Proceso de enriquecimiento para otros Minerales de hierro

La especularita presenta un magnetismo débil, con una susceptibilidad magnética de aproximadamente 3,7×10⁻³ m³/g, que es más intensa que la de otros minerales con magnetismo débil, y a menudo contiene inclusiones microgranulares de magnetita. La especularita tiene una dureza según la escala de Mohs de 5-6 y una densidad de 5-5,3 g/cm³. Es difícil de procesar. La beneficiabilidad de la especularita es similar a la de la hematita y su método de beneficio es básicamente el mismo. Entre los procesos habituales se incluyen el proceso de calcinación y separación magnética, el proceso combinado de separación magnética de alta intensidad y flotación, y el proceso combinado de concentración por gravedad y separación magnética.

La limonita presenta una baja lavabilidad en comparación con otros minerales de hierro. Su densidad y magnetismo no son tan elevados como los de la magnetita, la hematita o la especularita, y su tendencia a formar lodos empeora su índice de beneficio. Debido a la presencia de agua de cristalización, resulta muy difícil alcanzar una ley del concentrado de 60% mediante enriquecimiento físico, pero la ley del concentrado puede aumentarse considerablemente tras el calcinado debido a la elevada pérdida por ignición. La limonita de alta ley se utiliza principalmente para mezclas de sinterización, mientras que la limonita de baja ley (TFe < 35%) tiene un uso bastante limitado, ya que tras el enriquecimiento solo se consigue un aumento de la ley de entre 8% y 10%. En el caso de los que presentan un alto contenido en hierro y buena lavabilidad, se puede recurrir a un proceso de enriquecimiento único, como la separación por gravedad, la separación magnética de alta intensidad y la flotación, o a procesos combinados, como el proceso de calcinación y separación magnética, el proceso de flotación y separación magnética de alta intensidad, y el proceso de separación por gravedad y separación magnética de alta intensidad, etc. En la concentración por gravedad de la limonita, se pueden emplear el lavado, la separación por jig y la separación por medios pesados para las partículas gruesas, y concentradores en espiral o mesas vibratorias para las partículas finas. La flotación de la limonita puede ser flotación positiva o flotación inversa. Se ve muy afectada por el limo, por lo que es necesario realizar una deslimado antes de la flotación. Entre los colectores aniónicos para la limonita se incluyen el ácido esteárico, el ácido oleico, los alquilsulfonatos y los alquilsulfatos, mientras que entre los colectores catiónicos se encuentran las alquilaminas y las sales de amonio cuaternario. En la calcinación por magnetización, la limonita elimina primero el agua de cristalización a 300-400 ℃, y a continuación comienza la calcinación por magnetización a 700-850 ℃. Los reductores utilizados pueden ser gases como el H₂ y el CO o sólidos como el C.

La siderita tiene una densidad de 3,7-4,0 g/cm³, inferior a la de otros minerales de hierro. Presenta un magnetismo débil y requiere una intensidad de campo muy elevada. Además, la mayoría de los yacimientos de siderita son difíciles de procesar, ya que suelen presentar una diseminación fina, una composición compleja y una baja ley. En la actualidad, parte del mineral rico se ha utilizado para la fundición de hierro y acero, lo que supone menos de 10% de las reservas totales de siderita, y la mayor parte del mineral pobre aún no se ha extraído. La mayor parte del mineral que se ha utilizado está asociado a magnetita y hematita. La siderita puede calcinarse a 600-900 ℃ y, a continuación, procesarse mediante separación magnética. También puede procesarse mediante separación de alta intensidad utilizando separadores magnéticos Shp o superconductores con una inducción magnética de 1,5-2,5 T. Tras la separación magnética, puede emplearse la flotación utilizando colectores catiónicos.

Prácticas de enriquecimiento de la magnetita en la mina de hierro de Sijiaying

6.6.1 Naturaleza y estructura de Minerales de hierro

La mina de hierro de Sijiaying es una de las tres mayores minas de hierro de China y la segunda más grande de Asia. Sus reservas ascienden a 2.000 millones de toneladas de mineral de magnetita y 300 millones de toneladas de mineral oxidado.

La explotación minera se lleva a cabo en dos fases. En la primera fase, se explotaron los frentes n.º 2 y n.º 3. El frente n.º 2 es una explotación a cielo abierto con una capacidad de 6 millones de toneladas al año. El franqueo n.º 3 es una explotación subterránea con una capacidad de 1 millón de toneladas al año. En la segunda fase del proyecto, el franqueo n.º 1 se explota a cielo abierto, con una capacidad de 15 millones de toneladas al año, de las cuales 4 millones de toneladas son de mineral oxidado y 11 millones de toneladas de magnetita primaria.

