Beneficiation Process for other Iron Minerals

Beneficiation Process for other Iron Minerals

Specularite  has  weak  magnetism  with  magnetic  susceptibility  of  about   3.7×10⁻³m³/g,which   is stronger  among  those  minerals  with  weak  magnetism,and  often  contains  microgranular  magnetite inclusions.Specularite   has   a   Moh’s   hardness   of   5-6,and   density   5-5.3g/cm³.It   is   difficult   to be  beneficiated.The  beneficiability  of specularite  is  similar  to  that  of hematite  and  has  basically the   same   beneficiation    method.Common    processes    include   roasting    &magnetic    separation process,the   combination   process   of   high    -intensity    magnetic    separation    and    flotation,the combination process of gravity concentration and magnetic separation.

Limonite has poor washability compared to other iron ores.Its density and magnetism are not as high   as   magnetite,hematite   or   specularite,and   readily   sliming   makes   its   beneficiation   index worse.Due  to  the  presence  of crystal  water,it  is  very  difficult  to  achieve  a  concentrate  grade  of 60%by  physical  beneficiation,but  the  grade  of  the  concentrate  can  be  greatly  increased  after roasting  due  to  the  large  loss  from  ignition.High-grade  limonite  is  principaly   used  for  sinter blending,while    low-grade(TFe<35%)limonite     has     quite     limit     utilization,which     can    only obtain  an  increase  in  grade  by  8%-10%after  beneficiation.For  those  with  high  iron  content  and good   washability,single   beneficiation   process    can   be   used,including    gravity   separation,high- intensity  magnetic   separation  and  flotation,or  combined  processes,including  roasting   &magnetic separation  process,flotation   &high-intensity  magnetic   separation  process,and   gravity   separation &high-intentsity   magnetic    separation   process,etc.In   the   gravity    concentration   of   limonite, washing,jigging   and   heavy   medium   separation   can   be   used   for   coarse   particles,and   spiral concentrators  or  shaking  tables  can  be  used  for  fine  particles.The  flotation  of  limonite  can  be positive   flotation   or   reverse   flotation.It   is   greatly   affected   by   slime,and   thus   desliming   is necessary  before   flotation.The   anionic   collectors   for   limonite   include   stearic   acid,oleic   acid, alkylsulfonate   and    alkylsulfate,while   cationic    collectors   include    alkylamines   and    quaternary ammonium  salts.In  the  magnetization  roasting,limonite  first  removes  crystal  water  at  300-400℃, and  then  magnetization  roasting  begins  at  700-850℃.Reducers  used  can  be  gases  such  as  H₂and CO or solids such as C.Siderite  has   a   density   of  3.7-4.0g/cm³,lower  than  that   of  other   iron  minerals.It   is  weak magnetic  and  needs  very  high  field  intensity.Moreover,most  of  siderite  ores  are  difficult  to beneficiate  because  most  of  them  are  finely  disseminated,have  complex  composition  but  low grade.At  present,part  of  the  rich   ore  has  been  used   for   smelting  iron  and  steel,which  is  less than  10%of the  total  reserves  of  siderite,and  most  of the  poor  ore  has  not  been  mined.Most  of the  ore  that  has  been  used  is  associated  with  magnetite  and  hematite.Siderite  can  be  roasted  at 600-900℃ and  then  processed  by  magnetic  separation.It  can  also  be  processed  by  high-intensity separation  using  Shp  or  superconducting  magnetic  separators  with  a  magnetic  induction  of  1.5- 2.5T.Flotation  can  be  used  after  magnetic  separation  using  cationic  collectors.

Beneficiation Practice of Magnetite in Sijiaying Iron Mine

6.6.1        Nature   and  the  Structure  of  Iron  Ores

Sijiaying Iron Mine is one the three biggest iron mines in China,and the second biggest in Asia. The reserve involves 2.0 billion tons of magnetite ore and 0.3 billion tons of oxidized ore.

The mining is  carried  out in two phases.In the  first phase,stopes No.2  and No.3 were mined.

The  stope  No.2  is  open-pit  mining  with  a  scale  of  6  million  tons  per  year.The  stope  No.3  is underground mining with  a  scale  of  1  million  tons  per  year.In  the  second  phase  of the  project, stope No.1  is  mined  as  an  open-pit,with  a  scale  of  15  million  tons  per  year,including  4  million tons of oxidized ore and 11 million tons of primary magnetite.

