Eisenerzaufbereitung: Wesentliche Prozesse und Techniken

Verfahren zur Aufbereitung von Eisenerzen

Eisen ist ein häufiges Element in der Erdkruste mit einem Durchschnittsgehalt von 2 % bis 3 % in Sedimentgesteinen bis zu 8,5 % in Basalt und Gabbro. Da Eisen in vielen Gebieten vorkommt, hat es einen relativ geringen Wert, sodass eine Lagerstätte einen hohen Metallgehalt aufweisen muss, um als abbauwürdig zu gelten. Typischerweise muss eine Lagerstätte mindestens 25 % Eisen enthalten, um als wirtschaftlich gewinnbar zu gelten.

Über 300 Minerale enthalten Eisen, aber fünf sind die primären Quellen für Eisenerz: Magnetit (Fe₃O₄), Hämatit (Fe₂O₃), Goethit (Fe₂O₃·H₂O), Siderit (FeCO₃) und Pyrit (FeS₂). Der Abbau von Eisenerzen erfordert Bohren, Sprengen, Brechen, Sieben und Mischen der Erze.

Brechen und Sieben sind integraler Bestandteil der Erzproduktionsanlagen. Das Brechen umfasst üblicherweise einen Primärbrecher und Sekundärbrecher im geschlossenen Kreislauf mit Schwingsieben. Die Geräteauswahl wird weitgehend durch die Bröckelbarkeit des Erzes bestimmt. Die meisten Siebvorgänge bei hochgradigen Erzen sind trocken, es sei denn, der Feinanteil kann durch Entschlammung effektiv aufbereitet werden.

Kategorien von Eisenerzen und ihre Verarbeitungsanforderungen

Eisenerzen lassen sich normalerweise in drei Kategorien einteilen:

• Direktversand- oder hochgradige Erze: Enthalten genug Eisen, um direkt in den Hochofen beschickt zu werden, und erfordern möglicherweise nur Brechen, Sieben und Mischen.
• Niedriggradige Handelszerze: Treten um die hochgradigen Erze herum auf, können gleichzeitig abgebaut werden und erfordern eine geringfügige Aufwertung durch Waschen zur Erhöhung des Eisengehalts.
• Niedriggradige Erze: Erfordern umfangreiches Brechen, Mahlen und Konzentrieren, um ein akzeptables Konzentrat zu erzeugen.

Die Erze dieser drei Kategorien haben völlig unterschiedliche Verarbeitungsanforderungen. Um ein einheitliches Produkt zu erhalten, werden Erze unterschiedlicher Gehalte, Zusammensetzungen und Größen meist gemischt.

Begriff der Aufbereitung

Der Begriff Aufbereitung (Benefiziation) im Zusammenhang mit Eisenerzen umfasst alle Methoden, die zur Verarbeitung von Erz eingesetzt werden, um dessen chemische, physikalische und metallurgische Eigenschaften so zu verbessern, dass es ein begehrterer Rohstoff für den Hochofen wird. Zu diesen Methoden gehören Brechen und Mahlen, Waschen, Filtration, Sortierung, Klassierung, Gravitationskonzentration, magnetische Trennung, Flotation sowie Agglomeration. Die Aufbereitung ergibt zwei Produkte: (i) ein Konzentrat und (ii) ein Taubes (Abraum), das verworfen wird.

Brechen und Mahlen

Die Aufbereitung beginnt mit Brechen und Mahlen sowie nasser oder trockener Klassierung der geförderten Erze zur Vorbereitung weiterer Schritte zur Erhöhung des Eisengehalts. Brechen und Mahlen ist ein mehrstufiger Prozess und kann trockenen oder nassen Erzzufuhr verwenden. Je nach Erzfestigkeit werden zwei, drei oder manchmal vier Brechstufen eingesetzt, um das Run-of-Mine (ROM) Erz auf die erforderliche Zufuhrgröße zu reduzieren. Primär- und Sekundärbrechung erfolgt normalerweise mit Kreisel- oder Kegelbrechern. Backenbrecher haben selten die Kapazität oder Haltbarkeit, um als Primärbrecher eingesetzt zu werden, es sei denn, das Erz ist außergewöhnlich weich. Tertiärbrechung auf eine Höchstkorngröße von 25 mm erfolgt üblicherweise mit Kurzkopfbrechern im geschlossenen Kreislauf mit Sieben. Typischerweise finden Primärbrechung, Sekundärbrechung und Sieben am Minenstandort statt.

