Memahami Bijih Besi dan Menambang Bijih Besi

Memahami Bijih Besi dan Menambang Bijih Besi

Besi (Fe) merupakan unsur yang melimpah dan tersebar luas di dalam kerak bumi, dengan rata-rata berkisar antara 2% hingga 3% pada batuan sedimen hingga 8,5% pada basalt dan gabro. Pasokannya pada dasarnya tidak terbatas di hampir semua wilayah di dunia.

Namun, sebagian besar besi ini tidak dalam bentuk yang dapat digunakan dalam praktik pembuatan besi saat ini. Oleh karena itu hanya bagian dari besi total dalam kerak bumi yang tersedia untuk industri baja baik secara ekonomi maupun spasial, yang dapat dengan tepat disebut bijih besi. Namun, apa yang merupakan bijih besi sangat bervariasi dari satu tempat ke tempat lain dan dari waktu ke waktu. Ada banyak faktor yang menentukan apakah mineral bantalan besi dapat diklasifikasikan sebagai bijih besi, tetapi pada dasarnya ini adalah masalah ekonomi. Dengan mengingat konsep ini, definisi logis dari bijih besi untuk tujuan komersial adalah 'bahan bantalan besi yang dapat digunakan secara ekonomis di tempat dan waktu tertentu dalam kondisi biaya dan harga pasar saat itu.'

Karena besi terdapat di banyak daerah, nilainya relatif rendah dan dengan demikian deposit harus memiliki persentase Fe yang tinggi untuk dianggap sebagai kadar bijih. Dengan munculnya metode peningkatan benefisiasi, konsentrasi dan aglomerasi, berbagai bahan bantalan besi yang sekarang dapat digunakan telah diperluas dan banyak jenis bahan kelas rendah yang dulu dianggap tidak ekonomis, sekarang dianggap sebagai bijih besi. Biasanya, deposit harus mengandung setidaknya 25% Fe agar dianggap dapat dipulihkan secara ekonomis.

Lebih dari 300 mineral mengandung besi tetapi lima mineral merupakan sumber utama bijih besi. Mereka adalah (i) magnetit (Fe3O4), (ii) hematit (Fe2O3), (iii) goetit (Fe2O3.H2O),  (iv) siderit (FeCO3), dan (v) pirit (FeS2). Tiga yang pertama sangat penting karena keberadaannya dalam deposit besar yang dapat ditambang secara ekonomis. Namun sebagian besar bijih besi yang ditambang di seluruh dunia termasuk dalam dua kategori pertama.

Hematit memiliki komposisi kimia Fe2O3 sesuai dengan 69,94 % besi dan 30,06 % oksigen. Ini memiliki warna dari abu-abu baja menjadi merah kusam atau merah terang, dapat berupa tanah, kompak atau kristal, dan memiliki berat jenis 5,26. Varietas umum disebut kristal, specular, martite (pseudomorphic setelah magnetit), maghemite (oksida besi magnetik), bersahaja, oker, dan kompak. Hematit adalah salah satu bijih besi yang paling penting. Ini memiliki kejadian yang luas di banyak jenis batuan dan asal-usulnya bervariasi. Ini terjadi terkait dengan endapan vena, batuan beku, metamorf, dan sedimen, dan sebagai produk pelapukan magnetit. Beberapa endapan hematit kristalin kelas rendah telah berhasil diolah dengan teknik gravitasi dan flotasi untuk menghasilkan konsentrat berkualitas tinggi.

Magnetit memiliki komposisi kimia Fe3O4, sesuai dengan 72,36 % besi dan 27,64 % oksigen. Ia memiliki warna abu-abu gelap hingga hitam, dan berat jenis, 5,16 hingga 5,18. Ini sangat magnetis, kadang-kadang memiliki polaritas sehingga akan bertindak sebagai magnet alami. Magnetit terjadi pada batuan beku, metamorf, dan sedimen. Sifat magnetik magnetit penting, karena memungkinkan eksplorasi dengan metode magnetik dan memungkinkan pemisahan magnetit dari bahan gangue untuk menghasilkan konsentrat berkualitas tinggi. Ini telah menjadi semakin penting sebagai sumber zat besi karena perbaikan terus-menerus dalam teknik konsentrasi magnetik dan dalam perluasan penggunaan produk-produk bermutu tinggi.

