Procédé d'enrichissement pour d'autres Minéraux ferreux

La spécularite présente un magnétisme faible, avec une susceptibilité magnétique d’environ 3,7 × 10⁻³ m³/g, ce qui la place parmi les minéraux à magnétisme faible les plus magnétiques ; elle contient souvent des inclusions de magnétite microgranulaires. La spécularite présente une dureté de Mohs comprise entre 5 et 6, et une densité de 5 à 5,3 g/cm³. Elle est difficile à enrichir. La valorisabilité de la spécularite est similaire à celle de l’hématite et sa méthode de traitement est fondamentalement la même. Les procédés courants comprennent la calcination et la séparation magnétique, le procédé combiné de séparation magnétique à haute intensité et de flottation, ainsi que le procédé combiné de concentration par gravité et de séparation magnétique.

La limonite présente une faible lavabilité par rapport aux autres minerais de fer. Sa densité et son magnétisme sont inférieurs à ceux de la magnétite, de l’hématite ou de la spécularite, et sa tendance à former facilement des boues détériore son indice d’enrichissement. En raison de la présence d’eau de cristallisation, il est très difficile d’atteindre une teneur de concentré de 60% par enrichissement physique, mais la teneur du concentré peut être considérablement augmentée après calcination en raison de l’importante perte au feu. La limonite à haute teneur est principalement utilisée pour le mélange de frittage, tandis que la limonite à faible teneur (TFe < 35%) a une utilisation assez limitée, ne permettant d’obtenir qu’une augmentation de teneur de 8% à 10% après enrichissement. Pour les limonites à forte teneur en fer et présentant une bonne lavabilité, on peut recourir à un procédé d’enrichissement unique, comprenant la séparation par gravité, la séparation magnétique à haute intensité et la flottation, ou à des procédés combinés, notamment le procédé de grillage et de séparation magnétique, le procédé de flottation et de séparation magnétique à haute intensité, ainsi que le procédé de séparation par gravité et de séparation magnétique à haute intensité, etc. Dans la concentration par gravité de la limonite, le lavage, le jigage et la séparation par milieu lourd peuvent être utilisés pour les particules grossières, tandis que les concentrateurs à spirale ou les tables vibrantes peuvent être utilisés pour les particules fines. La flottation de la limonite peut être une flottation positive ou une flottation inverse. Elle est fortement affectée par les boues, ce qui rend nécessaire un déslimage avant la flottation. Les collecteurs anioniques utilisés pour la limonite comprennent l’acide stéarique, l’acide oléique, les alkylsulfonates et les alkylsulfates, tandis que les collecteurs cationiques comprennent les alkylamines et les sels d’ammonium quaternaire. Lors de la calcination magnétique, la limonite est d’abord déshydratée à une température comprise entre 300 et 400 ℃, puis la calcination magnétique commence à une température comprise entre 700 et 850 ℃. Les réducteurs utilisés peuvent être des gaz tels que l’H₂ et le CO ou des solides tels que le C.

La sidérite présente une densité comprise entre 3,7 et 4,0 g/cm³, inférieure à celle des autres minéraux ferreux. Elle est faiblement magnétique et nécessite une intensité de champ très élevée. De plus, la plupart des minerais de sidérite sont difficiles à enrichir, car ils sont généralement finement disséminés, présentent une composition complexe et une faible teneur. À l’heure actuelle, une partie du minerai riche a été utilisée pour la fonte du fer et la production d’acier, ce qui représente moins de 10% des réserves totales de sidérite, tandis que la majeure partie du minerai pauvre n’a pas été exploitée. La plupart du minerai qui a été utilisé est associé à de la magnétite et de l’hématite. La sidérite peut être calcinée à une température comprise entre 600 et 900 ℃, puis traitée par séparation magnétique. Elle peut également être traitée par séparation à haute intensité à l’aide de séparateurs magnétiques Shp ou supraconducteurs présentant une induction magnétique de 1,5 à 2,5 T. La flottation peut être utilisée après la séparation magnétique à l’aide de collecteurs cationiques.