Die Kapitalinvestitionen und Betriebskosten für Brechen und Mahlen sind erheblich. Daher spielt die Wirtschaftlichkeit eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des Einsatzes dieser Geräte und des Ausmaßes von Brechen und Mahlen für die weitere Aufbereitung. Weitere wichtige Faktoren sind die Wertkonzentration des Erzes, seine Mineralogie, Härte und Feuchtegehalt.

Nach dem initialen Brechen reduziert das Feinmahlen die Erzpartikel auf die Konsistenz feinen Pulvers (325 Mesh, 0,44 Mikrometer). Die Wahl des Mahlkreislaufs basiert auf Dichte und Härte des zu mahlenden Erzes. Obwohl der Einsatz von Stab- oder Kugelmühlen weit verbreitet ist, nutzen einige Anlagen autogene oder semi-autogene Mahlsysteme. Beim autogenen Mahlen dienen grobe Erzstücke selbst als Mahlgut in der Mahlmühle. Semi-autogene Verfahren verwenden Metallkugeln und/oder Stäbe, um die Mahlwirkung der Erzstücke zu ergänzen. Autogenes Mahlen eignet sich am besten für schwach zementierte Erze mit einigen harten Anteilen. Der Vorteil ist, dass es weniger kapital- und arbeitsintensiv ist. Semi-autogenes Mahlen macht einen Sekundärbrechkreislauf überflüssig. Stab- und Kugelverschleiß, der Hauptwartungskostenfaktor herkömmlicher Mühlen, entfällt bei dieser Methode.

Stabmühlen sind normalerweise für die Vermahlung von minus 35 mm Zufuhr auf minus 3 Mesh ausgelegt. Es sind Rohrmühlen mit einem Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis von 1,5 bis 2,0. Das Mahlgut sind Stahlstäbe bis zu 100 mm Durchmesser. Das Erz wird nass mit einem Feststoffgehalt von ca. 68 % bis 80 % gemahlen. Die Produktgröße wird durch Kombinationen von Zufuhrrate, Stabladung, Mühlendrehzahl, Schlammdichte und Viskosität gesteuert.

Kugelmühlen sind das Hauptmittel zur Feinmahlung von Eisenerzen. Sie sind Rohrmühlen wie Stabmühlen, aber meist mit einem kleineren Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis bis 1,5. Das Mahlgut sind Stahlkugeln statt Stäbe. Die Mahleffizienz wird stark von der Klassiereffizienz und den Betriebsparametern der Mühle wie Drehzahl, Mahlgutzuladung, Schlammdichte und Viskosität beeinflusst.

Kieselmühlen werden ebenfalls für Feinmahlung verwendet. Sie ähneln Kugelmühlen, werden aber mit 25 mm bis 100 mm Kieseln statt Stahlkugeln beschickt. Ihr Hauptvorteil ist, dass kein Stahlmahlgut benötigt wird und der Mühlenauskleidungsverschleiß reduziert wird. Sie haben jedoch normalerweise einen hohen Energieverbrauch.

Zwischen jedem Mahlschritt werden Hydrozyklone eingesetzt, um grobe und feine Partikel zu klassieren. Grobe Partikel werden zur weiteren Größenreduzierung in die Mahlmühle zurückgeführt. Das gemahlene Erz in Form eines Schlamms wird zum nächsten Aufbereitungsschritt gepumpt. Wenn das gemahlene Erz für Flotationsprozesse bestimmt ist, werden die chemischen Reagenzien normalerweise in diesem Stadium dem Schlamm zugesetzt.

