Comment la séparation du minerai de fer permet-elle de transformer un minerai pauvre en minerai riche? La production mondiale d’acier dépend à 90 % du minerai de fer. La fusion directe du minerai de fer à faible teneur (moins de 30 %) augmente la consommation d’énergie de plus de 40 %, tandis que le concentré de fer raffiné (plus de 65 % de teneur en fer) permet de réduire le coût par tonne d’acier. La qualité des procédés de traitement détermine entièrement la rentabilité et la durabilité de la production d’acier. Les principaux types de minerai de fer sont la magnétite, l’hématite, la limonite et la sidérite. Ces quatre minéraux de fer diffèrent considérablement par leur composition chimique, leurs propriétés physiques et leur potentiel de valorisation; par conséquent, des méthodes de séparation du minerai de fer adaptées sont nécessaires pour répondre aux exigences techniques de la production d’acier de haute qualité.
Cette section analyse les caractéristiques de quatre grands types de minerai de fer: la magnétite, l’hématite, la limonite et la sidérite. La magnétite, fortement magnétique, se prête à une séparation magnétique efficace. L’hématite nécessite une séparation gravimétrique combinée à une flottation inverse. La limonite requiert un déschlammage poussé. La teneur en sidérite est principalement améliorée par grillage.
Coup d'oeil rapide
4 types de minerai de fer et leurs Caractéristiques de séparation
Le minerai de fer est une roche naturelle contenant des minéraux de fer et une matière première essentielle à la sidérurgie. Qu’il s’agisse de tôles d’acier galvanisé pour l’industrie automobile (nécessitant la production d’acier au convertisseur) ou de barres d’armature (où le procédé court au four à arc électrique utilise encore du fer préréduit), le minerai de fer est pratiquement impossible à remplacer à grande échelle par d’autres matériaux. Il est principalement classé en quatre types : la magnétite, l’hématite, la limonite et la sidérite. À l’échelle industrielle, des techniques de séparation sont nécessaires pour éliminer la gangue et augmenter la teneur totale en fer à plus de 65 % afin de répondre aux exigences de la fusion au haut fourneau.
(1). Magnétite
La magnétite est le minerai de fer le plus précieux industriellement. Théoriquement, elle contient 72,4 % de fer, mais dans le minerai réel, la teneur en fer total (TFe) se situe généralement entre 30 % et 60 %. Sa couleur varie du noir fer au gris acier, avec une trace noire et un éclat métallique. Sa dureté Mohs est de 5,5 à 6,5 et sa densité de 4,9 à 5,2 g/cm³. Sa caractéristique la plus marquante est son fort magnétisme; à l’état naturel, elle est attirée par les aimants ordinaires.
(2). Hématite
L’hématite, principal minerai de fer industriel, présente une teinte rougeâtre et une densité élevée de 4,9 à 5,3 g/cm³. Sa teneur théorique en fer est de 70 %, tandis que sa teneur réelle en fer total (TFe) se situe entre 40 % et 60 %. La séparation de l’hématite se heurte principalement à trois difficultés techniques.
- Premièrement, sa granulométrie fine (généralement < 0,045 mm) impose un broyage ultrafin à une granulométrie inférieure à 325 mesh.
- Deuxièmement, la gangue silicatée complexe, riche en composés symbiotiques, complexifie la flottation inverse.
- Enfin, l’élimination du phosphore, présent en grande quantité, nécessite un procédé de lixiviation acide spécifique.
(3). Limonite
La limonite est un terme générique désignant les minerais d’oxyde de fer hydratés, incluant la goethite et la goethite hygroscopique. Théoriquement, elle contient de 30 % à 60 % de fer, mais en pratique, sa teneur en fer total (TFe) est de 25 % à 40 %. De couleur brun jaunâtre à brun foncé, elle présente une trace brun jaunâtre. Sa dureté Mohs est de 1 à 4 et sa densité de 3,0 à 4,0 g/cm³. Naturellement non magnétique, elle se transforme, après grillage, en magnétite, un matériau fortement magnétique.
(4). Sidérite
La sidérite est le seul minerai de fer carbonaté. Sa teneur théorique en fer est de 48,2 %, mais sa teneur réelle (TFe) se situe entre 30 % et 45 %. Sa dureté Mohs est de 3,5 à 4,5 et sa densité de 3,7 à 4,0 g/cm³.
Elle est non magnétique, mais se décompose en magnétite après grillage.
Qu'est-ce que la séparation du minerai de fer?
La séparation du minerai de fer désigne le procédé de séparation des minéraux précieux de la gangue et de leur transformation en concentrés par des méthodes physiques ou chimiques. L’objectif principal est d’améliorer la teneur en fer du concentré (TFe ≥ 65 %) et de réduire les impuretés. Les procédés d’enrichissement comprennent principalement la séparation magnétique, la flottation, la séparation gravimétrique et la séparation magnétique par grillage.
Parmi elles, la magnétite, l’hématite, la limonite et la sidérite présentent des propriétés physico-chimiques très différentes, et le choix des procédés de séparation ultérieurs doit être basé sur le minéral spécifique. La magnétite est cependant la plus facile à enrichir en raison de son fort magnétisme, tandis que la limonite est la plus difficile à enrichir du fait de sa forte teneur en eau.
Quatre méthodes de séparation du minerai de fer
1. Séparation de la magnétite
La magnétite présente des avantages uniques en matière de valorisation grâce à son fort magnétisme, et la séparation magnétique en est le procédé principal.
Procédé de séparation magnétique:
La séparation magnétique exploite la différence de propriétés magnétiques entre la magnétite et les minéraux de la gangue. Après un concassage grossier, le minerai est d’abord traité par un séparateur à champ magnétique faible afin de récupérer les minéraux fortement magnétiques. Les résidus sont ensuite broyés et débarrassés de leurs particules fines avant d’être introduits dans un séparateur magnétique à gradient élevé.