Penambangan bijih besi

Penambangan (ekstraksi), benefisiasi, dan pengolahan bijih besi menghasilkan besi dan baja. Penambangan didefinisikan sebagai pemindahan bahan bijih dari deposit dan mencakup semua kegiatan sebelum benefisiasi. Bijih besi bermutu tinggi (kandungan besi lebih besar dari 62%) dihancurkan, disaring dan dikirim langsung ke unit pembuatan besi (misalnya tanur sembur). Bijih besi kadar rendah yang mengandung kadar besi lebih rendah memerlukan kegiatan benefisiasi selain penghancuran, penyaringan dan pencucian untuk meningkatkan kandungan besinya. Untuk dapat bersaing, penambangan bijih besi perlu dilakukan dalam skala yang sangat besar. Ada dua metode penambangan yang umum digunakan. Mereka adalah (i) penambangan permukaan, (ii) penambangan bawah tanah atau poros.

Keputusan untuk menggunakan teknik penambangan bawah tanah atau permukaan tergantung pada kedekatan badan bijih dengan permukaan. Mayoritas bijih besi ditambang di seluruh dunia,  secara eksklusif dengan teknik penambangan permukaan. Namun, ada juga beberapa tambang besi bawah tanah yang beroperasi di dunia. Ada dua metode penambangan permukaan dasar yang dirancang untuk mengekstraksi bijih besi dari endapan permukaan. Ini adalah metode open pit dan open cut. Hampir semua tambang bijih besi besar di dunia, kecuali beberapa, dikerjakan dengan metode tambang terbuka.

Proses penambangan bijih besi membutuhkan sumber daya yang sangat besar. Sumber daya ini termasuk peralatan pertambangan industri berat dan tenaga kerja terampil. Peralatan yang digunakan antara lain bulldozer, scraper, truk angkut (heavy hauler), dumper, front end loader, hydraulic excavator, hydraulic and electric shovel ( stripping shovel, loading shovel), dragline, bucket wheel excavator, kapal keruk, tanker air, bor lubang ledak (latihan putar mata bor berlian), dan konveyor tugas berat. Selain itu penghancur dan saringan dengan peralatan terkait diperlukan untuk menghancurkan dan menyaring bijih menjadi produk yang dapat diperdagangkan.

Perencanaan dan pengembangan

Proses penambangan bijih besi dari penemuan tubuh deposit bijih besi melalui ekstraksi bijih besi dan akhirnya mengembalikan tanah ke keadaan alami terdiri dari beberapa langkah yang berbeda. Pertama, penemuan deposit bijih besi, yang dilakukan melalui prospecting atau eksplorasi untuk menemukan dan kemudian menentukan luas, lokasi, dan nilai tubuh bijih. Hal ini mengarah pada estimasi sumber daya matematis untuk memperkirakan ukuran dan tingkat setoran.

Penambangan bijih besi dimulai di permukaan tanah. Bijih diidentifikasi oleh sampel inti pengeboran berlian pada kotak beberapa meter ke dalam bumi. batuan bijih besi terdiri dari persen substansial besi dan sisanya adalah pengotor seperti alumina dan silika. Sampel ini dianalisis dan dikategorikan sehingga insinyur pertambangan dapat secara akurat mengembangkan rencana tambang.

Pengembangan tambang meliputi perencanaan tambang untuk mengevaluasi bagian deposit yang dapat diperoleh secara ekonomis, karakteristik metalurgi bijih, kemampuan pemulihan bijih, masalah teknik, penghancuran, dan persyaratan infrastruktur. Proporsi deposit yang dapat diperoleh kembali secara ekonomis bergantung pada faktor pengayaan bijih di daerah tersebut.

Untuk mendapatkan akses ke deposit mineral di dalam suatu area, seringkali perlu untuk menambang atau membuang material limbah yang tidak langsung menarik. Pergerakan total bijih dan limbah merupakan proses penambangan. Seringkali lebih banyak limbah daripada bijih yang ditambang selama umur tambang, tergantung pada sifat dan lokasi badan bijih. Pembuangan dan penempatan limbah merupakan biaya utama dalam operasi penambangan.