Flotation

Flotation ist effektiv für die Konzentration feiner (minus 100 Mesh) Eisenerze. Der Flotationsprozess beruht darauf, dass bestimmte Reagenzien, die zu Wassersuspensionen fein gemahlenen Eisenerzes zugesetzt werden, entweder Eisenoxidmineralen oder Ganguepartikeln eine Affinität zu Luft verleihen. Die Minerale, die diese Affinität besitzen, haften an Luftblasen und steigen durch die Suspension auf, wo sie als Schaumprodukt abgeschöpft werden. Wichtige Faktoren für den Erfolg der Flotation sind Gleichmäßigkeit der Partikelgröße, Verwendung reagenskompatibler Erze und Wasserbedingungen, die die Anlagerung der Reagenzien an Erz oder Luftblasen nicht stören.

Normalerweise werden vier Arten chemischer Reagenzien in der Flotation verwendet:

• Sammler/Amine: Sie induzieren die bevorzugte Affinität zu Luft. Sie bewirken die Anlagerung fester Partikel an Luftblasen in der Flotationszelle.
• Schäumer: Sie bewirken stabile Blasen- oder Schaumbildung. Sie stabilisieren Luftblasen durch Verringerung der Oberflächenspannung, sodass wertvolles Material durch Abschöpfen vom Zellenoberrand gewonnen wird.
• Antischaummittel: Sie reagieren mit Partikeloberflächen in der Flotationszelle, um Materialien daran zu hindern, im Schaum zu verbleiben. Stattdessen sinken sie als Taubes zu Boden.
• Andere Substanzen: Sie werden zu Kontrollzwecken zugesetzt, z. B. pH-Einstellung, oder um bessere Dispergierung oder Flockung zu bewirken; bekannt als Modifikatoren, Dispergierer und Depressoren.

Wichtige Faktoren beim Konditionieren des Erzes für die Flotation mit chemischen Reagenzien sind gründliches Mischen und Dispergieren der Reagenzien im Schlamm, wiederholter Kontakt zwischen Reagenzien und allen relevanten Erzpartikeln sowie Zeit für die Entwicklung der Kontakte zwischen Reagenzien und Erzpartikeln zur Erzeugung der gewünschten Reaktionen.

Reagenzien können in verschiedenen Formen zugegeben werden: fest, nicht mischbare Flüssigkeit, Emulsion und wässrige Lösung. Die Reagenzienkonzentration wird während der Konditionierung normalerweise genau kontrolliert. Die Zugabe von mehr Reagenz als erforderlich kann die Reaktion verzögern und die Effizienz verringern.

Der aktuelle Trend geht zur Entwicklung größerer, energieeffizienterer Flotationszellen. Ein Schlamm aus gemahlenem Erz, Flotationsreagenzien und Wasser wird den Flotationszellen zugeführt. Typischerweise sind 10 bis 14 Zellen in einer Reihe von Rauh- zu Nachreinigungszellen angeordnet. Rauhzellen dienen der groben Trennung eisenhaltiger metallischer Minerale (Werte) vom Gangue. Nachreiniger gewinnen kleinere Mengen verbleibender Werte aus dem Schlamm. Der Schlamm bewegt sich von den Rauhzellen zu den Nachreinigern, während Werte entfernt werden. Konzentrate, die aus dem Schaum in den Rauh- und Nachreinigungszellen gewonnen werden, gelangen in Reinigungszellen, um das endgültige eisenhaltige metallische Mineralienkonzentrat zu produzieren.

Flotationssammler sind von zwei allgemeinen Typen: (i) anionisch und (ii) kationisch. Anionische Sammler ionisieren in Lösung so, dass die aktive Spezies (die sich an die positiv geladene Mineraloberfläche anlagert) negativ geladen ist. Umgekehrt ist die aktive ionische Spezies in kationischen Flotationssammlern positiv geladen.

