи предназначены для извлечения руды из открытых месторождений. Месторождение руды обнажается путем снятия слоя земли, иногда толщиной всего в несколько метров. Этот материал, который необходимо снять, известен как «вскрышная порода». Вскрышные породы могут состоять из рыхлого материала, породы, глины, гравия и бедного рудного материала. Глубина, на которую ведутся открытые разработки, зависит от качества руды, характера вскрышных пород и коэффициента вскрыши. Коэффициент вскрыши представляет собой количество вскрышных пород и отходов, которые необходимо переработать на каждую единицу добытой руды. Он описывается как единица вскрышных пород, которая должна быть удалена для каждой единицы добытой сырой руды. Коэффициент вскрыши увеличивается с качеством добываемой руды и факторами стоимости, связанными с обогащением и транспортировкой.

Экономический коэффициент вскрыши широко варьируется от рудника к руднику в зависимости от ряда факторов. В случае прямой доставки руд оно может достигать 6:1 или 7:1. В случае руды с низким содержанием золота коэффициент вскрыши менее 1,5:1 часто считается экономическим пределом.

При добыче железной руды важно вскрыть территорию шахты, предварительно вскрыв вскрышные породы. Вскрышная порода загружается большими гидравлическими экскаваторами в производственные самосвалы, которые отвозят ее на контурные отвалы. Эти свалки спроектированы так, чтобы соответствовать окружающей среде.

При добыче открытым способом удаление вскрышных пород может продолжаться в течение большей части срока службы шахты, поскольку стенки карьера обрезаются, чтобы можно было углубить шахту для извлечения руды из забоя. Рыхлые материалы извлекаются экскаваторами, драглайнами или скреперами, в зависимости от местных условий. Другие материалы обычно выкапываются с помощью экскаваторов.

Руда добывается из крупных карьеров поступательной выемкой по уступам или уступам. Уступы обеспечивают доступ к все более глубокой руде по мере удаления руды верхнего уровня. После того, как почва и вышележащая порода очищены, руда бурится и взрывается. Целью взрывных работ является обнажение рудного тела для добычи или создание подходов (горизонтальных ходов), которые могут быть использованы для доступа к рудному телу. Взрывные работы также используются для дробления руды.

Буровзрывные работы проводятся для измельчения консолидированных материалов до размеров, пригодных для обработки горнодобывающим оборудованием, а также дробильно-сортировочными установками. Это также иногда делается для разрыхления отвалов руды перед экскаваторами, чтобы повысить эффективность погрузки.

Участок рудного тела, подлежащий удалению, сначала бурят по определенной схеме. Бурение ведется крупными механизированными буровыми установками. Основной целью буровых работ является создание скважины подходящего диаметра, глубины и направления в горной породе для размещения взрывчатых веществ для проведения взрывных работ. Обычно бурятся взрывные скважины диаметром 400 мм и глубиной около 10-12 метров. По взрывной схеме пробурено около 400 скважин.

Перед взрывом пробуренные скважины заполняют взрывчатыми смесями. Основным требованием к взрывчатому веществу, используемому при взрывных работах, является способность достигать полного сгорания без подачи кислорода извне. В прошлом взрывчатые вещества, используемые для взрывных работ, состояли из нитроглицерина, углеродсодержащего материала и окислителя. Сегодня наиболее распространенными взрывчатыми веществами являются смеси нитрата аммония и мазута (так называемые ANFO). Детонация взрывчатого вещества осуществляется с помощью фугасного капсюля-детонатора и/или капсюля. В некоторых случаях используются патроны с эмульсионным или гелевым взрывчатым веществом.

После подготовки рудник очищается от рабочих и оборудования, и производится взрыв. Каждая из дыр взрывается с разницей всего в миллисекунду, в результате чего образуется груда неочищенной железной руды, которая разбивается на куски размером минус 2 м x 2 м. Широкие ямы в земле, образовавшиеся в результате бурения, взрывных работ и извлечения руды, называются карьерами.