Kejadian umum, ukuran dan bentuk deposit bijih besi ditentukan selama fase eksplorasi. Pengetahuan tentang deposit ditentukan secara lebih rinci melalui pekerjaan pengembangan. Seringkali diperlukan selama pengembangan tambang untuk menentukan, dengan sangat rinci, posisi dan sifat struktur geologi yang mempengaruhi distribusi dan ketersediaan bijih.

Setelah informasi rinci yang memadai diperoleh, berbagai kombinasi rencana operasi dipelajari dengan menggunakan peta dan bagian yang disiapkan untuk tujuan ini. Ini menunjukkan ukuran dan bentuk tubuh bijih, komposisi bijih dan hasil uji laboratorium. Dari representasi grafis ini, jumlah bijih dan bahan limbah ditentukan oleh penerapan faktor berat volume. Komputer biasanya digunakan dalam penyusunan perkiraan tonase dan dalam penyusunan rencana pertambangan rinci. Melalui penggunaan sistem ini, evaluasi komparatif dari berbagai metode dan rencana penambangan dibuat untuk menentukan rencana yang paling menguntungkan untuk setiap deposit tertentu dan untuk menjadwalkan penambangan deposit.

Oleh karena itu, perlu direncanakan produksi tambang untuk menghasilkan aliran bijih besi yang stabil komposisinya secara konsisten mendekati kadar yang ditargetkan. Kebutuhan ini mendorong proses pengembangan prospek eksplorasi menjadi proyek pertambangan yang layak. Karena komposisi deposit bijih hanya dapat diambil sampelnya secara kasar sebelum penambangan, dan karena kondisi ekonomi dan keuangan cenderung cukup fluktuatif, setiap rencana penambangan paling baik bersifat tentatif, dapat direvisi sesuai dengan perubahan pengetahuan tentang deposit bijih. karena semakin terbuka selama operasi penambangan.

Pengembangan dan perencanaan tambang tidak berhenti ketika produksi dimulai, karena kebutuhan untuk menanggapi perubahan kondisi sebagai akibat dari terungkapnya pengetahuan tentang tubuh bijih, yang dihasilkan karena lebih banyak lubang bor memberikan lebih banyak pengujian yang didistribusikan ke volume tubuh bijih. ditambang.

Perencanaan, pengembangan dan pengoperasian tambang terbuka biasanya didasarkan pada model blok persegi panjang. Model blok ini terdiri dari satu set blok persegi panjang, dengan dimensi yang sesuai dengan unit terkecil yang dapat ditambang, katakanlah 50 meter persegi secara horizontal dan 10 meter secara vertikal. Untuk setiap blok, dibuat perkiraan kadarnya (besi, ditambah setiap kontaminan seperti alumina, silika, dan fosfor).

Model blok adalah sistem informasi yang berkembang dan adaptif. Ini awalnya didasarkan pada interpolasi data dari sampel yang diambil selama pengeboran eksplorasi. Selama pengembangan dan pengoperasian tambang, model blok terus direvisi dengan pengeboran in-fill, data dari lubang ledakan yang dibor untuk menempatkan bahan peledak, dan dari pengujian bijih yang ditambang saat dihancurkan dan dianalisis. Pada setiap tahap operasi, pemilihan penambangan dan keputusan pengurutan harus didasarkan pada informasi model blok yang tidak sempurna yang tersedia saat ini, sehingga dapat menghasilkan bijih untuk pengiriman yang sesuai dengan kadar target dalam toleransi yang ditentukan.

Penambangan terbuka

Metode penambangan permukaan dirancang untuk mengekstraksi bijih dari endapan permukaan. Deposit bijih tersingkap dengan mengupas lapisan bumi, terkadang hanya setebal beberapa meter. Bahan yang perlu dikupas ini dikenal sebagai 'overburden'. Overburden dapat terdiri dari material yang tidak terkonsolidasi, batuan, lempung, kerikil, dan material bijih tanpa lemak. Kedalaman penambangan terbuka tergantung pada kadar bijih, sifat lapisan penutup dan rasio pengupasan. Stripping ratio adalah jumlah overburden dan limbah yang harus ditangani untuk setiap unit bijih yang ditambang. Ini digambarkan sebagai unit lapisan penutup yang harus dipindahkan untuk setiap unit bijih mentah yang ditambang. Rasio pengupasan meningkat seiring dengan kualitas bijih yang ditambang dan faktor biaya yang terkait dengan pemanfaatan dan transportasi.

