در ارزیابی کنسانتره سنگ‌آهن، درصد Fe اولین عددی است که توجه خریدار را جلب می‌کند. با این حال، سیلیس کنسانتره سنگ آهن می‌تواند به همان اندازه بر کیفیت و ارزش محصول اثر بگذارد. افزایش SiO2، حجم مواد باطله و سرباره را بالا می‌برد و می‌تواند هزینه گندله‌سازی، احیا و فولادسازی را افزایش دهد. به همین دلیل، کنترل هم‌زمان Fe و SiO2 به یکی از مهم‌ترین معیارهای کیفیت کنسانتره تبدیل شده است.
کنسانتره با عیار آهن بالا الزاماً محصول باکیفیتی نیست. مقدار سیلیس، آلومینا، فسفر، گوگرد، رطوبت و دانه‌بندی نیز باید در محدوده مشخصی قرار داشته باشد.
در این میان، کنترل سیلیس کنسانتره سنگ آهن اهمیت ویژه‌ای دارد. زیرا بخش عمده SiO2 همراه کانی‌های باطله وارد خوراک می‌شود و در صورت جدایش ناکافی، در محصول نهایی باقی می‌ماند.
چرا سیلیس کنسانتره سنگ آهن مهم است؟
سیلیس کنسانتره سنگ آهن یکی از مهم‌ترین اجزای باطله در بسیاری از ذخایر سنگ‌آهن است.
اگر مقدار SiO2 در کنسانتره افزایش پیدا کند، سهم ماده غیرآهنی محصول بیشتر می‌شود. در نتیجه، فولادساز باید مقدار بیشتری از این ماده را در قالب سرباره از فرآیند خارج کند.
افزایش سرباره نیز می‌تواند مصرف انرژی، مواد کمک‌ذوب و ظرفیت عملیاتی را تحت تأثیر قرار دهد.
بنابراین کیفیت کنسانتره تنها به درصد آهن وابسته نیست. محصول مطلوب باید هم Fe بالا و هم ناخالصی پایین داشته باشد.
Fe بالا همیشه نشانه کیفیت نیست
دو کنسانتره را با عیار آهن مشابه در نظر بگیرید.
ممکن است هر دو دارای ۶۶ درصد Fe باشند، اما یکی ۲ درصد SiO2 و دیگری ۵ درصد سیلیس داشته باشد.
در چنین شرایطی، ارزش فنی این دو محصول یکسان نیست.
کنسانتره دارای سیلیس کمتر، مواد باطله کمتری وارد مراحل پایین‌دستی می‌کند. بنابراین، مقدار ناخالصی سنگ آهن در تعیین ارزش واقعی محصول اهمیت زیادی دارد.
به همین دلیل، بررسی هم‌زمان Fe و SiO2 تصویر دقیق‌تری از کیفیت محصول ارائه می‌دهد.
سیلیس از کجا وارد کنسانتره می‌شود؟
در بسیاری از کانسنگ‌های آهن، مگنتیت یا هماتیت در کنار کوارتز و سایر کانی‌های سیلیکاته قرار دارند.
اگر فرآیند خردایش و آسیاکنی نتواند این کانی‌ها را به اندازه کافی آزاد کند، بخشی از سیلیس همراه کانی آهن وارد کنسانتره می‌شود.
برای مثال، یک ذره ممکن است هم مگنتیت و هم کوارتز داشته باشد. جداکننده مغناطیسی این ذره را جذب می‌کند، اما کوارتز موجود در آن نیز وارد محصول خواهد شد.
بنابراین کاهش سیلیس کنسانتره سنگ آهن از مرحله آزادسازی کانی آغاز می‌شود.
نقش آسیاب در کنترل سیلیس
آسیاکنی باید کانی آهن را از باطله آزاد کند.
اگر خوراک کمتر از حد لازم آسیاب شود، مقدار ذرات مرکب افزایش پیدا می‌کند. این موضوع باعث می‌شود SiO2 بیشتری همراه کنسانتره باقی بماند.
