Cos'è un concentrato minerale? Gradi, metodi e come lo realizzano i produttori

Due camion escono la stessa mattina dal cancello di una miniera di rame. Il primo trasporta 40 tonnellate di minerale grezzo che analizza circa lo 0,5% di rame. Il secondo trasporta circa 2 tonnellate di concentrato di rame scuro, umido e finemente macinato che analizza il 26% di rame. Il primo carico viene depositato sulla scorta in attesa della lavorazione; il secondo finisce direttamente in un contenitore sigillato e inizia il suo viaggio verso una fonderia. Tutto ciò che separa questi due carichi è l'attività di preparazione del minerale, e il secondo carico stesso è ciò che l'industria chiama un concentrato minerale.

La risposta è breve: un concentrato minerale è il prodotto arricchito della lavorazione dei minerali: una frazione piccola e densa del materiale estratto in cui minerali preziosi sono stati separati dalla roccia di scarto e migliorati a un grado per il quale fonderie e impianti chimici pagheranno. Si trova tra la miniera e la fonderia: non minerale grezzo, non metallo raffinato, ma un prodotto intermedio con proprie formule di prezzo, specifiche di qualità, regole di campionamento e regolamenti di trasporto.

Cos'è esattamente un concentrato minerale?

Un concentrato di minerale, chiamato anche minerale lavorato, è il prodotto delle operazioni di preparazione del minerale, la fase dell'estrazione in cui preziosi minerali contenenti metalli vengono separati dalla roccia di scarto prima che abbia luogo qualsiasi fusione o estrazione chimica. Il minerale grezzo viene macinato finemente in apparecchiature di macinazione, quindi fatto passare attraverso macchinari di separazione che selezionano le particelle che trasportano il prezioso minerale. Ciò che lascia la pianta come concentrato è solitamente una polvere fine o un impasto denso - nero, grigio, verde o color cuoio a seconda del minerale - con un contenuto di metallo molte volte superiore al minerale da cui proviene.

I numeri rendono concreta l’idea. Se un minerale di rame contiene lo 0,5% di rame e l'impianto fornisce un concentrato di rame del 25%, il contenuto di rame sarà aumentato di cinquanta volte. Nulla è stato estratto chimicamente e nessun nuovo metallo è stato creato. La pianta ha semplicemente raccolto la piccola parte di particelle ricche di calcopirite e altri minerali di rame e ha rifiutato tutto il resto come sterili. La concentrazione è uno smistamento fisico, effettuato su scala enorme e con tolleranze ristrette.

La parola appare anche in una seconda cornice degna di distinzione. Nell'esplorazione, i "concentrati di minerali pesanti" vengono prodotti sul campo analizzando o esponendo i sedimenti dei corsi d'acqua, in modo che alcuni granelli di minerali indicatori possano essere studiati al microscopio per risalire a un deposito fino alla sua fonte. Il principio è lo stesso – miglioramento fisico – ma lo scopo e la portata sono completamente diversi. Questo articolo riguarda i concentrati vegetali: il prodotto sfuso che le miniere vendono e gli impianti a valle acquistano, viene spostato tramite il carico della nave e ispezionato tramite container.

Dal minerale grezzo al concentrato spedibile: la catena in tre fasi

Ogni concentratore, sia che tratti 500 tonnellate o 30.000 tonnellate di minerale al giorno, funziona secondo la stessa logica: liberare i minerali, separarli e quindi disidratare il risultato. Le macchine differiscono a seconda del minerale vinto, ma la sequenza non cambia quasi mai.

Liberazione: perché la macinazione viene sempre al primo posto

Un minerale prezioso può essere recuperato solo se esiste prima come particella individuale. Nel minerale estratto, i grani di calcopirite potrebbero avere un diametro di una frazione di millimetro, racchiusi all'interno di quarzo o carbonato. La frantumazione rompe la roccia in pezzi maneggevoli; la macinazione completa il lavoro, facendo rotolare il minerale in un mulino con sfere d'acciaio fino a quando i legami tra minerale e ganga non vengono fisicamente tagliati. Se la macinazione è insufficiente, le macchine di separazione ricevono particelle composite che non possono separare in modo pulito, quindi il metallo fuoriesce negli sterili. Macinando troppo si producono fanghi ultrafini che riportano erroneamente la schiuma e diluiscono il prodotto. L’obiettivo di macinazione – spesso indicato come “80% che supera i 75 micron” per molti minerali metallici di base – è uno dei numeri più importanti nell’impianto ed è fissato da test di laboratorio, non per analogia con la miniera accanto.

