عملية التخصيب للمواد الأخرى المعادن الحديدية

يتميز السبيكولاريت بمغناطيسية ضعيفة، حيث تبلغ الحساسية المغناطيسية حوالي 3.7×10⁻³ م³/غ، وهي قيمة أعلى نسبيًّا مقارنةً بالمعادن الأخرى ذات المغناطيسية الضعيفة، وغالبًا ما يحتوي على شوائب من المغنتيت ذات حبيبات دقيقة. يبلغ صلابة السبيكولاريت على مقياس موس 5-6، وكثافته 5-5.3 غ/سم³. ويصعب تكريره. تشبه قابلية السبيكولاريت للتنقية قابلية الهيماتيت، وتستخدم فيه أساسًا نفس طريقة التنقية. وتشمل العمليات الشائعة عملية التحميص والفصل المغناطيسي، والعملية المركبة التي تجمع بين الفصل المغناطيسي عالي الكثافة والتعويم، والعملية المركبة التي تجمع بين التركيز بالجاذبية والفصل المغناطيسي.

يتميز الليمونيت بقدرة ضعيفة على الغسل مقارنة بخامات الحديد الأخرى. ولا تصل كثافته وخصائصه المغناطيسية إلى مستوى المغنتيت أو الهيماتيت أو السبيكولاريت، كما أن تكوّن الطين بسهولة يؤدي إلى تدهور مؤشر إثراء الخام. ونظرًا لوجود الماء البلوري، يصعب جدًّا الوصول إلى درجة تركيز تبلغ 60% عن طريق التخصيب الفيزيائي، لكن يمكن زيادة درجة تركيز الخام بشكل كبير بعد التحميص بسبب الفقد الكبير الناتج عن الاحتراق. يُستخدم الليمونيت عالي الدرجة بشكل أساسي في خلط التكتل، في حين أن استخدام الليمونيت منخفض الدرجة (TFe<35%) محدود جدًّا، حيث لا يمكن زيادة درجته إلا بمقدار 8%-10% بعد التخصيب. بالنسبة للليمونيت الذي يحتوي على نسبة عالية من الحديد وقابلية جيدة للغسل، يمكن استخدام عملية تكرير واحدة، بما في ذلك الفصل بالجاذبية، والفصل المغناطيسي عالي الكثافة، والتطفو، أو العمليات المركبة، بما في ذلك عملية التحميص والفصل المغناطيسي، وعملية التطفو والفصل المغناطيسي عالي الكثافة، وعملية الفصل بالجاذبية والفصل المغناطيسي عالي الكثافة، وما إلى ذلك. في عملية تركيز الليمونيت بالجاذبية، يمكن استخدام الغسل، والرج، والفصل بالوسط الثقيل للجزيئات الخشنة، ويمكن استخدام المركّزات الحلزونية أو الطاولات الاهتزازية للجزيئات الدقيقة. يمكن أن يكون تعويم الليمونيت تعويمًا إيجابيًا أو تعويمًا عكسيًا. ويتأثر هذا بشكل كبير بالطين، وبالتالي فإن إزالة الطين ضرورية قبل عملية التعويم. تشمل المجمعات الأنيونية للليمونيت حمض الستياريك، وحمض الأوليك، وألكيل سلفونات، وألكيل سلفات، بينما تشمل المجمعات الكاتيونية ألكيل أمينات وأملاح الأمونيوم الرباعية. في عملية التحميص المغناطيسي، يُزال الماء البلوري من الليمونيت أولاً عند درجة حرارة تتراوح بين 300 و400 درجة مئوية، ثم يبدأ التحميص المغناطيسي عند درجة حرارة تتراوح بين 700 و850 درجة مئوية. ويمكن أن تكون المواد المختزلة المستخدمة غازات مثل H₂ وCO أو مواد صلبة مثل الكربون (C).

