Pemisahan Magnetik dan Benefisiasi Bijih Besi

Pemisahan Magnetik dan Pemanfaatan Bijih Besi

Pemisahan magnetik adalah teknik lama untuk konsentrasi bijih besi dan untuk menghilangkan besi gelandangan. Sejak tahun 1849, sejumlah paten pemisahan magnetik telah dikeluarkan di AS, dan teks dari beberapa paten sebelum tahun 1910 menjelaskan berbagai pemisah magnetik untuk pemrosesan mineral.

Metode pemisahan magnetik digunakan untuk mengambil keuntungan dari perbedaan sifat magnetik untuk memisahkan bijih besi dari bahan gangue terkait non-magnetik. Pemisahan magnetik dapat dilakukan baik di lingkungan kering atau basah, meskipun sistem basah lebih banyak digunakan.

Pemisahan magnetik adalah pemisahan fisik partikel diskrit berdasarkan kompetisi tiga arah antara traksi (i) gaya magnet, (ii) gravitasi, gaya hambat hidro-dinamis, gesekan, atau gaya inersia, dan (iii) gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antar partikel. . Gaya-gaya ini bergabung untuk bekerja secara berbeda pada partikel dengan sifat magnetik yang berbeda dalam bahan umpan. Gambar 1 menunjukkan prinsip pemisahan magnetik.

Gbr 1 Prinsip pemisahan magnet

Gaya-gaya dalam pemisah magnet yang bersaing dengan gaya magnet dan bekerja pada semua partikel yang bergerak melalui pemisah adalah gaya gravitasi, gaya hambat hidrodinamik, gesekan, dan inersia. Tergantung pada jenis pemisah magnetik, gaya tertentu ini dapat memiliki kepentingan yang lebih tinggi atau lebih kecil.

Gaya gravitasi signifikan untuk partikel besar sedangkan gaya hambat hidrodinamik signifikan untuk partikel kecil. Jadi dalam pemisah magnetik yang memperlakukan partikel besar dalam bentuk kering, bahan umpan melewati gaya gravitasi. Gaya magnet harus cukup untuk menahan partikel magnet melawan gaya gravitasi yang bersaing. Dalam separator basah untuk partikel kecil, gaya magnet harus lebih besar dari gaya drag hidrodinamik yang diterapkan oleh aliran slurry pada partikel yang terperangkap.

Persaingan antara gaya magnet dan gaya bersaing dalam pemisah magnetik menentukan kemungkinan partikel magnetik terperangkap atau pulih dalam pemisah magnetik. Gaya antar partikel, antara partikel magnetik dan non-magnetik, menentukan konsentrasi produk pemisahan magnetik. Jika gaya antar partikel lebih besar dari gaya magnet dan gaya bersaing, maka banyak partikel non-magnetik kemungkinan besar akan terperangkap bersama dengan partikel magnetik. Sebaliknya, banyak partikel magnetik dapat terbawa bersama dengan partikel non-magnetik dan dapat gagal untuk terperangkap.

Untuk mencapai pemulihan partikel magnetik yang tinggi, gaya pemisah magnetik harus lebih besar daripada jumlah gaya yang bersaing. Namun, jika gaya magnet jauh lebih besar daripada gaya bersaing, selektivitas pemisahan buruk, karena tidak ada perbedaan yang dibuat antara berbagai partikel yang dapat dimagnetisasi. Selektivitas proses harus ditentukan secara kritis oleh nilai relatif dari gaya magnet dan gaya bersaing yang dipengaruhi oleh pilihan yang tepat dari separator itu sendiri dan parameter operasinya.

Gaya magnet, persaingan, dan antar-partikel yang bekerja menentukan kinerja separator. Gaya-gaya ini bergantung pada sifat umpan yang akan dipisahkan serta karakteristik pemisah magnetik. Sifat umpan meliputi ukuran dan sifat fisiknya yang dapat mempengaruhi berbagai gaya yang terlibat. Karakteristik pemisah magnetik meliputi desain dan parameter variabelnya, terutama medan magnet dan laju proses. Ada hubungan umum antara parameter ini. Selain itu, gaya magnet dalam separator dapat dimaksimalkan dengan mencocokkan gradien medan magnet dengan ukuran partikel.