از سوی دیگر، آسیاکنی بیش از حد نیز مناسب نیست.
تولید بیش از حد ذرات بسیار ریز می‌تواند عملکرد فلوتاسیون، آبگیری و سایر مراحل فرآوری را مختل کند.
بنابراین کارخانه باید به اندازه آزادی مناسب برسد؛ نه اینکه صرفاً محصول را تا حد ممکن ریز کند.
سیلیس چگونه کیفیت کنسانتره را کاهش می‌دهد؟
افزایش SiO2 فقط باعث کاهش نسبی Fe نمی‌شود.
سیلیس کنسانتره سنگ آهن در مراحل گندله‌سازی و فولادسازی نیز اثر دارد. افزایش مواد باطله می‌تواند میزان سرباره را بیشتر کند و شرایط فرآیند را تغییر دهد.
در مسیر احیای مستقیم نیز کنترل ناخالصی اهمیت زیادی دارد. بسیاری از ترکیبات باطله همراه DRI باقی می‌مانند و در نهایت وارد کوره قوس الکتریکی می‌شوند.
به همین دلیل، کیفیت کنسانتره برای تولید محصولات مناسب احیای مستقیم باید با حساسیت بیشتری کنترل شود.
رابطه عیار کنسانتره و SiO2 چیست؟
در بسیاری از مدارهای فرآوری، کاهش SiO2 باعث افزایش عیار کنسانتره می‌شود.
دلیل آن ساده است. وقتی بخشی از باطله حذف می‌شود، سهم آهن در محصول افزایش پیدا می‌کند.
اما کاهش سیلیس کنسانتره سنگ آهن همیشه بدون هزینه نیست.
گاهی برای حذف آخرین بخش‌های SiO2، مقداری از آهن نیز همراه با باطله از مدار خارج می‌شود. در نتیجه، عیار محصول افزایش پیدا می‌کند اما بازیابی آهن کاهش می‌یابد.
بنابراین هدف کارخانه نباید فقط افزایش Fe باشد.
کارخانه باید میان عیار کنسانتره، بازیابی آهن، SiO2 و هزینه فرآوری تعادل ایجاد کند.
چرا حذف آخرین درصدهای سیلیس سخت است؟
کاهش سیلیس کنسانتره سنگ آهن در مراحل اولیه معمولاً ساده‌تر است.
در این مرحله، مقدار بیشتری از کوارتز به صورت آزاد در خوراک وجود دارد و می‌توان آن را نسبتاً راحت جدا کرد.
اما با کاهش SiO2، بخش باقی‌مانده معمولاً شامل ذرات بسیار ریز یا ذرات مرکب است.
برای حذف این بخش ممکن است به آسیاکنی مجدد، مراحل Cleaner بیشتر یا فلوتاسیون دقیق‌تر نیاز باشد.
این اقدامات انرژی و مواد شیمیایی بیشتری مصرف می‌کنند. در نتیجه، کاهش سیلیس کنسانتره سنگ آهن باید از نظر اقتصادی نیز بررسی شود.
جدایش مغناطیسی تا کجا مؤثر است؟
در کارخانه‌های مگنتیتی، جدایش مغناطیسی مهم‌ترین مرحله تولید کنسانتره است.
مگنتیت به میدان مغناطیسی پاسخ می‌دهد، اما کوارتز تقریباً غیرمغناطیسی است.
با این حال، اگر مگنتیت و کوارتز در یک ذره قفل شده باشند، دستگاه نمی‌تواند آنها را از یکدیگر جدا کند.
در چنین شرایطی، ذره به دلیل وجود مگنتیت وارد محصول می‌شود و سیلیس کنسانتره سنگ آهن نیز همراه آن باقی می‌ماند.
بنابراین کاهش SiO2 فقط با افزایش شدت میدان مغناطیسی امکان‌پذیر نیست.