После взрыва дробленая руда известна как рудная руда (ROM). Ромовая руда загружается огромными электрическими экскаваторами, гидравлическими экскаваторами или фронтальными погрузчиками в самосвалы большой грузоподъемности, которые доставляют ее на станцию ​​дробления и сортировки.

Дробление и сортировка

Железная руда товарного качества должна быть правильно отсортирована перед загрузкой в ​​доменную печь. Существующая технология доменных печей обычно требует дробления и просеивания кусковой руды прямой загрузки размером менее 10 мм и крупнее 30 мм. Конкретный выбранный размер основан на характеристиках руды и определяется таким образом, чтобы поддерживать высокую проницаемость штабеля, а также давать достаточно времени для измельчения более крупного материала. Следовательно, дробление и сортировка являются неотъемлемой частью рудодобывающих предприятий.

На многих рудниках используется от двух до трех стадий дробления. На некоторых рудниках первичная дробилка расположена в шахте, и с помощью конвейеров измельченная руда транспортируется на вторичную и третичную дробилки или непосредственно на мельницы. Стадии дробления уменьшат диаметр железной руды с нескольких футов на первичной стадии до шести дюймов и до половины или трех восьмых дюйма в качестве конечного продукта. Продукт дробления подается на операцию помола для дальнейшего измельчения

Дробление обычно включает первичную щековую дробилку со вторичными дробилками, работающими в замкнутом цикле с вибрационными грохотами. Выбор оборудования во многом определяется рыхлостью руды. Большинство операций по сортировке руды с высоким содержанием являются сухими, за исключением случаев, когда фракция мелких частиц может быть эффективно улучшена за счет обессмоливания.

Мелкие частицы размером менее 10 мм, полученные в результате дробления и просеивания, чаще всего агломерируют путем спекания или иногда измельчают для гранулирования.

Программа горных работ на отдельных рудниках разрабатывается для получения однородного продукта. Хотя в большинстве систем погрузки и отгрузки задействовано несколько этапов обработки, они часто не обеспечивают достаточного смешивания, чтобы соответствовать стандартам обеспечения качества, которые в настоящее время требуются сталелитейными заводами, особенно если указаны как постоянство размера, так и стандарты химического состава. Сложные комбинированные установки для смешивания и разгрузки в настоящее время почти повсеместно используются на железорудных рудниках.

Системы штабелирования и регенерации используются довольно часто. Укладка приводит к расслоению железных руд. Каждый последующий слой представляет собой железную руду, которая может отличаться по размеру или химическому составу от соседних слоев. Удлиненная стопка наращивается до высоты, ограниченной возможностями штабелирования укладчика. Затем руда может быть извлечена для использования роторными экскаваторами, фронтальными погрузчиками или скребковым поперечным конвейером. Удаление руды с поверхности кучи приводит к потоку материала, который представляет собой однородную смесь руды из всех слоев. Затем смешанная руда отправляется клиентам.

Различные этапы майнинга показаны на рис. 1.

Рис. 1. Этапы добычи железной руды открытым способом

Экологические проблемы

Материалы, образующиеся в результате добычи открытым способом, включают вскрышные породы, пустую породу и шахтные воды. Другие отходы могут включать небольшое количество масла и смазки, пролитых во время экстракции. Шахтные воды обычно содержат растворенные или взвешенные компоненты, подобные тем, которые находятся в самом рудном теле. Они могут включать следы алюминия, сурьмы, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, меди, марганца, никеля, селена, серебра, серы, титана и цинка.

Вода вызывает множество проблем при добыче железной руды. За исключением редких случаев, например, при добыче полезных ископаемых на вершине холма или при добыче полезных ископаемых в условиях пустыни, вода должна собираться в отстойниках, колодцах или подземных выработках и откачиваться из шахты. Такие дренажные воды часто используются непосредственно для восполнения потерь воды при обогащении.