تبلغ كثافة السيديريت 3.7-4.0 غ/سم³، وهي أقل من كثافة معادن الحديد الأخرى. وله مغناطيسية ضعيفة ويحتاج إلى شدة مجال مغناطيسي عالية جدًّا. علاوة على ذلك، يصعب تكرير معظم خامات السيديريت لأن معظمها منتشر بشكل دقيق، ولها تركيبة معقدة ولكنها منخفضة الجودة. في الوقت الحالي، تم استخدام جزء من الخام الغني في صهر الحديد والصلب، وهو ما يمثل أقل من 10% من إجمالي احتياطيات السيديريت، ولم يتم استخراج معظم الخام منخفض الجودة. ويرتبط معظم الخام الذي تم استخدامه بالمغنتيت والهيماتيت. يمكن تحميص السيديريت عند درجة حرارة تتراوح بين 600 و900 درجة مئوية ثم معالجته عن طريق الفصل المغناطيسي. كما يمكن معالجته عن طريق الفصل عالي الكثافة باستخدام أجهزة Shp أو أجهزة الفصل المغناطيسي فائقة التوصيل ذات الحث المغناطيسي الذي يتراوح بين 1.5 و2.5 تيسلا. ويمكن استخدام عملية التعويم بعد الفصل المغناطيسي باستخدام مجمعات كاتيونية.

عمليات تحضير المغنتيت في منجم الحديد في سيجيايينغ

6.6.1 طبيعة وهيكل خامات الحديد

يُعد منجم الحديد سيجييانغ أحد أكبر ثلاثة مناجم للحديد في الصين، والثاني من حيث الحجم في آسيا. وتبلغ احتياطياته 2.0 مليار طن من خام المغنتيت و0.3 مليار طن من الخام المؤكسد.

يتم تنفيذ أعمال التعدين على مرحلتين. في المرحلة الأولى، تم استخراج الحفرتين رقم 2 ورقم 3. الحفرة رقم 2 هي حفرة تعدين مفتوحة بقدرة إنتاجية تبلغ 6 ملايين طن سنويًا. أما حفرة التعدين رقم 3 فهي عبارة عن تعدين تحت الأرض بقدرة إنتاجية تبلغ مليون طن سنويًا. وفي المرحلة الثانية من المشروع، يتم استخراج حفرة التعدين رقم 1 في منجم مفتوح، بقدرة إنتاجية تبلغ 15 مليون طن سنويًا، تشمل 4 ملايين طن من الخام المؤكسد و11 مليون طن من المغنتيت الأولي.

ينتمي منجم الحديد سيجيايينغ إلى رواسب الحديد المتحولة الرسوبية من نوع أنشان. ويتكون الخام في هذه المنطقة بشكل أساسي من الكوارتزيت المغنتيتي، في حين تتكون منطقة الأكسدة السطحية بشكل أساسي من الكوارتزيت الهيماتيتي. ويُعد التركيب المعدني للخام بسيطًا نسبيًا، حيث يتكون بشكل أساسي من المغنتيت والهيماتيت الزائف، يليهما الهيماتيت. أما معادن الشوائب فتتكون بشكل رئيسي من الكوارتز، يليه الأكتينوليت، والتريموليت، وكمية قليلة من الهورنبليند والبيروكسين، أما المعادن النزرة فهي الأباتيت، والبيريت، والكالكوبيريت، وغيرها. بالإضافة إلى ذلك، توجد معادن أخرى مثل الكلوريت، والكربونات، والبيوتايت، التي تعرضت لتغيرات لاحقة.

يتمثل التركيب الأساسي للخام في تشكيل معدن الحديد والكوارتز خطوطًا متوازية باللونين الأسود والأبيض، حيث يبلغ عرض خط الكوارتز 1-3 ملم كحد أقصى، كما توجد أيضًا خطوط دقيقة يقل عرضها عن 1 ملم وشرائط يزيد عرضها عن 5 ملم.