Die Hauptanwendung anionischer Flotation ist das Abtrennen eisenhaltiger Minerale vom Gangue. Die häufigsten Sammler sind Fettsäuren oder Petroleumsulfonate. Heizöl wird oft zusammen mit den Sammlern zugesetzt, um die Rückgewinnung von Eisenoxidpartikeln feiner als etwa 10 Mikrometer zu fördern. Umgekehrt wird kationische Flotation verwendet, um Gangue von fein gemahlenem Roherz abzutrennen und kleine Mengen Gangue aus einigen Erzkonzentraten zu entfernen. Kationische Sammler sind primär aliphatische Amine oder Diamine, Beta-Amine oder Etheramine, meist in Acetatform.

Abfälle aus der Flotationszelle werden über den Taubesüberlaufwehr gesammelt. Je nach Schaumgrad wird er zur weiteren Rückgewinnung von Eisen recycelt oder als Taubes abgeleitet. Taubes enthalten verbleibendes Gangue, nicht zurückgewonnene Eisenminerale, chemische Reagenzien und Prozessabwasser. Im Allgemeinen gelangen Taubes in einen Eindicker, bevor sie in ein Taubesbecken geleitet werden. Der Feststoffgehalt des Schlamms variiert zwischen 30 % und 60 %. Nach dem Eindicken werden Taubes in ein Becken gepumpt und Feststoffe zur weiteren Aufbereitung zur Rückgewinnung verbleibender Werte recycelt, und geklärtes Wasser wird zum Brech- und Mahlprozess zurückgeführt. Im Taubesbecken setzen sich Feststoffe aus der Suspension ab, und die Flüssigkomponente wird zur Mahlmühle recycelt. Die in der Flotation verwendeten chemischen Reagenzien haften generell an den Taubespartikeln und verbleiben im Taubesbecken.

Eindicken/Filtrieren

Eindicker dienen dazu, den größten Teil der Flüssigkeit aus geschlammten Konzentraten und Abfallschlämmen (Taubes) zu entfernen. Eindicktechniken werden üblicherweise in zwei Phasen der Eisenerzproduktion eingesetzt: (i) Konzentrate werden eingedickt, um den Feuchtegehalt zu reduzieren und Wasser zurückzugewinnen, und (ii) geschlammte Taubes werden eingedickt, um Wasser zurückzugewinnen. Anlagen setzen meist mehrere Eindicker parallel ein.

Typischerweise verwenden Eisenerzbetriebe kontinuierliche Eindicker mit Rechenmechanismus zur Feststoffabfuhr. Mehrere Rechenvarianten werden in Eindickern eingesetzt. Beim Eindicken von Konzentraten wird der Unterlauf (Konzentrat) gesammelt und in einem Keramikscheiben-Vakuumfilter weiterbehandelt. Das Filter entfernt den größten Teil des verbleibenden Wassers aus dem Konzentrat. Die während des Eindickens abgetrennte Flüssigkomponente kann Flotationsreagenzien und/oder gelöste und schwebende Mineralprodukte enthalten. Die Flüssigkeit wird meist in ein Haltebecken recycelt, um im Mahlwerk wiederverwendet zu werden. Beim Eindicken von Konzentraten wird das resultierende Feststoffmaterial als endgültiges Konzentrat für Agglomeration und weitere Verarbeitung gesammelt. Eingedickte Taubes werden in ein Taubesbeckeningeleitet.

Gravitationskonzentration

Die Gravitationskonzentration wird häufig in der Aufbereitung von Hämatit-Eisenerzen eingesetzt. Diese Technologie dient dazu, leichteres Gangue vom schwereren Wertmineral zu suspendieren und abzutrennen. Der Trennprozess basiert primär auf Unterschieden in den spezifischen Gewichten der Materialien und der Partikelgröße. Wertminerale können trotz Dichteunterschieden zusammen mit dem Gangue (Taubes) verloren gehen, wenn die Partikelgrößen variieren. Aus diesem Problem heraus müssen Partikelgrößen durch Klassierer (wie Siebe und Hydrozyklone) einheitlich gehalten werden. Historisch wurden drei Gravitationstrennmethoden für Eisenerz genutzt: (i) Waschen, (ii) Jiggen und (iii) Schwermedientrenner. Spiralen und Reichert-Kegel sind zwei weitere Methoden der Gravitationstrennung.