Mulino a sfere a griglia umida Il mulino a sfere a griglia umida è composto dalla parte di alimentazione, parte di scarico, parte rotante, parte di trasmissione (riduttore, piccolo ingranaggio di trasmissione, motore, controllo elettronico... Visualizza il prodotto →

Separazione: prima la flottazione, con la gravità e il magnetismo a supporto

La flottazione con schiuma è il cavallo di battaglia della concentrazione di metalli di base, minerali di litio e rocce fosfatiche. La polpa macinata viene condizionata con reagenti accuratamente dosati, quindi agitata in macchine di flottazione che disperdono l'aria sotto forma di milioni di bollicine fini. I prodotti chimici del collettore rendono le preziose superfici minerali idrorepellenti, quindi quelle particelle si attaccano alle bolle e cavalcano la schiuma sul labbro della cella come concentrato, mentre la ganga amante dell'acqua affonda e si deposita negli sterili. Nei minerali complessi, circuiti sequenziali separano i minerali l'uno dall'altro: il piombo lontano dallo zinco, il rame dal molibdeno, la sfalerite dalla pirite. Laddove le differenze di densità sono forti (minerali di ferro, stagno, tungsteno) la concentrazione di gravità può guidare il diagramma di flusso; dove i minerali rispondono a un campo magnetico, subentra la separazione magnetica; e laddove il prodotto è solubile, la lisciviazione in vasche agitate sostituisce del tutto la cernita fisica.

Macchina di flottazione tipo XCF/KYF La macchina di flottazione di tipo XCFII e KYFII potrebbe avere una configurazione combinata in cui il tipo XCFII funge da serbatoio di aspirazione e il tipo KYF II come corrente continua... Visualizza il prodotto →

Disidratazione: trasformazione della schiuma in merce

Il concentrato di flottazione lascia le cellule sotto forma di schiuma che trasporta appena il 25-35% di solidi: troppo acquoso per essere caricato nella stiva di una nave. Gli addensanti depositano i solidi sotto gravità e restituiscono l'acqua limpida in eccesso alla testa dell'impianto, un circuito che ha un'enorme importanza nelle aride regioni minerarie dove ogni metro cubo d'acqua viene preventivato e riutilizzato. Il denso sottoflusso viene quindi filtrato o trattenuto in serbatoi di stoccaggio agitati prima della disidratazione finale. L'obiettivo commerciale è un prodotto trasportabile: molti concentrati di rame e zinco vengono spediti con un'umidità pari a circa l'8-10%, sufficientemente umidi da evitare perdite di polvere durante la movimentazione, sufficientemente asciutti da rimanere entro il limite di umidità trasportabile che impedisce la liquefazione del carico in mare.

Concentratore di guida centrale La struttura di un concentratore efficiente è simile a quella di un concentratore di guida centrale. La sua caratteristica principale è quella di aggiungere una certa quantità di flocculanti... Visualizza il prodotto →

Cosa significano realmente i numeri dei voti

Le qualità dei concentrati non sono obiettivi di marketing arbitrari; sono delimitati dalla mineralogia e modellati da ciò che l’impianto a valle può elaborare economicamente. Anche in teoria un concentrato di calcopirite non può superare il 34,6% di rame, perché questo è il contenuto di rame del minerale puro. La sfalerite supera il 67% di zinco. Le piante quindi mirano a una finestra di qualità realistica e poi la difendono respingendo la melma di ganga trascinata e mantenendo gli elementi di penalizzazione fuori dalla schiuma.