Pemisah magnetik memisahkan bahan umpan bijih besi menjadi dua atau lebih komponen. Jika bertujuan untuk menghasilkan bijih besi pekat yang bersifat magnetis maka komponen lain yang bersifat nonmagnetik adalah tailing. Dalam beberapa kasus juga ada kemungkinan untuk memisahkan komponen ketiga yang kurang magnetis yang disebut middlings. Masing-masing aliran material ini harus diangkut ke dalam, melalui separator, atau keluar dari separator.

Gaya gravitasi, gesekan, gaya hambat hidrodinamik, atau gaya inersia yang bersaing dan magnetis cenderung memisahkan partikel sedangkan gaya tarik menarik antar partikel cenderung mengurangi derajat pemisahan. Dalam situasi nyata apa pun untuk pemisahan, partikel magnetik dan nonmagnetik juga biasanya ditemukan di tailing, atau bahan tengah, dan hanya dalam kasus yang membatasi pemisahan magnetik lengkap dimungkinkan. Efisiensi pemisahan magnetik biasanya dinyatakan oleh perolehan kembali (rasio bahan magnetik dalam bijih terkonsentrasi relatif terhadap bahan umpan), dan kadar (fraksi bahan magnetik dalam bijih pekat). Ini adalah dua ukuran independen yang biasanya digunakan untuk efektivitas pemisah magnetik. Langkah-langkah ini bergantung pada besaran relatif dari gaya magnet traksi, gravitasi, gaya hambat hidrodinamik, gaya gesek atau inersia, dan gaya tarik menarik atau tolak antar partikel.

Dalam pemisahan magnetik, meskipun kondisi pemisahan yang efisien didefinisikan dengan jelas, ada komplikasi karena kepentingan relatif dari gaya ditentukan terutama oleh ukuran partikel. Hal ini terutama karena kekuatan bersaing memiliki ketergantungan pada ukuran partikel. Dalam pemisahan magnetik kering, gaya hambat biasanya memiliki efek yang dapat diabaikan pada ukuran partikel dan karenanya, sebagai suatu peraturan, tidak memiliki pengaruh yang besar terhadap efisiensi pemisahan. Sebaliknya, ukuran partikel memiliki ketergantungan yang signifikan pada gaya magnet dan gaya gravitasi selama pemisahan magnetik kering. Di sisi lain, dalam pemisahan basah di mana gaya hambat hidrodinamik dapat menjadi penting, selektivitas pemisahan sangat dipengaruhi oleh distribusi ukuran partikel. Dengan menurunnya ukuran partikel, kepentingan relatif dari gaya hambat hidrodinamik meningkat dibandingkan dengan gaya magnet.

Dalam desain pemisah magnetik, selain medan, gradien kekuatan medan juga harus disediakan untuk meningkatkan pergerakan partikel ke arah yang diinginkan. Dalam medan fluks magnet yang seragam, partikel magnetik berkumpul pada fluks dan mengorientasikan diri sehingga ada konsentrasi di tubuhnya tetapi tidak bergerak. Di sisi lain, dengan menghasilkan medan konvergen, ada tarikan yang dihasilkan pada partikel menuju area fluks yang lebih tinggi.

Medan magnet dan gradien medan yang bekerja pada partikel di semua pemisah magnetik dapat diproduksi dalam berbagai cara dan menghasilkan geometri dan kekuatan medan yang sangat bervariasi. Dalam beberapa kasus, magnet permanen menghasilkan medan secara langsung sementara dalam kasus lain kumparan dan sirkuit magnet besi digunakan untuk memagnetisasi struktur feromagnetik yang gradien medannya menarik partikel magnetik.