6.6.2 عملية تكرير المغنتيت الأولي

يتم تكسير خام المنجم في دائرة تكسير ثلاثية المراحل، حيث يتم تكسير المرحلة النهائية بشكل مغلق وتركيزها مسبقًا بواسطة فاصل جاف. في المرحلة الأولى من المشروع، تُستخدم كسارة دوارة هيدروليكية في التكسير الأولي، بينما تُستخدم كسارة مخروطية هيدروليكية في التكسير الثانوي والثالثي على التوالي. تبلغ الأحجام القصوى للمنتجات الناتجة عن عمليات التكسير الأولي والثانوي والثالث 230 مم و70 مم و12 مم على التوالي. تُستخدم غربالتان اهتزازيتان ذات حركة دائرية لإغلاق دائرة التكسير، ويتم نقل المواد الأصغر من 12 مم الناتجة عن الغربالين إلى ورشة الفصل المغناطيسي الجاف. في المرحلة الثانية من المشروع، تُسحق المواد ذات الحجم 50-6 مم الناتجة عن التكسير الثانوي في عملية التكسير الثالث بواسطة مطحنتين أسطوانيتين عاليتي الضغط، ويتم نقل المواد التي يقل حجمها عن 6 مم إلى صومعة الخام الناعم في ورشة العمل الرئيسية. يبلغ درجة نقاء المغنتيت الأولي 26.83%. تُستخدم عملية فصل مغناطيسي كاملة مع طحن على مراحل. في المرحلة الأولى، تُستخدم فواصل أسطوانية بقوة 1800 غاوس للمرحلات الثلاث الأولى، حيث يتم تغذية مركزاتها إلى الأعمدة المغناطيسية. في المرحلة الأولى، تنتج الأعمدة المغناطيسية المركز النهائي. ونظرًا لارتفاع شدة المجال المغناطيسي في عملية الفصل المغناطيسي ثلاثية المراحل، فإن درجة تركيز المركز لا تتجاوز حوالي 62%-63%، كما أن سعة العمود المغناطيسي غير كافية، مما يؤدي إلى انخفاض درجة تركيز المركز النهائي. في المرحلة الثانية، يخضع المركز والمخلفات الناتجة عن الأعمدة المغناطيسية إلى عملية الفصل المغناطيسي الرابعة وعملية الفصل المغناطيسي المكثف على التوالي، وتصل درجة نقاء المركز إلى 66.00%. تظهر عملية الفصل المغناطيسي بأكملها في الشكل 6.6.

6.6.3 عملية تحضير الخام المؤكسد

يتم تكسير الخام المؤكسد في منجم الحديد في سيجياينغ ضمن دائرة تكسير ثلاثية المراحل، تكون المرحلة الأخيرة منها مغلقة، ثم يتم تكريره في عملية مركبة تشمل الطحن على مراحل، وفرز الحبيبات حسب الحجم، والتركيز بالجاذبية للجزيئات الخشنة، والفصل المغناطيسي للجزيئات الدقيقة، والطفو العكسي الأنيوني. يبلغ الحد الأقصى لحجم جسيمات خام المنجم 1000 مم. في المرحلة الأولى من المشروع، تُستخدم كسارة دوارة هيدروليكية في التكسير الأولي، وتُستخدم خمس كسارات مخروطية هيدروليكية في التكسير الثانوي والثالث. يبلغ الحد الأقصى لأحجام الجسيمات في عمليات التكسير الأولي والثانوي والثالث 280 مم و70 مم و12 مم على التوالي. في المرحلة الثانية من المشروع، تُسحق المواد ذات الحجم 50-6 مم الناتجة عن التكسير الثانوي في عملية التكسير الثالث بواسطة مطحنتين أسطوانيتين عاليتي الضغط، ويتم نقل المواد التي يقل حجمها عن 6 مم إلى صومعة الخام الناعم في ورشة العمل الرئيسية. ويشترك خام الأكسيد في نفس نظام التكسير مع المغنتيت الأولي في المرحلة الثانية.