Rasio pengupasan lapisan tanah sangat bervariasi dari satu tambang ke tambang lainnya, tergantung pada sejumlah faktor. Dalam kasus pengiriman langsung bijih, mungkin setinggi 6:1 atau 7:1. Dalam kasus bijih berkadar rendah , rasio pengupasan kurang dari 1,5:1 sering dianggap sebagai batas ekonomis.

Untuk penambangan bijih besi, penting untuk mengungkap area tambang dengan pengupasan lapisan penutup terlebih dahulu. Overburden dimuat dengan shovel hidraulik besar ke truk produksi, yang mengangkutnya ke tempat pembuangan kontur. Tempat pembuangan sampah ini dirancang ramah lingkungan agar sesuai dengan area sekitarnya.

Dalam penambangan terbuka, pemindahan lapisan penutup dapat berlanjut sepanjang sebagian besar umur tambang karena dinding lubang dipotong untuk memungkinkan pendalaman tambang untuk memulihkan bijih di bagian bawah. Material yang tidak terkonsolidasi digali dengan power shovel, dragline atau power scraper, tergantung pada kondisi setempat. Material lain umumnya digali dengan power shovel.

Bijih ditambang dari lubang terbuka besar dengan ekstraksi progresif di sepanjang anak tangga atau bangku. Bangku menyediakan akses ke bijih yang semakin dalam, karena bijih tingkat atas dihilangkan. Setelah tanah dan batuan di atasnya dibersihkan, bijih dibor dan diledakkan. Tujuan peledakan adalah untuk mengekspos tubuh bijih untuk ekstraksi atau untuk membuat pendekatan (lintasan horizontal) yang dapat digunakan untuk mengakses tubuh bijih. Peledakan juga digunakan untuk memecah bijih.

Pengeboran dan peledakan dilakukan untuk memecah material yang terkonsolidasi menjadi ukuran yang dapat ditangani oleh peralatan pertambangan serta fasilitas penghancuran dan penyaringan. Terkadang juga dilakukan untuk melonggarkan tumpukan bijih sebelum power shovel untuk meningkatkan efisiensi pemuatan.

Bagian tubuh bijih yang akan dibuang pertama-tama dibor dengan pola tertentu. Pengeboran dilakukan dengan rig pengeboran mekanis yang besar. Tujuan utama dari operasi pemboran adalah untuk membuat lubang dengan diameter, kedalaman, dan arah yang sesuai di dalam batuan untuk bahan peledak yang akan ditempatkan untuk kegiatan peledakan. Biasanya lubang ledakan yang dibor berdiameter 400 mm dan kedalaman sekitar 10-12 meter. Sekitar 400 lubang dibor dalam pola ledakan.

Sebelum ledakan, lubang yang dibor diisi dengan campuran bahan peledak. Persyaratan utama bahan peledak yang akan digunakan dalam peledakan tambang adalah kemampuan untuk mencapai pembakaran sempurna tanpa suplai oksigen eksternal. Di masa lalu, bahan peledak yang digunakan dalam peledakan terdiri dari nitrogliserin, bahan karbon, dan zat pengoksidasi. Saat ini, bahan peledak yang paling umum digunakan adalah campuran pupuk amonium nitrat dan bahan bakar minyak (disebut ANFO). Bahan peledak diledakkan dengan tutup peledakan dan/atau primer dengan daya ledak tinggi. Dalam beberapa kasus, kartrid peledak emulsi atau gel digunakan.

Setelah disiapkan, lokasi tambang dibersihkan dari pekerja dan peralatan, dan ledakan diledakkan. Masing-masing lubang diledakkan hanya dalam jarak milidetik, menghasilkan tumpukan bijih besi mentah yang pecah menjadi ukuran minus 2 m x 2 m. Lubang lebar di tanah yang dibuat oleh pengeboran, peledakan, dan pemindahan bijih disebut sebagai 'lubang terbuka'.

Setelah peledakan, bijih yang retak dikenal sebagai bijih run of mine (ROM). Bijih ROM dimuat dengan sekop listrik besar, ekskavator hidrolik, atau pemuat front-end ke truk sampah berkapasitas besar, yang mengangkutnya ke stasiun penghancur dan penyaringan.