Ada berbagai jenis pemisah magnetik yang telah dirancang untuk memungkinkan medan magnet yang diperlukan berdasarkan bijih untuk dimanfaatkan bersama dengan kriteria lainnya. Pemisah magnetik secara luas dikategorikan menjadi dua kelompok yaitu (i) Intensitas rendah, dan (ii) Intensitas tinggi. Kedua kelompok dapat berupa tipe operasi basah atau kering. Beberapa jenis pemisah magnetik yang umum digunakan adalah (i) basah dan kering, pemisahan magnetik intensitas rendah (LIMS), (ii) pemisahan magnetik gradien tinggi (HGMS), (iii) pemisahan magnetik intensitas tinggi basah (WHIMS). ), (iv) pemisah magnetik gulungan untuk memproses bijih magnetik lemah, dan (v) pemisahan magnetik gulungan induksi (IRMS) untuk pemekatan bijih kering. Medan magnet biasanya dihasilkan oleh salah satu dari beberapa cara seperti (i) magnet permanen, (ii) elektromagnet dengan kuk besi, (iii) solenoida dan (iv) magnet superkonduktor.

Operasi pemisahan magnetik sering dikategorikan sebagai intensitas rendah atau tinggi. Pemisah intensitas rendah menggunakan medan magnet berkisar antara 0,1 Tesla hingga 0,3 Tesla. Teknik intensitas rendah biasanya digunakan pada bijih magnetit sebagai metode pemisahan yang murah dan efektif. Pemisah intensitas tinggi menggunakan medan sekuat 1 Tesla hingga 2 Tesla. Metode ini digunakan untuk memisahkan bijih besi yang bersifat magnetis lemah seperti hematit, dari bahan gangue non-magnetik atau kurang magnetis. Faktor lain yang penting dalam menentukan jenis sistem pemisah magnetik yang akan digunakan termasuk ukuran partikel dan kandungan padatan dari umpan bubur bijih.

Pemisah magnetik umumnya dikelompokkan sebagai pemisah magnetik intensitas rendah kering/basah, pemisah magnetik intensitas tinggi kering/basah, dan pemisah magnetik gradien tinggi. Pengelompokan berdasarkan intensitas medan magnet ditunjukkan pada Gambar 2. Selain itu, ada beberapa pemisah, yang juga diperhitungkan di bawah kelompok intensitas tinggi kering, seperti pemisah magnet gulungan permanen, pemisah isodinamik, pemisah magnetik gradien terbuka, gradien tinggi bergetar pemisah / filter magnetik, dan pemisah magnetik gradien tinggi superkonduktor. Pemisah magnetik kering intensitas tinggi memiliki kekuatan medan magnet yang lebih tinggi yang diberikan oleh magnet permanen atau melalui medan magnet induksi untuk memisahkan partikel berdasarkan kerentanan magnetiknya.

Gbr 2 Pengelompokan pemisah magnet berdasarkan intensitas medan magnet

Meskipun ada beberapa pengelompokan pemisah magnetik, prinsip pemisahan dengan dua jenis pemisah (drum, dan intensitas tinggi) dijelaskan di sini. Pemisah drum mewakili pemisah magnetik gradien rendah konvensional. Dalam separator tersebut (Gbr. 3) bahan umpan kering dimasukkan di bagian atas drum yang berputar. Partikel bijih dibawa ke bawah sepanjang drum oleh aksi gabungan gaya gravitasi dan gesekan yang mentransmisikan rotasi drum ke partikel. Gaya magnet yang dihasilkan oleh magnet stasioner di dalam drum menahan partikel magnetik yang lebih tinggi terhadap drum yang berputar. Partikel-partikel ini diendapkan ke kanan saat drum bergerak melewati ujung magnet. Partikel nonmagnetik jatuh bebas dari drum ke kiri. Pemisah semacam itu dapat menggunakan magnet permanen atau elektromagnet. Pemisah magnetik yang serupa dengan ini banyak digunakan untuk pemanfaatan bijih besi yang mengandung magnetit.