Sijiaying  Iron  Mine  belongs  to  Anshan-type  sedimentary  metamorphic  iron  deposit.The  ore  in this  area  is  mainly  magnetite  quartzite,while  the  shallow  oxidation  zone  is  mainly  hematite quartzite.The    mineral     composition     of    the     ore    is     relatively     simple,mainly    magnetite,  pseudohematite,followed    by    hematite.The    gangue    mineral     is    mainly    quartz,followed    by actinolite,tremolite  and  a  small  amount  of  hornblende  and  pyroxene,and  the  trace  minerals  are apatite,pyrite,chalcopyrite,etc.In     addition,there      are      later      altered      chlorite,carbonate      and biotite and other minerals.

The basic structure of the ore is that the iron mineral and quartz form black-and-white parallel streaks,with  the  quartz  streak   1-3mm  at  most,and  there  are  also  fine  streaks  of  less  than   1mm and bands of more than 5mm.

6.6.2    Beneficiation    Process    of    Primary    Magnetite

The  run-of-mine  ore  is  crushed  in  a  three-stage  crushing  circuit  with  the  final  stage  closed  and preconcentrated by a dry separator.In the first phase of the project,a hydraulic gyratory crusher is used  in  the primary  crushing,and  a  hydraulic  cone  crusher  is  used  in  the  secondary  and  tertiary crushing,respectively.The  maximum  product  sizes  of  the  primary,the  secondary  and  the  tertiary crushings  are  230mm,70mm  and   12mm,respectively.Two  circular-motion  vibrating  screens  are used  to  close  the  crushing  circuit,and  the  undersized-12mm  materials  from  the  screens  are transported  to  the  dry  magnetic  separation  workshop.In  the  second  phase  of  the  project,the  50- 6mm  materials  from  the  secondary  crushing  are  crushed  in  the  tertiary  crushing  by  two  high- pressure  roller  mills,and  the  materials  of-6mm  are  transported  to  the  fine  ore  bin  of  the  main workshop.The primary magnetite has a head grade of 26.83%.A whole magnetic  separation process with staged  grinding  is  used.In  the  first  phase,drum  separators  of  1800  Gauss  are  used  for  the  first three  stages,with  their  concentrate  fed  into  magnetic  columns.In  the  first  phase,the  magnetic columns  produce  final  concentrate.Due  to  the  high   field  intensity   of  the  three-stage  magnetic separation,the   concentrate   grade   is   only   about   62%-63%,and   the   capacity   of   the   magnetic

column     is     insufficient,resulting      in     a      low     grade     of     final      concentrate.In     the      second     phase,the concentrate  and  the  tailings  of  the  magnetic  columns  are  subjected  to  the  fourth  magnetic separation      and      condensed      magnetic      separation       respectively,and      the      concentrate      grade      reaches 66.00%.The     whole     magnetic     separation     process     is     shown     in      Fig.6.6.

Fig.6.6  The whole magnetic  separation  process  of the  primary magnetite  in  Sijiaying  Iron  Mine

6.6.3       Beneficiation   Process  of  Oxidized  Ore

The   oxidized   ore   in   Sijiaying   Iron   Mine   is   crushed   in   a  three-stage   crushing   circuit   with  the   final   stage closed,and        beneficiated        in         a         combination        process,involving         staged        grinding,sizing,gravity concentration    of    coarse    particles,magnetic     separation     of    fine    particles,and     anionic    reverse     flotation.The maximum particle size of run-of-mine ore is  1000mm.In the first phase of the project,a hydraulic    gyratory    crusher     is    used     in    the     primary    crushing,and     five    hydraulic    cone     crushers    are used     in     the     secondary      and     tertiary     crushing.The      maximum     particle     sizes      of     the     primary,the secondary     and      the      tertiary      crushings     are      280mm,70mm      and      12mm,respectively.In      the      second phase   of   the    project,the    50-6mm    materials   from   the    secondary   crushing   are   crushed   in   the   tertiary crushing    by    two     high-pressure    roller    mills,and     the    materials     of-6mm    are     transported    to     the    fine ore   bin    of   the    main    workshop.The    oxide    ore    shares    the    same    crushing    system    with    the    primary magnetite    in    the    second    phase.

In  the  first  phase,there  are  three   stages  of  grinding,in  which  two  closed  grinding  circuits  are performed before  concentration,and  a  condensifier  before  flotation.In  the  second  phase  as  shown in    Fig.6.7,grinding    is    of    two    stages,with     one    closed    circuit    before     concentration,and condensifier is not necessary before flotation.The other parts of the flowsheet of the two phases are almost  the  same.The  crushed  oxidized  ore  undergoes  a  grinding  of  closed   circuit   and  then classified  by  hydrocyclone   groups.The  coarse  materials,i.e.the  underflow   of  the  hydrocyclones, are  fed  into  gravity  concentration  circuit,where  spirals  are  used  to  produce  final  concentrate through     a     roughing     and     a     cleaning      operation.The     iron     minerals     in     the     spiral     tailings      are     further recovered  by   low-and  middle-intensity  magnetic  separators,and  then  reground  and  returned   to

the  hydrocyclones  in  front  of  the   spiral   rougher.Low-and   high-intensity   magnetic   separation recovers  iron  minerals  from  the  fine  materials,i.e.the  overflow  of  the  hydrocyclone,and  feeds them to  flotation  to  produce  final  product.The  flotation  circuit  is  composed  of  one  roughing,one cleaning   and  two   scavenging   operations.The   tailings   from   the   middle-and  the  high-intensity separators are discharged as  final tailings.