Grado e recupero sono uniti all'anca attraverso una curva di compromesso. Spingi le celle più pulite per altri due punti di grado e di solito ti arrendi al recupero, perché il meccanismo che rifiuta la ganga inizia anche a espellere particelle fini e preziose. Gestire un concentratore è in gran parte la disciplina che consiste nel trovare il punto su quella curva in cui il ricavo per tonnellata di minerale – qualità, moltiplicazione per il recupero, moltiplicato per la formula del prezzo – è più alto, e quindi mantenere quel punto mentre il giacimento minerario cambia sotto di te. Questo è il motivo per cui un impianto che sembrava brillante alla messa in servizio può scivolare nella mediocrità senza che nessuno tocchi una chiave inglese.

Concentrati comuni e dove vanno ciascuno

Concentrato di rame è il più commerciato della famiglia. Le fonderie lo acquistano a condizioni che pagano il rame contenuto meno le spese di trattamento e raffinazione, quindi lo convertono tramite fusione flash o bagno in rame blister e infine catodo. Poiché la capacità di fusione è concentrata in una manciata di regioni, un concentrato di rame può viaggiare più lontano di quasi qualsiasi altro prodotto minerario nel commercio regolare.

Concentrati di piombo e zinco di solito lasciano la stessa miniera, perché galena e sfalerite crescono insieme negli stessi giacimenti minerari. La flottazione differenziale li divide in due flussi vendibili separati e le specifiche non perdonano: lo zinco nel concentrato di piombo, o il piombo nel concentrato di zinco, è pesantemente penalizzato perché ciascuno contamina il percorso di fusione dell'altro.

Concentrato di minerale di ferro , nobilitato mediante separazione magnetica da formazioni ferrose fasciate o recuperato dal riprocessamento degli sterili, alimenta impianti di pellettizzazione e altiforni. In questo caso il concentrato è spesso vicino a un prodotto finale piuttosto che a un intermedio, e il prezzo riflette il contenuto di ferro meno le impurità come silice, fosforo e allumina.

Concentrati di minerali di litio — lo spodumene a circa il 6% di Li2O, o i concentrati di lepidolite provenienti da depositi ospitati da mica — vengono venduti a impianti di conversione che li arrostiscono e li lisciviano in carbonato e idrossido di litio. La crescita della produzione di batterie ha trasformato quello che una volta era un prodotto di nicchia del mercato ceramico in uno dei commerci di concentrati in più rapida evoluzione degli ultimi dieci anni.

Concentrati di potassio e fosfato sono il ramo dei fertilizzanti. Le operazioni con potassio migliorano il minerale di silvinite o i sali derivati ​​dalla salamoia in prodotti con una concentrazione di KCl pari o superiore al 95%; la roccia fosfatica viene aggiornata a qualità mercantili del 28-34% P2O5 che le piante di acido solforico possono attaccare economicamente. I progetti di laghi salati che abbinano l’estrazione della salamoia con attrezzature di flottazione, agitazione e addensamento si trovano proprio in questo incrocio, motivo per cui dominano gli elenchi di progetti dei costruttori di attrezzature che servono sia l’estrazione mineraria che la lavorazione chimica.

L’economia: perché le miniere spediscono concentrati e non minerali

La logica è pura aritmetica. Il trasporto, la fusione e la raffinazione vengono addebitati per tonnellata di materiale movimentato. Ogni tonnellata di quarzo che arriva alla fonderia paga una fattura di trasporto, assorbe l'energia del forno e lascia l'impianto come scorie. La concentrazione esiste in modo che il cliente paghi per il metallo, non per la roccia.

Questa riduzione di cinquanta volte è il motivo per cui una miniera può giustificare la costruzione di un intero concentratore: la densità di valore del prodotto sale a un livello in cui il trasporto, la movimentazione portuale e la spedizione diventano accessibili e la fonderia riceve un’alimentazione che può sciogliere in modo efficiente. Un forno caricato con concentrato di rame al 25% produce una frazione delle scorie e consuma una frazione dell'energia per tonnellata di rame rispetto al minerale grezzo. L'economia di nessuna delle due parti lavora su materiale run-of-mine: la concentrazione è il passo che converte un evento geologico di basso livello in un progetto minerario bancabile.

Il pagamento segue la stessa logica. L’acquirente paga il metallo contenuto ai prezzi di mercato quotati, detrae le spese di trattamento e raffinazione, applica detrazioni per l’umidità in modo che nessuno spedisca acqua come metallo e impone sanzioni quando elementi di impurità violano i limiti concordati. Ognuna di queste righe della fattura risale a un numero che il concentratore controlla giorno per giorno.