            Gbr 3 Contoh dua jenis pemisah magnetik

Gambar 3 juga menunjukkan representasi skema dari pemisah magnetik intensitas tinggi. Dalam pemisah magnet gradien tinggi ini, magnet yang dirancang untuk menghasilkan medan yang dapat disesuaikan kuat dalam volume wadah digunakan. Volume ini dikemas dengan matriks filamen, bahan feromagnetik. Gaya magnet kuat yang dihasilkan oleh gradien medan tinggi di tepi filamen efektif dalam menjebak partikel yang sangat halus (kurang dari 100 mikron) bahkan dari zat magnetik yang lemah. Filamen ini dipilih agar sesuai dengan ukuran partikel umpan untuk mengoptimalkan gaya magnet. Umpan bijih besi, dalam bubur cair (biasanya air), dilewatkan melalui wadah. Partikel fluida dan non-magnetik dengan mudah melewati struktur matriks yang relatif terbuka. Partikel magnetik yang terperangkap mudah dicuci ketika medan yang diterapkan dikurangi menjadi nol. Pemisah magnetik jenis ini berguna untuk konsentrasi atau penghilangan partikel magnetik halus saat memproses bijih besi untuk pakan pelet.

Pemisah magnetik merupakan bagian integral dari sistem benefisiasi bijih besi kadar rendah. Pemanggangan bijih besi kadar rendah untuk meningkatkan magnetisasinya (yaitu konversi hematit menjadi magnetit) memperluas penerapan pemisah magnetik konvensional. Pemisah magnetik juga digunakan dalam aplikasi daur ulang besi tertentu.

Jenis pemisah magnetik

Ada beberapa jenis pemisah magnetik yang digunakan untuk benefisiasi bijih besi. Yang paling umum adalah pemisah drum kering dan basah yang digunakan untuk benefisiasi bijih besi. Pemisah gulungan terinduksi digunakan untuk mengolah bijih bantalan besi magnetis yang lemah, sedangkan pemisah katrol paling sering digunakan untuk menghilangkan besi gelandangan dari berbagai umpan. Pemisah ini menggunakan magnet permanen atau elektromagnet dan beroperasi dalam mode kontinu. Pemisah drum dan pemisah magnetik gradien tinggi dijelaskan dalam beberapa detail di bawah ini.

Pemisah drum – Pemisah drum dari berbagai jenis mungkin merupakan jenis pemisah magnetik yang paling umum digunakan. Jenis ini termasuk katrol, drum kering, drum basah, dan separator gulungan tipe konkuren yang diinduksi, putaran balik, dan arus berlawanan.

Drum kering, rol induksi, dan pemisah katrol beroperasi mirip dengan pemisah yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan dijelaskan sebelumnya dalam artikel. Umpan kering terlempar dari satu sisi atau sisi lain dari drum atau katrol tergantung pada besarnya relatif gaya magnet, sentrifugal, atau gravitasi yang bekerja pada partikel. Dengan separator jenis ini, dimungkinkan untuk memulihkan pecahan biasa. Partikel-partikel lumayan tertarik secara lemah oleh gaya magnet daripada partikel konsentrat dan karenanya dibuat jatuh ke dalam wadah di antara wadah konsentrat dan tailing. Bahan lumayan ini umumnya terdiri dari partikel yang dibebaskan sebagian yang mengandung komponen magnetik dan non-magnetik. Karena penggilingan bijih mahal, seringkali secara ekonomis menarik untuk mengolah bijih pada awalnya dengan pemisah drum kering dan menggiling kembali fraksi menengah sebelum menariknya kembali secara magnetis.

Pemisah drum kering digunakan untuk mengolah partikel sekecil 100 mikron. Kinerja separator ini dalam memproduksi konsentrat sangat dipengaruhi oleh kadar air dari feed ore. Jika kadar airnya tinggi, partikel kecil dapat menempel pada partikel yang lebih besar sehingga pemisahannya kurang sempurna. Karena drum non-magnetik pada Gambar 1 berputar melewati kutub stasioner magnet di dalam drum, dapat dilihat bahwa partikel magnetik mengalami gaya yang besarnya bervariasi saat bergerak di permukaan drum. Variasi dalam kekuatan gaya magnet ini dapat menghasilkan gerakan jatuh dari partikel yang terperangkap yang membantu pemisahannya dari partikel non-magnetik yang tidak diinginkan. Pembalikan medan magnet antara kutub magnet juga menghasilkan rotasi partikel dengan momen yang tersisa. Gerakan spesifik partikel sangat bergantung pada ukuran partikel.