Flux de traitement combiné:
Pour la magnétite disséminée à gros grains, un broyage continu suivi d’une séparation magnétique faible peut être utilisé en une seule étape. Pour la magnétite à grains fins et à faible teneur, un broyage par étapes suivi d’une séparation magnétique faible est nécessaire. Les séparateurs à tambour à aimants permanents sont couramment utilisés pour le dégrossissage et l’élimination des résidus, tandis que les séparateurs magnétiques à anneau vertical à gradient élevé permettent de récupérer la magnétite à grains fins. Pour les minéraux associés complexes (tels que ceux contenant du phosphore ou du soufre), la flottation ou la séparation gravimétrique est nécessaire.
Le principe de la séparation de la magnétite consiste à obtenir un enrichissement initial par séparation magnétique faible, suivi d’une flottation inverse pour éliminer la gangue, notamment le silicium et l’aluminium, ce qui permet d’améliorer encore la teneur du concentré.
2. Séparation de l’hématite
L’hématite, en raison de ses faibles propriétés magnétiques, nécessite une méthode de séparation combinée en plusieurs étapes.
Concentration gravimétrique:
L’hématite à gros grains (> 2 mm) convient au traitement par jigs ou écluses spirales. La mine de fer de Qidashan à Anshan, en Chine, utilise des concentrateurs centrifuges pour traiter des matériaux d’une taille minimale de 0,074 mm, atteignant une teneur en concentré de 65 %. Les tables vibrantes sont utilisées pour les matériaux à grains fins, mais leur débit est faible.
Flottation:
La flottation inverse cationique (collecteurs aminés) et la flottation directe anionique (acide oléique) sont les méthodes les plus courantes. La flottation convient à l’hématite disséminée à grains fins ; son principe repose sur la manipulation de l’hydrophobicité de la surface du minéral à l’aide de réactifs. Cette méthode exige une finesse de broyage élevée, mais peut traiter les minerais de fer à faible teneur.
Grillage magnétisé et séparation magnétique:
L’hématite est transformée en magnétite dans un four de réduction, puis séparée magnétiquement, ce qui permet d’atteindre un taux de récupération de 85 %. Ce procédé est toutefois énergivore et ne convient qu’au traitement des minerais à haute valeur ajoutée.
Le traitement de l’hématite nécessite principalement une combinaison de grillage par magnétisation et de séparation magnétique, de séparation magnétique forte ou de flottation, et les minerais complexes utilisent souvent un procédé combiné.
3. Séparation de la limonite
La limonite nécessite un traitement spécial en raison de sa composition complexe et de sa tendance à former des boues.
Lavage et séparation gravimétrique:
Le lavage et le déschlammage sont des étapes de prétraitement cruciales, permettant d’éliminer jusqu’à 30 % des boues à l’aide d’un laveur à tambour. Des goulotte en spirale et des tables vibrantes sont utilisées pour la séparation des particules moyennes à fines, améliorant ainsi les taux de récupération.
Grillage magnétique et séparation magnétique faible:
Après grillage, la limonite est déshydratée et transformée en hématite ou en magnétite. Une séparation magnétique faible ultérieure peut augmenter la teneur à plus de 60 %.
La séparation de la limonite nécessite de se concentrer sur le déschlammage et la récupération des particules fines. Les méthodes couramment utilisées comprennent le lavage, la séparation gravimétrique et la séparation magnétique, le grillage et la séparation magnétique, ou la flottation par floculation sélective. Pour la limonite très fine (< 10 µm), du carbonate de sodium (correcteur de pH) et du silicate de sodium (dispersant) sont ajoutés, suivis d’une floculation à l’amidon des minéraux de fer, puis d’une flottation.
4. Séparation de la sidérite
La sidérite nécessite un traitement spécifique en raison de ses caractéristiques de décomposition thermique.
Grillage-séparation magnétique:
Après grillage, la sidérite se décompose en magnétite, augmentant sa teneur en fer de 35 % à 62 %. Un contrôle strict de la température est toutefois nécessaire pour éviter un grillage excessif.
Enrichissement combiné:
Un procédé de flottation-gravimétrique peut être utilisé. Par exemple, après un pré-enrichissement sur table vibrante, du dodécylsulfate de sodium est utilisé pour la flottation de la sidérite, permettant d’obtenir un concentré à 58 %. Pour la sidérite disséminée à gros grains, une séparation gravimétrique par jig peut être effectuée en premier lieu, suivie d’un broyage et d’une flottation du concentré brut.
La séparation de la sidérite nécessite une conversion magnétique par grillage magnétisant, ou un procédé combiné de séparation magnétique à haute intensité et de flottation. Un séparateur magnétique humide à gradient élevé est utilisé pour séparer le concentré brut, en éliminant les gangues non magnétiques telles que le quartz. Ensuite, des collecteurs d’amines sont utilisés pour faire flotter les minéraux de silice-alumine.
En résumé, les méthodes de séparation des quatre types de minerai de fer diffèrent, mais sont toutes conçues en fonction de leurs propriétés physico-chimiques, telles que les propriétés magnétiques, la granulométrie et la teneur en impuretés. La magnétite nécessite principalement une séparation magnétique efficace. L’hématite est traitée par séparation gravimétrique et flottation inverse. La limonite requiert un déschlammage poussé. La sidérite doit être calcinée pour être purifiée. Pour toute demande en matière de technologies de traitement des minerais de fer, veuillez nous contacter afin de bénéficier d’équipements et de solutions personnalisés.