Penghancuran dan penyaringan

Bijih besi dengan kadar yang dapat diperjualbelikan harus berukuran tepat sebelum diisi ke tanur sembur. Teknologi tanur sembur saat ini umumnya membutuhkan penghancuran dan penyaringan bijih bongkahan muatan langsung yang lebih halus dari 10 mm dan lebih kasar dari 30 mm. Ukuran spesifik yang dipilih didasarkan pada karakteristik bijih dan ditentukan untuk mempertahankan permeabilitas tumpukan yang tinggi dan juga memberikan waktu yang cukup untuk mereduksi material yang lebih kasar. Akibatnya, penghancuran dan penyaringan merupakan bagian integral dari fasilitas produksi bijih.

Banyak tambang menggunakan dua hingga tiga tahap penghancuran. Beberapa tambang memiliki penghancur utama yang terletak di tambang, menggunakan konveyor untuk mengangkut bijih yang dihancurkan ke penghancur sekunder dan tersier atau langsung ke pabrik. Tahap penghancuran akan mengurangi bijih besi dari diameter beberapa kaki pada tahap utama menjadi enam inci menjadi satu setengah atau tiga per delapan inci sebagai produk akhir. Produk penghancur diumpankan ke operasi penggilingan untuk pengurangan ukuran lebih lanjut

Penghancuran umumnya melibatkan penghancur rahang primer dengan penghancur sekunder yang beroperasi di sirkuit tertutup dengan layar bergetar. Pemilihan peralatan sangat ditentukan oleh kerapuhan bijih. Sebagian besar operasi penyaringan pada bijih kadar tinggi kering kecuali jika fraksi halus dapat ditingkatkan secara efektif dengan de-sliming.

Denda minus 10 mm yang dihasilkan dengan penghancuran dan penyaringan paling sering diaglomerasi dengan sintering, atau terkadang digiling untuk pelletizing.

Program penambangan di masing-masing tambang dikembangkan untuk menghasilkan produk yang seragam. Meskipun ada beberapa langkah penanganan yang terlibat dalam sebagian besar sistem pemuatan dan pengiriman, mereka tidak sering memberikan pencampuran yang cukup untuk memenuhi standar jaminan kualitas yang sekarang dibutuhkan oleh pabrik baja, terutama jika konsistensi ukuran dan standar kimia ditentukan. Fasilitas pencampuran dan pemuatan gabungan yang canggih sekarang hampir tersedia secara universal di tambang bijih besi.

Sistem susun dan reklamasi digunakan cukup sering. Penumpukan menghasilkan lapisan bijih besi. Setiap lapisan berturut-turut mewakili bijih besi yang mungkin berbeda dalam konsistensi ukuran atau komposisi kimia dari lapisan yang berdekatan. Tumpukan memanjang dibangun hingga ketinggian yang dibatasi oleh kemampuan susun mesin susun. Bijih kemudian dapat direklamasi untuk digunakan oleh bucket wheel excavator, frontend loader, atau scraper cross conveyor. Penghapusan bijih dari permukaan tumpukan menghasilkan aliran material yang merupakan campuran bijih yang seragam dari semua lapisan. Bijih campuran kemudian dikirim ke pelanggan.

Berbagai langkah dalam menambang ditunjukkan pada Gambar 1.

Gbr 1 Langkah-langkah penambangan bijih besi secara terbuka

Masalah lingkungan

Material yang dihasilkan dari penambangan terbuka antara lain overburden, batuan sisa, dan air tambang. Limbah lainnya mungkin termasuk sejumlah kecil minyak dan lemak yang tumpah selama ekstraksi. Air tambang biasanya mengandung konstituen terlarut atau tersuspensi yang mirip dengan yang ditemukan di tubuh bijih itu sendiri. Ini mungkin termasuk jejak aluminium, antimon, arsenik, berilium, kadmium, kromium, tembaga, mangan, nikel, selenium, perak, belerang, titanium, dan seng.

Air menyebabkan berbagai masalah dalam operasi penambangan bijih besi. Kecuali dalam kasus yang jarang terjadi, seperti di pertambangan puncak bukit atau pertambangan di bawah kondisi gurun, air harus dikumpulkan di tempat penampungan, sumur atau pekerjaan bawah tanah dan dipompa keluar dari tambang. Air drainase seperti itu sering digunakan secara langsung untuk mengganti kehilangan air dalam operasi konsentrasi.