Procédé d'enrichissement de la magnétite dans la mine de fer de Sijiaying

6.6.1 Nature et structure de Minerais de fer

La mine de fer de Sijiaying est l'une des trois plus grandes mines de fer de Chine et la deuxième plus grande d'Asie. Ses réserves s'élèvent à 2,0 milliards de tonnes de minerai de magnétite et à 0,3 milliard de tonnes de minerai oxydé.

L'exploitation minière se déroule en deux phases. Au cours de la première phase, les chantiers n° 2 et n° 3 ont été exploités. Le chantier n° 2 est une exploitation à ciel ouvert d'une capacité de 6 millions de tonnes par an. Le front n° 3 est exploité en souterrain, avec une capacité de 1 million de tonnes par an. Au cours de la deuxième phase du projet, le front n° 1 sera exploité à ciel ouvert, avec une capacité de 15 millions de tonnes par an, dont 4 millions de tonnes de minerai oxydé et 11 millions de tonnes de magnétite primaire.

La mine de fer de Sijiaying appartient à un gisement de fer sédimentaire métamorphique de type Anshan. Le minerai de cette zone est principalement constitué de quartzite à magnétite, tandis que la zone d’oxydation superficielle est principalement constituée de quartzite à hématite. La composition minérale du minerai est relativement simple : elle se compose principalement de magnétite et de pseudo-hématite, suivies de l’hématite. Les minéraux de gangue sont principalement du quartz, suivi de l'actinolite, de la trémolite et d'une petite quantité d'hornblende et de pyroxène ; les minéraux en traces sont l'apatite, la pyrite, la chalcopyrite, etc. On observe en outre la présence de chlorite, de carbonate et de biotite, ainsi que d'autres minéraux issus d'une altération ultérieure.

La structure de base du minerai se caractérise par la présence de veines parallèles noires et blanches formées par le minéral ferreux et le quartz ; les veines de quartz mesurent au maximum 1 à 3 mm, mais on observe également de fines veines de moins de 1 mm et des bandes de plus de 5 mm.

6.6.2 Procédé d'enrichissement de la magnétite primaire

Le minerai brut est broyé dans un circuit de concassage en trois étapes, la dernière étape étant suivie d'une préconcentration en circuit fermé par un séparateur à sec. Dans la première phase du projet, un concasseur giratoire hydraulique est utilisé pour le concassage primaire, tandis qu'un concasseur à cône hydraulique est utilisé respectivement pour les concassages secondaire et tertiaire. Les granulométries maximales des produits issus des concassages primaire, secondaire et tertiaire sont respectivement de 230 mm, 70 mm et 12 mm. Deux cribles vibrants à mouvement circulaire sont utilisés pour fermer le circuit de concassage, et les matériaux de granulométrie inférieure à 12 mm issus des cribles sont acheminés vers l'atelier de séparation magnétique à sec. Au cours de la deuxième phase du projet, les matériaux de 50 à 6 mm issus du concassage secondaire sont broyés lors du concassage tertiaire par deux broyeurs à rouleaux haute pression, et les matériaux de moins de 6 mm sont acheminés vers la trémie de minerai fin de l’atelier principal. La magnétite primaire présente une teneur initiale de 26,83%. Un procédé complet de séparation magnétique avec broyage par étapes est utilisé. Dans la première phase, des séparateurs à tambour de 1 800 gauss sont utilisés pour les trois premières étapes, et leur concentré est acheminé vers des colonnes magnétiques. Au cours de la première phase, les colonnes magnétiques produisent le concentré final. En raison de la forte intensité de champ de la séparation magnétique en trois étapes, la teneur du concentré n’est que d’environ 62% à 63%, et la capacité de la colonne magnétique est insuffisante, ce qui se traduit par une faible teneur du concentré final. Au cours de la deuxième phase, le concentré et les résidus des colonnes magnétiques sont respectivement soumis à une quatrième séparation magnétique et à une séparation magnétique condensée, et la teneur du concentré atteint 66,00%. L’ensemble du processus de séparation magnétique est illustré à la figure 6.6.