Abfälle aus der Gravitationskonzentration sind Taubes bestehend aus Gangue in Form grob- und feinkörniger Partikel und Prozesswasser. Dieses Material wird als Schlamm in ein Taubesbecken gepumpt. Der Feststoffgehalt des Schlamms variiert je nach Betrieb zwischen 30 % und 60 %. Nach der Feststoffabscheidung im Taubesbecken kann das Taubeswasser recycelt oder abgeleitet werden.

Waschen

Waschen ist der einfachste Eisenerzkonzentrationsprozess, der die hohe spezifische Dichte und die vergleichsweise grobe Größe der eisenhaltigen Minerale nutzt, um sie vom feineren, leichteren, kieselsäurehaltigen Gangue (vorwiegend Quarz und Tonminerale) zu trennen. Das Erz wird durch Brechen in ein oder zwei Stufen auf eine Größe feiner als 50 mm für das Waschen vorbereitet. Das zerkleinerte Erz wird in Trogwäscher geführt. Die intensive Bewegung des Erzes durch die Schaufeln (ähnlich einem modernen Pugmill) in Kombination mit gegenströmendem Wasser zerkleinert und entfernt den feinen Quarz effizient und hinterlässt ein grobes, eisenreiches Restprodukt. Der Trogwäscherüberlauf wird oft in Rechen- oder Spiralklassierern nachbehandelt, um zusätzliches Feineisen zurückzugewinnen. Einige Waschanlagen setzen Spiralklassierer in ein oder zwei Stufen ohne Trogwäscher bei Erzen mit minimalem klebrigem Tongangue ein. Gehinderte Absetzklassierer verschiedener Typen werden ebenfalls manchmal zur Rückgewinnung von Feineisen verwendet.

Jiggen

Jiggen ist eine komplexere Form der Aufbereitung als einfaches Waschen und wird bei härteren Erzen eingesetzt, die zerkleinert werden müssen, um ganguereiche Schichten aufzubrechen. Jigs für die Eisenerzaufbereitung sind im Grunde horizontale Siebe, die ein Erzbett von 150 mm bis 250 mm Tiefe tragen. Das Erz wird an einem Ende zugeführt und durch die Pulsaktion von Wasser geschichtet, entweder verursacht durch eine oszillierende Pumpe oder durch physisches Auf-und-Ab-Bewegen des Jigsiebs selbst. Während das Erz den Deck entlang bewegt, erlaubt die Pulsaktion leichteren Partikeln, sich an die Bettsoberfläche zu arbeiten, während sich die schwereren eisenreichen Partikel an der Basis absetzen. Die beiden Produkte werden am Ende des Jigs getrennt: leichtere Partikel über den Auslaufwehr, Eisenerzkonzentrat unter dem Boden. Eisenerz-Jigs arbeiten am besten bei Partikeln von 1 mm bis 25 mm.

Schwermedientrennung

Schwermedientrennvorrichtungen wurden in den 1950er Jahren als effektivere Alternative zum Jiggen für die Aufwertung von Eisenerzen entwickelt. Schwermedientrennprozesse arbeiten nach dem Sink-Schwimm-Prinzip. Eine Suspension von feinem (minus 200 Mesh) Ferrosilicium in Wasser erzeugt ein Fluidmedium mit einem spezifischen Gewicht von etwa 3,0. Kieselsäurereiche Partikel mit einem spezifischen Gewicht von etwa 2,6 schwimmen auf der Oberfläche eines solchen Mediums, während die dichteren und schwereren Eisenerzpartikel mit einem spezifischen Gewicht über 4,0 zu Boden sinken. Das konventionelle Medium für die Konzentration von Groberz ist Ferrosilicium mit 15 % Silicium und 85 % Eisen. Wassersuspensionen mit 64 % bis 85 % fein gemahlenem Ferrosilicium haben spezifische Gewichte von 2,2 bis 3,6.