La mina de hierro de Sijiaying pertenece a un yacimiento de hierro metamórfico sedimentario del tipo Anshan. El mineral de esta zona es principalmente cuarcita magnetítica, mientras que la zona de oxidación superficial está compuesta principalmente por cuarcita hematítica. La composición mineral del mineral es relativamente sencilla, compuesta principalmente por magnetita y pseudohematita, seguidas de hematita. El mineral de ganga es principalmente cuarzo, seguido de actinolita, tremolita y una pequeña cantidad de hornblenda y piroxeno, y los minerales traza son apatita, pirita, calcopirita, etc. Además, hay clorita, carbonato y biotita alterados posteriormente, así como otros minerales.

La estructura básica del mineral consiste en que el mineral de hierro y el cuarzo forman vetas paralelas blancas y negras, con vetas de cuarzo de entre 1 y 3 mm como máximo; además, hay vetas finas de menos de 1 mm y bandas de más de 5 mm.

6.6.2 Proceso de enriquecimiento de la magnetita primaria

El mineral tal y como sale de la mina se tritura en un circuito de trituración de tres etapas, y en la etapa final se realiza el cierre y la preconcentración mediante un separador en seco. En la primera fase del proyecto, se utiliza una trituradora giratoria hidráulica para la trituración primaria, y una trituradora cónica hidráulica para la trituración secundaria y terciaria, respectivamente. Los tamaños máximos de los productos de la trituración primaria, secundaria y terciaria son 230 mm, 70 mm y 12 mm, respectivamente. Se utilizan dos cribas vibratorias de movimiento circular para cerrar el circuito de trituración, y los materiales de tamaño inferior a 12 mm procedentes de las cribas se transportan al taller de separación magnética en seco. En la segunda fase del proyecto, los materiales de 50-6 mm procedentes de la trituración secundaria se trituran en la trituración terciaria mediante dos molinos de rodillos de alta presión, y los materiales de -6 mm se transportan a la tolva de mineral fino del taller principal. La magnetita primaria tiene una ley inicial de 26,83%. Se utiliza un proceso completo de separación magnética con molienda por etapas. En la primera fase, se emplean separadores de tambor de 1800 gauss para las tres primeras etapas, y su concentrado se alimenta a columnas magnéticas. En la primera fase, las columnas magnéticas producen el concentrado final. Debido a la elevada intensidad de campo de la separación magnética en tres etapas, la ley del concentrado es de solo unos 62%-63%, y la capacidad de la columna magnética es insuficiente, lo que da lugar a una ley baja del concentrado final. En la segunda fase, el concentrado y los residuos de las columnas magnéticas se someten, respectivamente, a una cuarta separación magnética y a una separación magnética condensada, y la ley del concentrado alcanza los 66,00%. El proceso completo de separación magnética se muestra en la fig. 6.6.

6.6.3 Proceso de enriquecimiento del mineral oxidado

El mineral oxidado de la mina de hierro de Sijiaying se tritura en un circuito de trituración de tres etapas, con la etapa final en circuito cerrado, y se beneficia mediante un proceso combinado que incluye molienda por etapas, clasificación por tamaño, concentración por gravedad de las partículas gruesas, separación magnética de las partículas finas y flotación inversa aniónica. El tamaño máximo de las partículas del mineral a granel es de 1 000 mm. En la primera fase del proyecto, se utiliza una trituradora giratoria hidráulica para la trituración primaria, y cinco trituradoras cónicas hidráulicas para la trituración secundaria y terciaria. Los tamaños máximos de partícula de las trituraciones primaria, secundaria y terciaria son 280 mm, 70 mm y 12 mm, respectivamente. En la segunda fase del proyecto, los materiales de 50-6 mm procedentes de la trituración secundaria se trituran en la trituración terciaria mediante dos molinos de rodillos de alta presión, y los materiales de -6 mm se transportan al depósito de mineral fino del taller principal. El mineral de óxido comparte el mismo sistema de trituración que la magnetita primaria en la segunda fase.

En la primera fase, hay tres etapas de trituración, en las que se llevan a cabo dos circuitos cerrados de trituración antes de la concentración, y se utiliza un condensador antes de la flotación. En la segunda fase, tal y como se muestra en la fig. 6.7, la trituración consta de dos etapas, con un circuito cerrado antes de la concentración, y no es necesario utilizar un condensador antes de la flotación. El resto del diagrama de flujo de ambas fases es prácticamente idéntico. El mineral oxidado triturado se somete a una molienda en circuito cerrado y, a continuación, se clasifica mediante grupos de hidrociclones. Los materiales gruesos, es decir, el flujo inferior de los hidrociclones, se introducen en el circuito de concentración por gravedad, donde se utilizan espirales para producir el concentrado final mediante una operación de desbaste y otra de limpieza. Los minerales de hierro presentes en los residuos de las espirales se recuperan posteriormente mediante separadores magnéticos de baja y media intensidad, y a continuación se vuelven a moler y se devuelven a

los hidrociclones situados delante del separador espiral de primera etapa. La separación magnética de baja y alta intensidad permite recuperar los minerales ferrosos de los materiales finos —es decir, el rebosado del hidrociclón— y los envía a la flotación para obtener el producto final. El circuito de flotación se compone de una operación de primera etapa, una de limpieza y dos de purga. Los residuos procedentes de los separadores de intensidad media y alta se descargan como residuos finales.