فلوتاسیون معکوس چگونه سیلیس را کاهش می‌دهد؟
فلوتاسیون معکوس یکی از مهم‌ترین روش‌های کاهش سیلیس کنسانتره سنگ آهن در کنسانتره سنگ‌آهن است.
در این روش، کانی‌های سیلیسی شناور می‌شوند و کانی‌های آهن در پالپ باقی می‌مانند.
در نتیجه، کوارتز از محصول آهن‌دار جدا می‌شود.
این روش معمولاً زمانی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند که جدایش مغناطیسی به تنهایی نتواند کیفیت کنسانتره مورد نیاز را تأمین کند.
عملکرد فلوتاسیون نیز به pH، نوع و مقدار کلکتور، مواد بازدارنده و کیفیت آب بستگی دارد.
کیفیت آب چرا مهم است؟
آب فرآیندی می‌تواند رفتار مواد شیمیایی در فلوتاسیون را تغییر دهد.
افزایش شوری، سختی آب یا یون‌های محلول ممکن است بر سطح کانی‌ها و عملکرد Reagentها اثر بگذارد.
در نتیجه، کارخانه‌ای که هدف آن تولید محصول با SiO2 پایین است باید کیفیت آب را نیز کنترل کند.
این موضوع به‌ویژه در مدارهایی که آب بازیافت می‌شود اهمیت بیشتری دارد.
تغییر خوراک معدن چه اثری دارد؟
ترکیب خوراک معدن ثابت نیست.
با تغییر جبهه استخراج، مقدار کوارتز، سختی سنگ و کانی‌شناسی نیز ممکن است تغییر کند.
اگر خوراکی با سیلیس کنسانتره سنگ آهن بالاتر ناگهان وارد کارخانه شود، تنظیمات موجود ممکن است دیگر مناسب نباشد.
در این شرایط، SiO2 محصول افزایش پیدا می‌کند و عیار کنسانتره کاهش می‌یابد.
بلندینگ مناسب خوراک می‌تواند این نوسانات را کاهش دهد و شرایط پایدار‌تری برای فرآوری ایجاد کند.
کنترل Fe و SiO2 باید پیوسته باشد
کنترل کیفیت نباید فقط روی محصول نهایی انجام شود.
بهتر است Fe و SiO2 در نقاط مختلف مدار اندازه‌گیری شوند:
خوراک معدن، خوراک کارخانه، محصول آسیاب، کنسانتره میانی، محصول نهایی و باطله.
این اطلاعات مشخص می‌کند سیلیس کنسانتره سنگ آهن در کدام بخش از مدار به اندازه کافی حذف نشده است.
همچنین بررسی هم‌زمان محصول و Tailings نشان می‌دهد آیا کاهش SiO2 باعث از دست رفتن بیش از حد آهن شده است یا خیر.
آنالیز آنلاین چه مزیتی دارد؟
در روش سنتی، نمونه به آزمایشگاه ارسال می‌شود و نتیجه با تأخیر در اختیار اپراتور قرار می‌گیرد.
در این مدت ممکن است مقدار زیادی محصول خارج از مشخصات تولید شود.
استفاده از Online Analyzer می‌تواند زمان واکنش کارخانه را کاهش دهد.
اطلاعات سریع‌تر درباره Fe و SiO2 اجازه می‌دهد تنظیمات مدار پیش از ایجاد انحراف بزرگ اصلاح شوند.
این ابزارها در کنار سیستم‌های کنترل پیشرفته می‌توانند کیفیت محصول را پایدارتر کنند.
پایین‌ترین SiO2 همیشه بهترین گزینه نیست
کاهش سیلیس کنسانتره سنگ آهن هزینه دارد.
فرض کنید کارخانه کنسانتره‌ای با ۶۷ درصد Fe و ۳ درصد SiO2 تولید می‌کند.
ممکن است با افزایش مراحل فرآوری بتوان سیلیس را به ۱.۵ درصد کاهش داد. اما اگر بازیابی آهن نیز به‌شدت کاهش پیدا کند، این تصمیم الزاماً اقتصادی نیست.