Trenngefäße für Groberz (plus 9 mm) sind häufig Spiral-, Rechen- oder Trommelklassierer. Erz feiner als 9 mm und gröber als 3 mm kann in Schwermedienzyklonen getrennt werden, wo hohe Gravitationskräfte das Absinken der schweren Eisenerzpartikel beschleunigen. Fein gemahlener Magnetit wird für das Schwermedium in Zyklonabscheidern verwendet anstelle von Ferrosilicium. Die Dynamik des Zyklons erzeugt die erforderliche Dichte und Mediumfluidität trotz des geringeren spezifischen Gewichts von Magnetit. Zudem sind die Kosten für Magnetit viel geringer als für gemahlenes Ferrosilicium.

Das Medium (Ferrosilicium und Magnetit) wird von Sink- und Schwimmprodukten auf feinen Sieben mit Waschmulden und Wassersprühen abgewaschen und aus dem Waschwasser mit Magnetabscheidern zurückgewonnen und recycelt.

Spiralen

Die Spirale, ursprünglich für die Behandlung von Strand­sanden entwickelt, wird in der Eisenerzkonzentration zur Behandlung von minus 6 Mesh (3,36 mm) bis 100 Mesh (0,149 mm) Erzen eingesetzt. Die Effizienz unter 100 Mesh nimmt rapide ab, und Spiralen sind bei feineren Materialien unwirksam. Spiralen werden normalerweise bei einer Schlammdichte von 25 % bis 30 % Feststoffen betrieben.

Spiralen werden weitläufig für die ergänzende Rückgewinnung von Feineisen aus Handelserzarten eingesetzt und sind das primäre Konzentrationsgerät für spekulären Hämatit der Labrador-Mulde und ähnlicher Erze, die durch Mahlen nicht feiner als 20 Mesh befreit werden können.

Spiralkonzentratoren sind Fließfilm-Trennvorrichtungen. Der allgemeine Betrieb ist ein kontinuierlicher gravitativer laminarer Fluss entlang einer geneigten Fläche. Der Trennmechanismus umfasst primäre und sekundäre Strömungsmuster. Der Primärfluss ist im Wesentlichen der Schlamm, der unter Schwerkraft den Spiraltrog hinabfließt. Das sekundäre Strömungsmuster ist radial über den Trog. Hier bewegen sich die oberen Fluids chichten mit höherdichten Partikeln vom Zentrum weg, während die unteren Konzentratschichten mit höherdichten Partikeln zum Zentrum hin wandern. Spiralen erfordern Wasserzugabe an verschiedenen Stellen entlang der Spirale, um das Waschen des Eisenerzes zu unterstützen, d. h. das Abtransportieren des leichten Gangues vom dichten Erz. Die Menge des Waschwassers und seine Verteilung entlang des Spiraltrogs können an die Betriebsanforderungen angepasst werden. Punktsteuerung minimiert den Gesamtwasserbedarf, indem Wasser effizient in den fließenden Schlamm am effektivsten Winkel geleitet wird.

Der Spiralkonzentrator ist ein gekrümmter Trog, der um eine vertikale Achse in Form einer Helix gewickelt ist. Wenn er oben mit einem Schlamm aus Eisenerz und Gangue beschickt wird, wird das weniger dichte Gangue, das leichter vom Wasser suspendiert wird, eine größere Tangentialgeschwindigkeit als die Eisenminerale erreichen und zum äußeren Rand des SpiralTrogs migrieren. Waschwasser, das entlang des inneren Randes zugegeben wird, hilft, das leichtere Gangue wegzuwaschen. Nach wenigen Windungen bildet sich ein Band aus Eisenmineral entlang des inneren Randes, und das Gangue bildet Bänder in Richtung des äußeren Randes. Entnahmeöffnungen sind entlang des inneren Randes angeordnet, um die Eisenminerale zu sammeln und abzuleiten. Das Gangue verbleibt in der Spirale und wird am Boden ausgetragen.