En la flotación, se utilizaron NaOH, almidón, CaO y GK68 como regulador del pH, depresor de los minerales de hierro, activador del cuarzo y colector, respectivamente. Dado que el agua de circulación contiene cierta cantidad de Ca²⁺, se ha ido dejando de utilizar CaO de forma gradual. Gracias a la optimización de los parámetros de flotación, las tuberías y la disposición de la máquina de flotación, la ley del concentrado de flotación ha aumentado de 65,71% a 67,51%, y la ley de los residuos ha disminuido de 18,51% a 16,94%.

En la tabla 6.2 se enumeran los principales equipos utilizados en el proceso de molienda y enriquecimiento de la segunda fase.

Tabla 6.2: Equipos de trituración y enriquecimiento de la magnetita primaria utilizados en la mina de hierro de Sijiaying

6.7 Prácticas de enriquecimiento en la planta de concentración de Diaojuntai

La planta de concentración de Diaojuntai, perteneciente a ANSTEEL GROUP CORPORATION, es la mayor planta de concentración de mineral de hierro rojo de China. Está diseñada para procesar 9 millones de toneladas de mineral de hierro al año y producir 3 millones de toneladas de concentrado de hierro al año. En 1998 entró en funcionamiento y, en 2003, alcanzó unos indicadores técnicos de 6,77 millones de toneladas de mineral en bruto tratado y 2,63 millones de toneladas de concentrado producido. La ley de entrada, la ley del concentrado y la ley de los residuos son 29,861 TP3T, 67,541 TP3T y 8,311 TP3T, respectivamente. La recuperación de metal es de 82,321 TP3T. El beneficio económico anual supera los 400 millones de yuanes, lo que la sitúa a la vanguardia internacional.

El proceso incluye separación magnética de baja intensidad, separación magnética de alta intensidad y flotación. Se compararon exhaustivamente los procesos combinados de separación magnética y diversos tipos de flotación, entre ellos el proceso de flotación inversa aniónica, el proceso de flotación positiva ácida y la flotación inversa catiónica. Finalmente, se determinó que el proceso incluiría molienda continua, separación magnética de baja y alta intensidad, y flotación inversa aniónica. Las características de este proceso son las siguientes:

(1) La trituración continua evita el impacto negativo que se producía en la trituración por etapas debido a la gran fluctuación del volumen de retrituración;

(2) las separaciones magnéticas de baja y alta intensidad eliminan una gran cantidad de lodos primarios y secundarios de los productos de molienda, mejoran el grado de flotación y proporcionan buenas condiciones de proceso para la flotación inversa aniónica;

(3) Los separadores magnéticos de alta intensidad son el equipo ideal para la eliminación de residuos en el beneficio del mineral de hierro rojo, proceso que generó más de 60% de residuos, y la flotación inversa aniónica es una operación de concentración ideal para obtener concentrado de alta ley a partir del mineral de hierro rojo, que produce 100% de concentrado.

6.8 Fundición de concentrado de hierro

El producto final de una planta de tratamiento de mineral de hierro es el óxido de hierro, que debe someterse a un proceso adicional de fundición para obtener hierro y acero. El polvo fino de hierro no puede añadirse directamente al horno de fundición, sino que debe someterse previamente a un proceso de peletización o sinterización. El polvo de hierro puede obtenerse mediante sinterización directa, prensado con aglutinante o laminado en pequeñas bolas y posterior sinterización.

La fabricación de hierro consiste en la reducción del óxido de hierro a hierro. El concentrado de hierro se introduce en el alto horno junto con coque y piedra caliza. A alta temperatura, el hierro, parte del silicio y el manganeso presentes en el mineral se reducen mediante el coque para formar arrabio fundido con carbono, mientras que la ganga del mineral reacciona con la piedra caliza para formar escoria (fig. 6.8). Ambos salen por el orificio de colada y la salida de escoria del alto horno, respectivamente. El producto de la fabricación de hierro se denomina arrabio, que contiene más carbono y otras impurezas, y puede utilizarse para la fundición o la fabricación de acero. La reacción que tiene lugar en la fabricación de acero es una reacción de oxidación, también conocida como fundición por oxidación. En determinadas condiciones, el oxígeno reacciona con el silicio, el manganeso, el fósforo, el azufre y parte del hierro fundido presente en el arrabio para formar óxidos. La solubilidad y la densidad de estos óxidos en el acero fundido son

son pequeñas, y flotan en el acero fundido formando escoria. El acero fundido se vierte en lingotes, que posteriormente se moldean y se comercializan en la laminadora (taller).