Cosa specificano gli acquirenti: i parametri di qualità di un concentrato

Prima di prenotare una spedizione, produttore e acquirente concordano una scheda tecnica. La qualità valutata stabilisce il valore principale, ma i restanti parametri decidono se il carico si deposita senza intoppi o attira detrazioni, controstallie e discussioni. La maggior parte delle controversie nel commercio dei concentrati non riguardano la presenza o meno del metallo, ma l'umidità, le impurità e il modo in cui sono stati prelevati i campioni.

Due di questi meritano di essere sottolineati. L'umidità è la variabile silenziosa: ogni punto d'acqua non necessario viene pagato due volte, una volta nelle merci e una volta nella detrazione dei metalli che si diluisce. Gli elementi penalizzanti, nel frattempo, sono un'eredità geologica: se il giacimento minerario contiene arsenico, il diagramma di flusso deve pianificare il suo rifiuto fin dalla primissima campagna di test, perché nessuna quantità di marketing intelligente lo rimuoverà da un concentrato finito.

Dove la produzione di concentrati di solito va storta

Dichiarazioni sulla qualità, controversie sull'umidità e recuperi deludenti raramente hanno cause esotiche. Nelle revisioni operative, gli stessi fallimenti continuano a riapparire, e ognuno di essi ha una contromisura pratica.

1. Sottomacinazione. Le particelle composite grossolane galleggiano male e trascinano la ganga nel concentrato o spingono il metallo negli sterili. La cura è un lavoro onesto di test di macinabilità e la disciplina operativa per mantenere il target di macinazione quando aumenta la pressione di produzione.
2. Macinazione eccessiva e melme. Le particelle ultrafini raggiungono la schiuma per trascinamento anziché per vero attaccamento, diluendo il grado e rallentando la sedimentazione negli addensanti. Le fasi di smelmatura e i corretti punti di taglio del classificatore limitano il danno.
3. Variabilità del minerale. Il grado della testa e la mineralogia si spostano man mano che l'attività mineraria avanza attraverso il deposito, e uno schema di reagenti messo a punto il mese scorso va in overdose questo mese. La rapidità dei test e la ripetizione periodica del regime dei reagenti mantengono il circuito integro.
4. Controllo dei reagenti. I dosaggi del collettore e dell'ugello impostano contemporaneamente la qualità e il recupero. Il dosaggio manuale contro un'alimentazione alla deriva è una perdita di profitto silenziosa e continua che nessuno nota durante un singolo turno.
5. Underflow addensante sottile. Ogni punto di densità di sottoflusso mancante è acqua che si paga per filtrare e poi ripagare come trasporto. La densità del sottoflusso fa parte del rapporto di produzione giornaliera e non è sepolta in un manuale operativo.
6. Contaminazione nella manipolazione. Carichi misti, contenitori sporchi e scorte non rivestite introducono materiale estraneo che appare nel test dell'acquirente anziché nel tuo - e la clausola penale si applica lo stesso.

Nessuno di questi fallimenti è misterioso. Tutti questi vengono rilevati tempestivamente mediante il campionamento di routine dei tre flussi che contano – mangime, concentrato e sterili – e trattando il grado e l’umidità come parametri controllati piuttosto che come risultati che si scoprono al porto.

La catena di attrezzature dietro un concentrato pulito

Ciascuna fase della catena corrisponde a una classe specifica di macchine e le interfacce tra le fasi contano tanto quanto le macchine stesse. Un mulino che macina alla dimensione sbagliata non può essere salvato da una brillante flottazione; una sezione di flottazione che produce una bella schiuma può ancora essere annullata da un addensante sottodimensionato che spedisce il concentrato umido.