Reichert-Kegel

Die Hauptvorteile des Reichert-Kegels sind Kapazität und die Fähigkeit, feine Schwerminerale effizient bis etwa 325 Mesh zurückzugewinnen, feiner als mit Spiralen erreichbar. Ein einzelner Reichert-Kegel hat eine Kapazität von bis zu 100 Tonnen pro Stunde und kann effektiv zur Rückgewinnung von spekulären Hämatitfeinstäuben eingesetzt werden.

Der Reichert-Kegel ist ein Fließfilmkonzentrator. Die dichteren Partikel konzentrieren sich am Boden eines fließenden Films aus Schlamm mit einem Feststoffgehalt von etwa 60 % nach Gewicht. Der Trennmechanismus ist eine Kombination aus gehindertem Absinken der dichten Partikel und interstitiellem Trickeln der Feinpartikel. Das Trennelement in der Reichert-Einheit ist ein nach innen geneigter Kegel mit 1,9 m Durchmesser. Der Vorschlamms wird gleichmäßig am Rand des Kegels verteilt. Während der Schlamm schwerkraftbedingt zum Zentrum fließt, konzentrieren sich die feinen und schweren Partikel am Boden und werden durch einen ringförmigen Schlitz nahe der Kegelspitze entfernt. Das Taubes fließt über den Schlitz und wird an der Spitze oder im Zentrum des Kegels gesammelt. Da die Effizienz dieses Trennprozesses relativ gering ist, wird er innerhalb einer einzelnen gestapelten Anordnung von Kegeln mehrmals wiederholt, um die Rückgewinnung zu erhöhen. Im Allgemeinen wird das höchstgradige Konzentrat im primären Trennkegel produziert.

Magnetische Trennung

Magnetische Trennung wird normalerweise verwendet, um natürliches magnetisches Eisenerz (Magnetit) von einer Vielzahl weniger magnetischer oder nichtmagnetischer Materialien zu trennen. Bei der magnetischen Trennung geht ein erheblicher Prozentsatz der aufzubereitenden Eiseneinheiten in die Taubes verloren, da Hämatit nur schwach magnetisch ist.

Magnetische Trennung wird entweder in trockener oder nasser Umgebung durchgeführt. Nasse Systeme sind häufiger. Die magnetische Trennung von Eisenerzen kann als niedrig- oder hochintensiv kategorisiert werden. Niedrigintensivseparatoren nutzen Magnetfelder zwischen 1.000 und 3.000 Gauss. Die Niedrigintensivtechnik wird normalerweise bei Magnetit-Erz angewendet und ist eine kostengünstige und effektive Trennmethode. Sie erfasst nur hochmagnetisches Material (Magnetit). Hochintensivseparatoren erzeugen Felder bis zu 20.000 Gauss. Dieses Verfahren wird verwendet, um schwach magnetische Eisenminerale (Hämatit) von nichtmagnetischem oder weniger magnetischem Gangue zu trennen. Weitere wichtige Faktoren für die Wahl des magnetischen Separatorsystems sind Partikelgröße und Feststoffgehalt der Erzschlammzufuhr.

Mehrere magnetische Trenntechnologien werden eingesetzt:

• Nasse und trockene Niedrigintensiv-Magnettrennung (LIMS)
• Hochgradienten-Magnettrennung (HGMS)
• Nasse Hochintensiv-Magnettrennung (WHIMS)
• Rollenmagnetabscheider für schwach magnetische Erze
• Induktionsrollen-Magnettrennung (IRMS) zur Konzentration trockener Erze

Weitere Mechanismen umfassen Magnetrollen, induzierte Rollabscheider, Querriemenabscheider und Ringtypabscheider.