In   flotation,NaOH,starch,Ca0    and   GK68    were   used    as   pH   regulator,depressant    of   iron minerals,activator  of  quartz,and  collector,respectively.In  view  of  the   fact   that   the   circulating water  contains  some  Ca²+,the  use  of CaO  has  been  stopped  gradually.Based  on  the  optimization of  the   flotation   parameters,the   pipelines   and   the   floation   machine   arrangement,the   flotation concentrate  has  increased  its  grade  from  65.71%to  67.51%,and  the  tailing  has  decreased  its grade   from    18.51%to   16.94%.

The main equipment used in the grinding and beneficiation process in the second phase is listed in  Table  6.2.

Table 6.2 The grinding and beneficiation equipment of primary magnetite used in Sijiaying Iron Mine

6.7    Beneficiation Practice in Diaojuntai Concentrator

Diaojuntai  concentrator  of  ANSTEEL   GROUP   CORPORATION   is  the  largest  red  iron  ore  concentrator in China.It is designed to process 9 million tons of iron ore annually and produce 3 million   tons   of  iron   concentrate   annually.In   1998,it   was   put   into   operation,and   in   2003,it realized  the  technical  indicators  of  6.77  million  tons  of  raw  ore  treatment,2.63  million  tons  of concentrate   output.The   head   grade,the   concentrate   grade,and   the   tailings   grade   are   29.86%, 67.54%,and   8.31%,respectively.The   metal   recovery    is   82.32%.The    annual   economic   benefit is more than 400 million yuan,which is of international leading.

The  process  involves  low-intensity  magnetic  separation,high  intensity  magnetic  separation  and flotation.The  combination  processes  of magnetic  separation  and  various  flotation  were  compared extensively,including    anionic    reverse     flotation    process,acid    positive    flotation     process,and cationic  reverse  flotation.Finally  the  process  was  determined  to  involve  continuous  grinding,low- intensity  and  high-intensity  magnetic   separation,and  anionic  reverse   flotation.The  characteristics of this process are as follows:(1)continuous grinding avoids the negative impact that happened in the   staged  grinding  because   of  the   large   fluctuation   of  regrinding   volume;(2)low-and   high- intensity  magnetic  separations  remove  a  large  number  of  primary  and  secondary  slimes  in  the grinding  products,improve  the   flotation   grade,and  provide   good  process   conditions  for  anionic reverse  flotation;(3)high-intensity  magnetic  separators  are  ideal  equipment  for  tailing  disposal in  red  iron   ore  beneficiation,which  rejected  more  than   60%of  tailings,and  the   anionic  reverse flotation is an ideal concentration operation for obtaining high-grade concentrate from red iron ore, which  produces  100%of the  concentrate.

6.8    Smelting of Iron Concentrate

The final product of iron ore dressing plant is iron oxide,which must be further smelted into iron and  steel.Fine  iron  powder  can  not  be  directly  added  to  the  ironmaking  furnace,but  should  be pre-pelletized  or  sintered.Iron  powder  can  be  formed  by  direct  sintering,pressing  with  binder,or rolling into small balls and then sintering.

Ironmaking is the reduction of iron oxide to iron.The iron concentrate is loaded into the blast furnace   together   with    coke    and    limestone.At   high   temperature,iron,part    of   silicon    and manganese in the ore are reduced by coke to form molten pig iron with carbon,and gangue in the ore  reacts  with   limestone  to   form  slag(Fig.6.8).The  two   flows  out  from  the  taphole   and  slag outlet  of  the   blast   furnace  respectively.The  product   of  ironmaking   is   called   pig   iron,which contains more  carbon  and  other impurities,and  can be used  for  casting  or  steelmaking.The  reaction  of  steelmaking  is  oxidation  reaction,also  known  as  oxidation  smelting.Under certain    conditions,oxygen    reacts    with    silicon,manganese,phosphorus,sulfur     and    some    iron melted  in pig  iron  to  form  oxides.The  solubility  and  density  of these  oxides  in  molten  steel  are

small,and   they    float    out   of   molten    steel    and    form    slag.The    molten    steel    is    cast    into    ingots,which are    further     shaped    and     sold    by    the     rolling    mill(workshop).