La macinazione pone le basi e i mulini a sfere a griglia umida che funzionano in circuito chiuso con classificazione rimangono la risposta standard per questo compito, proprio perché uno scarico a griglia mantiene un livello di pasta stabile e una dimensione del prodotto prevedibile. Tra la macinazione e la separazione, il condizionamento e lo stoccaggio vengono gestiti mediante serbatoi di miscelazione: serbatoi di liquame e reagenti in diverse configurazioni, compresi quelli ad alta concentrazione e quelli rialzati per carichi pesanti. Lo stadio di separazione stesso vive o muore accanto alle macchine di flottazione: i modelli di celle autoaspiranti e ad aria forzata si adattano a particolari dimensioni e compiti delle particelle, e le celle di grandi dimensioni trasportano il rendimento su concentratori ad alto volume dove l'energia per tonnellata decide la redditività. La disidratazione si basa su un'apparecchiatura di ispessimento, con il concentratore di guida centrale che deposita la schiuma diluita in un sottoflusso denso e trasportabile, restituendo l'acqua pulita alla testa della pianta.

Scegliere tra queste macchine è un esercizio di progettazione con conseguenze misurabili in decenni: il volume delle celle, l’intensità dell’agitazione e l’area dell’addensante bloccano il capitale e i costi operativi per la vita della miniera. Il principi di scelta delle apparecchiature per la concentrazione meritano quindi lo stesso rigore del diagramma di flusso chimico, e un acquirente che sottopone a test di pressione la capacità di disidratazione in anticipo di solito evita successivamente la classe di retrofit più costosa.

Un esempio pratico: concentrato di litio Lepidolite

La lepidolite, una mica contenente litio, mostra come una specifica di concentrato possa dare forma a un intero progetto. A differenza dello spodumene, la lepidolite è a grana fine e chimicamente complessa, quindi la produzione di un concentrato di litio consistente richiede uno stretto controllo della finezza di macinazione, della sfangatura e del regime dei reagenti di flottazione: ogni fase della catena sopra descritta, eseguita entro tolleranze ristrette.

Il nostro team di ingegneri ha consegnato un progetto di lavorazione del minerale di lepidolite da 3.000 tonnellate al giorno nello Zimbabwe, dove frantumazione e macinazione, flottazione e disidratazione sono state progettate come un unico treno per produrre un flusso concentrato destinato alla conversione del litio. Progetti di questo tipo sono la risposta pratica alla domanda posta nel titolo: il concentrato non è un sottoprodotto che appare alla fine del diagramma di flusso: è il prodotto che l'intera miniera deve fornire, e ogni decisione a monte viene giudicata in base a ciò che fa alla qualità e al recupero finale. Il Progetto di lavorazione del minerale di lepidolite dello Zimbabwe da 3.000 t / giorno pagina illustra come è stata assemblata la selezione dell'attrezzatura esattamente per quello scopo.

Domande frequenti sui concentrati minerali

Pianificazione di un circuito di concentrazione: cosa risolvere prima

Se state valutando un giacimento, espandendo un impianto esistente o ricostruendo un concentratore obsoleto, quattro decisioni meritano di essere prese prima di fissare il prezzo di qualsiasi attrezzatura: la quantità di liberazione effettivamente richiesta dal vostro minerale, presa da un lavoro di prova piuttosto che da un’analogia; il percorso di separazione che corrisponde alla tua mineralogia; il punto di recupero del voto che la formula del prezzo del tuo acquirente premia effettivamente; e l’obiettivo di drenaggio con cui la tua catena logistica può convivere. Ogni altra scelta nell'impianto esiste per servire questi quattro numeri.

Produciamo la catena di apparecchiature che sta dietro a questi numeri: mulini a sfere del tipo a griglia umida, macchine di flottazione da piccole unità autoaspiranti fino a grandi celle ad aria forzata, serbatoi di miscelazione ad alta concentrazione, addensatori a guida centrale e serbatoi di lisciviazione con agitazione meccanica, e li forniamo all'interno di progetti EPC completi di lavorazione dei minerali, dalla progettazione del diagramma di flusso fino all'installazione e alla messa in servizio. La produzione avviene secondo un sistema di gestione della qualità ISO9001:2008, supportato da circa 200 set di apparecchiature di produzione e collaudo e una produzione annua di strutture metalliche superiore a 25.000 tonnellate. Se desideri una seconda opinione su un diagramma di flusso, una specifica di concentrato o un dimensionamento di un addensante, i nostri ingegneri saranno lieti di rivedere i dati del tuo minerale e dirti chiaramente cosa consentono i numeri.