Typischerweise umfasst die magnetische Trennung drei Trennstufen: (i) Vorbereinigung (Cobbing), (ii) Reinigung/Rauhreinigung und (iii) Feinreinigung (Finishing). Jede Stufe setzt mehrere Trommeln in Reihe ein, um die Trenneffizienz zu erhöhen. Jede nachfolgende Stufe arbeitet an feineren Partikeln als Ergebnis der Entfernung übergroßer Partikel in früheren Trennungen. Vorbereiniger arbeiten an größeren Partikeln (9 mm) und weisen etwa 40 % der Zufuhr als Taubes ab. Niedrigintensive Trockentrennung wird manchmal in der Vorbereinigungsstufe eingesetzt. Reiniger oder Nachreiniger arbeiten an Partikeln im Bereich von 48 Mesh (0,32 mm) und entfernen nur 10 % bis 15 % der Zufuhr als Taubes. Schließlich arbeiten Feinreiniger an Erzpartikeln kleiner als 100 Mesh (0,149 mm) und entfernen die verbleibenden 5 % Gangue. Dies ist auf die hochkonzentrierte Natur der Zufuhr in dieser Stufe zurückzuführen.

Niedrigintensive Nassverfahren umfassen typischerweise Förderbänder und Trommelabscheider mit Permanentmagneten und werden hauptsächlich bei Erzpartikeln von 9 mm Größe oder kleiner eingesetzt. Dabei wird das Erz über ein Förderband in den Abscheider geführt, wo Magnetitpartikel an den Trommelseiten angezogen und gehalten werden, bis sie aus dem Magnetfeld ausgetragen und in einen entsprechenden Konzentratbehälter überführt werden. Das nichtmagnetische oder weniger magnetische Gangue verbleibt und wird in ein Taubesbecken geleitet. In einigen Betrieben sind mehrere Trommeln in Reihe geschaltet, um die Rückgewinnung zu maximieren.

Hochintensive Nassabscheider erzeugen hohe magnetische Feldgradienten durch eine Matrix aus geformten Eisenstücken, die als Sammelstellen für paramagnetische Partikel dienen. Diese Formen können Kugeln, Stäbe, genutete Platten, expandiertes Metall und Fasern umfassen.

Die primären Abfälle dieses Verfahrens sind Taubes bestehend aus Gangue in Form grob- und feinkörniger Partikel sowie Abwasserschlamm bei Nassabscheidung. Partikuläre Abfälle aus Trockentrennung können ebenfalls verschlammt werden. Nach Feststoffabscheidung in einem Eindicker oder Absetzbecken werden Feststoffe in ein Taubesbecken verbracht und die Flüssigkomponente kann in die Mühle recycelt oder abgeleitet werden, sofern Wasserqualitätskriterien erfüllt sind.

Nasse Hochintensiv-Magnettrennung (WHIMS) wurde entwickelt, um nicht-magnetische Eiseneinheiten zurückzugewinnen. Sie kann effektiv über einen weiten Partikelgrößenbereich von 10 Mesh (2 mm) bis 500 Mesh angewendet werden, abhängig von der verwendeten Matrix. WHIMS-Anwendungen umfassen Rückgewinnung von Eisen aus natürlichen Erzfeinstäuben, Aufwertung von Spiral-Konzentraten und Rückgewinnung von Hämatit aus Taubes. Bei der nassen Hochintensiv-Magnettrennung (WHIMS) erzeugen Elektromagnete ein sehr starkes Magnetfeld, das auf eine Matrix aus Stahlkugeln, genuteten Platten, Stahlwolle oder expandiertem Metall angewendet wird. Die Matrix befindet sich in einem Ring, der zwischen den Hochintensivmagneten rotiert. Der Erzschlamm wird an einem Punkt eingeführt, an dem die Matrix im Feld ist. Die hohen magnetischen Gradienten um die Matrix halten den Hämatit zurück, während das Gangue durchgewaschen wird. Das Hämatitkonzentrat wird freigesetzt und ausgetragen, sobald die Matrix das Magnetfeld verlässt.

Abb. 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Spirale und einer WHIMS.

Abb. 1 Schematisches Diagramm einer Spirale und einer WHIMS