6.6.3 Procédé d'enrichissement du minerai oxydé

Le minerai oxydé de la mine de fer de Sijiaying est broyé dans un circuit de concassage en trois étapes, dont la dernière est en circuit fermé, puis enrichi selon un procédé combiné comprenant un broyage par paliers, un calibrage, une concentration par gravité des particules grossières, une séparation magnétique des particules fines et une flottation inverse anionique. La taille maximale des particules du minerai brut est de 1 000 mm. Dans la première phase du projet, un concasseur giratoire hydraulique est utilisé pour le concassage primaire, et cinq concasseurs à cône hydrauliques sont utilisés pour les concassages secondaire et tertiaire. Les granulométries maximales issues des concassages primaire, secondaire et tertiaire sont respectivement de 280 mm, 70 mm et 12 mm. Dans la deuxième phase du projet, les matériaux de 50 à 6 mm issus du concassage secondaire sont broyés lors du concassage tertiaire par deux broyeurs à rouleaux haute pression, et les matériaux de moins de 6 mm sont acheminés vers le silo de minerai fin de l’atelier principal. Le minerai d’oxyde partage le même système de concassage que la magnétite primaire au cours de la deuxième phase.

Au cours de la première phase, le broyage se déroule en trois étapes : deux circuits de broyage en circuit fermé sont mis en œuvre avant la concentration, et un condensateur est utilisé avant la flottation. Dans la deuxième phase, comme le montre la figure 6.7, le broyage se déroule en deux étapes, avec un circuit fermé avant la concentration ; l'utilisation d'un condensateur n'est pas nécessaire avant la flottation. Les autres parties du schéma de traitement des deux phases sont pratiquement identiques. Le minerai oxydé concassé subit un broyage en circuit fermé, puis est classé par des groupes d’hydrocyclones. Les matières grossières, c’est-à-dire le fond des hydrocyclones, sont acheminées vers un circuit de concentration par gravité, où des spirales sont utilisées pour produire le concentré final au terme d’une opération de dégrossissage et d’un nettoyage. Les minéraux ferreux présents dans les résidus des spirales sont ensuite récupérés à l’aide de séparateurs magnétiques de faible et moyenne intensité, puis rebroyés et renvoyés vers

les hydrocyclones situés en amont du séparateur à spirale de pré-concentration. La séparation magnétique à faible et à forte intensité permet de récupérer les minéraux ferreux contenus dans les matières fines, c'est-à-dire le débord de l'hydrocyclone, et de les acheminer vers le circuit de flottation afin d'obtenir le produit final. Le circuit de flottation comprend une opération de pré-concentration, une opération de nettoyage et deux opérations de purification. Les résidus provenant des séparateurs à intensité moyenne et élevée sont évacués sous forme de résidus finaux.

Dans le processus de flottation, le NaOH, l'amidon, le CaO et le GK68 ont été utilisés respectivement comme régulateur de pH, dépresseur des minéraux ferreux, activateur du quartz et collecteur. Compte tenu de la présence de Ca²⁺ dans l’eau de circulation, l’utilisation du CaO a été progressivement arrêtée. Grâce à l’optimisation des paramètres de flottation, des canalisations et de la disposition des machines de flottation, la teneur du concentré de flottation est passée de 65,711 TP3T à 67,511 TP3T, et la teneur des résidus a diminué, passant de 18,51% à 16,94%.

Les principaux équipements utilisés dans le processus de broyage et d'enrichissement au cours de la deuxième phase sont répertoriés dans le tableau 6.2.