في المرحلة الأولى، توجد ثلاث مراحل للطحن، حيث يتم تنفيذ دائرتين مغلقتين للطحن قبل عملية التركيز، بالإضافة إلى مكثف قبل عملية التعويم. أما في المرحلة الثانية، كما هو موضح في الشكل 6.7، فيتم الطحن على مرحلتين، مع وجود دائرة مغلقة واحدة قبل عملية التركيز، ولا يلزم وجود مكثف قبل عملية التعويم. أما الأجزاء الأخرى من مخطط العمليات للمرحلتين فهي متشابهة تقريبًا. يخضع الخام المؤكسد المسحوق لعملية طحن في دائرة مغلقة ثم يتم تصنيفه بواسطة مجموعات من الهيدروسيكلونات. يتم تغذية المواد الخشنة، أي التدفق السفلي للهيدروسيكلونات، إلى دائرة التركيز بالجاذبية، حيث تُستخدم الحلزونات لإنتاج المركز النهائي من خلال عمليتي التخشين والتنقية. يتم استرداد معادن الحديد الموجودة في مخلفات الحلزونات بشكل إضافي بواسطة فواصل مغناطيسية منخفضة ومتوسطة الكثافة، ثم يُطحن مرة أخرى ويعاد إلى

الهيدروسيكلونات الموجودة أمام جهاز الفصل الأولي الحلزوني. ويستخلص الفصل المغناطيسي منخفض وعالي الكثافة المعادن الحديدية من المواد الدقيقة، أي الفائض الناتج عن الهيدروسيكلون، ويُغذى بها عملية التعويم لإنتاج المنتج النهائي. وتتألف دائرة التعويم من عملية فصل أولي واحدة، وعملية تنقية واحدة، وعمليتي تنقية نهائية. يتم تصريف المخلفات الناتجة عن أجهزة الفصل ذات الكثافة المتوسطة والعالية كمخلفات نهائية.

في عملية التعويم، تم استخدام هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) والنشا وأكسيد الكالسيوم (CaO) وGK68 كمنظم لدرجة الحموضة، ومثبط لمعادن الحديد، ومحفز للكوارتز، ومجمع، على التوالي. ونظرًا لاحتواء المياه المتداولة على بعض أيونات Ca²⁺، فقد تم التوقف تدريجيًا عن استخدام CaO. وبناءً على تحسين معلمات عملية التعويم، وترتيب الأنابيب وآلة التعويم، ارتفعت درجة تركيز مادة التعويم من 65.71% إلى 67.51%، وانخفضت درجة المخلفات من 18.51% إلى 16.94%.

ترد في الجدول 6.2 قائمة بالمعدات الرئيسية المستخدمة في عملية الطحن والتخصيب في المرحلة الثانية.

الجدول 6.2: معدات طحن وتجهيز المغنتيت الأولي المستخدمة في منجم الحديد في سيجياينغ

6.7 ممارسات التخصيب في مصنع التخصيب في دياوجونتاي

يُعد مركز تركيز «دياوجونتاي» التابع لمجموعة «أنستيل» (ANSTEEL GROUP CORPORATION) أكبر مركز لتركيز خام الحديد الأحمر في الصين. وقد صُمم هذا المركز لمعالجة 9 ملايين طن من خام الحديد سنويًّا وإنتاج 3 ملايين طن من مركزات الحديد سنويًّا. وقد دخلت المحطة حيز التشغيل في عام 1998، وفي عام 2003 حققت مؤشرات تقنية بلغت 6.77 مليون طن من معالجة خام الحديد، و2.63 مليون طن من إنتاج المركزات. تبلغ درجة الخام الأولي ودرجة المركزات ودرجة المخلفات 29.86% و67.54% و8.31% على التوالي. يبلغ معدل استرداد المعادن 82.32%. وتبلغ الفائدة الاقتصادية السنوية أكثر من 400 مليون يوان، وهو ما يُعد رائدًا على المستوى الدولي.