بنابراین بهترین محصول، همیشه محصول دارای کمترین مقدار SiO2 نیست.
سطح هدف باید با توجه به نیاز مشتری، قیمت محصول، ارزش آهن از دست‌رفته و هزینه فرآوری تعیین شود.
چرا بازار به ناخالصی سنگ آهن حساس است؟
خریدار تنها برای Fe تصمیم نمی‌گیرد.
مقدار ناخالصی سنگ آهن مستقیماً بر عملکرد مراحل پایین‌دستی اثر دارد.
اگر سیلیس کنسانتره سنگ آهن بالا باشد، فولادساز باید مواد باطله بیشتری را مدیریت کند. در نتیجه، ممکن است هزینه فرآیند افزایش پیدا کند.
به همین دلیل، قراردادهای فروش معمولاً برای Fe، SiO2، Al2O3 و دیگر ناخالصی‌ها محدوده مشخصی تعیین می‌کنند.
عبور از این محدوده می‌تواند باعث کاهش قیمت یا اعمال جریمه کیفی شود.
کیفیت کنسانتره از معدن آغاز می‌شود
کنترل سیلیس فقط مسئولیت واحد فلوتاسیون نیست.
کیفیت محصول از معدن تا کارخانه ساخته می‌شود.
زنجیره کنترل شامل این مراحل است:
زمین‌شناسی → استخراج → بلندینگ → خردایش → آسیاب → جدایش → فلوتاسیون → آبگیری → کنترل کیفیت
اگر خوراک معدن نوسان زیادی داشته باشد، کارخانه باید هزینه بیشتری برای تثبیت کیفیت پرداخت کند.
اگر آسیاب آزادسازی کافی ایجاد نکند، واحد جدایش نیز نمی‌تواند تمام سیلیس را حذف کند.
بنابراین سیلیس کنسانتره سنگ آهن باید یک شاخص مشترک میان معدن، فرآوری و کنترل کیفیت باشد.
آینده کنترل سیلیس هوشمند می‌شود
کارخانه‌های جدید به سمت پایش لحظه‌ای کیفیت حرکت می‌کنند.
ترکیب آنالیز آنلاین، داده‌های آزمایشگاهی و سیستم‌های کنترل پیشرفته می‌تواند تغییرات خوراک را سریع‌تر شناسایی کند.
در مرحله بعد، مدل‌های داده‌محور می‌توانند عیار کنسانتره و میزان SiO2 را پیش‌بینی کنند.
در این مدل، کارخانه به جای واکنش پس از افت کیفیت، پیش از بروز مشکل تنظیمات فرآیند را تغییر می‌دهد.
این همان تفاوت میان کنترل واکنشی و کنترل پیش‌بینانه است.
جمع‌بندی؛ کیفیت فراتر از درصد آهن
سیلیس کنسانتره سنگ آهن یکی از مهم‌ترین شاخص‌های کیفیت محصول است.
Fe بالا به تنهایی تضمین‌کننده یک کنسانتره باکیفیت نیست. مقدار SiO2، Al2O3 و سایر ناخالصی‌ها نیز باید کنترل شود.
کاهش سیلیس به آزادسازی مناسب کانی، عملکرد درست آسیاب، جدایش مغناطیسی، فلوتاسیون و کنترل پایدار خوراک وابسته است.
در عین حال، کاهش بیش از حد SiO2 می‌تواند بازیابی آهن و هزینه فرآوری را تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین کارخانه باید میان کیفیت کنسانتره، عیار کنسانتره، بازیابی و هزینه تولید تعادل ایجاد کند.
در نهایت، ارزیابی درست محصول تنها با یک سؤال انجام نمی‌شود که «Fe چند درصد است؟»
سؤال کامل‌تر این است:
Fe چند درصد است و این آهن با چه مقدار SiO2 و سایر ناخالصی‌ها تولید شده است؟