Tableau 6.2 : Équipements de broyage et d'enrichissement de la magnétite primaire utilisés dans la mine de fer de Sijiaying

6.7 Procédés d'enrichissement à l'usine de concentration de Diaojuntai

Le concentrateur de Diaojuntai, appartenant à ANSTEEL GROUP CORPORATION, est le plus grand concentrateur de minerai de fer rouge de Chine. Il est conçu pour traiter 9 millions de tonnes de minerai de fer par an et produire 3 millions de tonnes de concentré de fer par an. Mise en service en 1998, elle a atteint en 2003 des indicateurs techniques de 6,77 millions de tonnes de minerai brut traité et 2,63 millions de tonnes de concentré produit. La teneur d’alimentation, la teneur du concentré et la teneur des résidus sont respectivement de 29,861 TP3T, 67,541 TP3T et 8,311 TP3T. Le taux de récupération du métal s’élève à 82,321 TP3T. Le bénéfice économique annuel dépasse les 400 millions de yuans, ce qui la place parmi les leaders mondiaux.

Le procédé comprend une séparation magnétique à faible intensité, une séparation magnétique à haute intensité et une flottation. Les combinaisons de procédés de séparation magnétique et de différentes techniques de flottation ont fait l'objet de comparaisons approfondies, notamment la flottation inverse anionique, la flottation positive acide et la flottation inverse cationique. Finalement, il a été décidé que le procédé comprendrait un broyage en continu, une séparation magnétique à faible et à haute intensité, ainsi qu’une flottation inverse anionique. Les caractéristiques de ce procédé sont les suivantes :

(1) le broyage en continu permet d'éviter les effets négatifs observés lors du broyage par étapes, dus aux fortes fluctuations du volume de rebroyage ;

(2) les séparations magnétiques à faible et à forte intensité permettent d'éliminer une grande partie des boues primaires et secondaires présentes dans les produits de broyage, d'améliorer le rendement de la flottation et d'assurer de bonnes conditions de traitement pour la flottation inverse anionique ;

(3) Les séparateurs magnétiques à haute intensité constituent l'équipement idéal pour l'élimination des résidus issus de l'enrichissement du minerai de fer rouge, qui a généré plus de 60% de résidus, et la flottation inverse anionique est une opération de concentration idéale pour obtenir un concentré à haute teneur à partir du minerai de fer rouge, qui produit 1 001 TP3T de concentré.

6.8 Fusion du concentré de fer

Le produit final d'une usine de traitement du minerai de fer est l'oxyde de fer, qui doit ensuite être fondu pour obtenir du fer et de l'acier. La poudre de fer fine ne peut pas être introduite directement dans le haut-fourneau, mais doit être préalablement granulée ou frittée. La poudre de fer peut être obtenue par frittage direct, par compression avec un liant, ou en formant de petites boulettes avant de les fritter.

La fabrication du fer consiste à réduire l'oxyde de fer en fer. Le concentré de fer est chargé dans le haut fourneau avec du coke et du calcaire. À haute température, le fer, ainsi qu’une partie du silicium et du manganèse présents dans le minerai, sont réduits par le coke pour former de la fonte brute en fusion contenant du carbone, tandis que la gangue du minerai réagit avec le calcaire pour former du laitier (fig. 6.8). Ces deux produits s’écoulent respectivement par le trou de coulée et la sortie de laitier du haut-fourneau. Le produit de la fabrication du fer est appelé fonte brute ; celle-ci contient davantage de carbone et d’autres impuretés, et peut être utilisée pour la fonderie ou la fabrication de l’acier. La réaction qui se produit lors de la fabrication de l’acier est une réaction d’oxydation, également appelée fusion par oxydation. Dans certaines conditions, l’oxygène réagit avec le silicium, le manganèse, le phosphore, le soufre et une partie du fer fondu présent dans la fonte brute pour former des oxydes. La solubilité et la densité de ces oxydes dans l’acier fondu sont

de petite taille, elles remontent à la surface de l'acier en fusion et forment des scories. L'acier en fusion est coulé en lingots, qui sont ensuite façonnés et commercialisés par le laminoir (atelier).