تتضمن العملية الفصل المغناطيسي منخفض الكثافة، والفصل المغناطيسي عالي الكثافة، والتعويم. وقد تمت مقارنة العمليات المركبة التي تجمع بين الفصل المغناطيسي وأنواع مختلفة من التعويم بشكل مكثف، بما في ذلك عملية التعويم العكسي الأنيوني، وعملية التعويم الحمضي الإيجابي، والتعويم العكسي الكاتيوني. وأخيرًا، تقرر أن تتضمن العملية الطحن المستمر، والفصل المغناطيسي منخفض الكثافة وعالي الكثافة، والتعويم العكسي الأنيوني. وتتمثل خصائص هذه العملية فيما يلي:

(1) يتيح الطحن المستمر تجنب التأثير السلبي الذي يحدث في عملية الطحن على مراحل بسبب التقلبات الكبيرة في حجم إعادة الطحن؛;

(2) تعمل عمليات الفصل المغناطيسي منخفضة وعالية الكثافة على إزالة عدد كبير من الرواسب الأولية والثانوية الموجودة في منتجات الطحن، وتحسين درجة النقاء الناتجة عن عملية التعويم، وتوفير ظروف معالجة جيدة لعملية التعويم العكسي الأنيوني؛;

(3) تُعد أجهزة الفصل المغناطيسي عالية الكثافة معدات مثالية للتخلص من المخلفات في عملية إثراء خام الحديد الأحمر، حيث تم التخلص من أكثر من 60% من المخلفات، كما أن عملية التعويم العكسي الأنيوني هي عملية تركيز مثالية للحصول على مركز عالي الجودة من خام الحديد الأحمر، حيث تنتج 100% من المركز.

6.8 صهر مركزات الحديد

المنتج النهائي لمحطة معالجة خام الحديد هو أكسيد الحديد، الذي يجب صهره لاحقًا لتحويله إلى حديد وفولاذ. ولا يمكن إضافة مسحوق الحديد الناعم مباشرةً إلى فرن صناعة الحديد، بل يجب تحويله مسبقًا إلى كريات أو تلبيدُه. ويمكن تشكيل مسحوق الحديد عن طريق التلبيد المباشر، أو الضغط باستخدام مادة رابطة، أو دحرجته إلى كرات صغيرة ثم تلبيدها.

صناعة الحديد هي عملية اختزال أكسيد الحديد إلى حديد. يتم تحميل مركزات الحديد في الفرن العالي مع فحم الكوك والحجر الجيري. عند درجات الحرارة العالية، يتم اختزال الحديد وجزء من السيليكون والمنغنيز الموجودين في الخام بواسطة فحم الكوك لتكوين حديد خام منصهر مع الكربون، بينما تتفاعل الشوائب الموجودة في الخام مع الحجر الجيري لتكوين الخبث (الشكل 6.8). ويخرج الحديد الخام والخبث من فتحة الصرف ومخرج الخبث في الفرن العالي على التوالي. يُسمى ناتج صناعة الحديد بـ«الحديد الخام»، الذي يحتوي على نسبة أكبر من الكربون والشوائب الأخرى، ويمكن استخدامه في الصب أو صناعة الفولاذ. تفاعل صناعة الصلب هو تفاعل أكسدة، يُعرف أيضًا باسم الصهر بالأكسدة. في ظل ظروف معينة، يتفاعل الأكسجين مع السيليكون والمنغنيز والفوسفور والكبريت وبعض الحديد المنصهر في الحديد الخام لتكوين أكاسيد. قابلية ذوبان وكثافة هذه الأكاسيد في الفولاذ المنصهر هي

وهي صغيرة الحجم، وتطفو على سطح الفولاذ المنصهر لتشكل الخبث. ويُصب الفولاذ المنصهر في قوالب، ثم يتم تشكيلها وبيعها من قبل مصنع الدرفلة (الورشة).