Ada tiga jenis utama separator drum basah (Gbr 4). Ini adalah (i) konkuren, (ii) counter-rotating, dan (iii) tipe counter-current. Magnet dalam drum seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan menutupi busur yang sama dengan panah penunjuk rotasi. Dalam pemisah magnetik drum bersamaan, bubur umpan dilewatkan melalui palung dengan arah yang sama dengan rotasi drum. Partikel magnetik ditarik ke permukaan berputar drum non-magnetik oleh magnet stasioner di dalam drum. Partikel non-magnetik tenggelam ke titik terendah di palung dan ditarik keluar sebagai tailing. Konsentrat magnetik dibawa oleh drum berputar ke atas bendung ke kanan. Pemisah jenis ini menghasilkan konsentrat bermutu tinggi untuk partikel dengan diameter beberapa milimeter. Pemisahan relatif bersih karena partikel magnetik dipengaruhi oleh gaya tarik magnet dan hidrodinamik yang bersaing di sepanjang pinggiran drum. Pembersihan ini terjadi meskipun variasi gaya karena kutub bolak-balik di dalam drum tidak menghasilkan tingkat gerakan partikel yang sama pada drum seperti yang terlihat pada pemisah kering di mana gaya viskos bubur tidak ada. Karena separator tangki bersamaan sering kali menghasilkan tailing di mana sejumlah besar bahan magnetik tertinggal, tailing sering ditarik ke dalam separator drum yang berputar berlawanan.

Pemisah counter-rotating ditunjukkan pada Gambar 4. Umpan dilewatkan melalui palung yang berlawanan dengan arah rotasi drum. Partikel magnetik diambil di permukaan drum dan dibawa ke kiri. Pemisah ini menghasilkan perolehan tinggi tetapi umumnya konsentrat kadar rendah karena sebagian besar partikel magnetik terperangkap di bagian pendek drum dan ada sedikit kesempatan bagi bahan partikel yang terperangkap untuk melepaskan partikel nonmagnetik yang terperangkap. Perolehan kembali yang tinggi juga dihasilkan dari kesempatan partikel untuk terbawa lebih jauh ke hilir oleh drum dan dibawa kembali sebagai konsentrat. Pemisah seperti itu biasanya memperlakukan partikel hingga 100 mikron. Karena kemampuannya untuk mengambil partikel magnetik yang tidak langsung terbawa, separator ini memiliki kapasitas yang lebih besar daripada tipe konkuren.

Jenis ketiga dari pemisah drum basah magnetik, drum lawan arus, sering digunakan sebagai pemisah akhir karena menghasilkan konsentrat yang sangat bersih dengan pemulihan yang baik untuk partikel hingga sekitar 70 mikron. Pemisah ini mempertahankan beberapa fitur dari kedua tipe konkuren dan counter-rotating. Pemisah ini ditunjukkan pada Gambar 4 sebagai pemisah tandem 3 drum. Dalam pemisah ini umpan dimasukkan di sekitar titik tengah di bagian magnet drum. Aliran dari feed slurry berlawanan dengan arah putaran drum sementara partikel-partikel yang terperangkap bergerak ke arah yang sama. Partikel yang terperangkap ini dicuci oleh air yang dimasukkan di sisi kiri tangki. Konsentrat yang sudah dibersihkan meluap ke kiri.

Sebuah fitur, umum untuk semua separator drum basah adalah meluapnya bubur konsentrat di ujung tangki. Hal ini diinginkan untuk mencegah partikel magnetik ditarik melalui antarmuka udara-air dan hilangnya partikel magnetik yang dihasilkan. Dalam beberapa pemisah di mana konsentrat yang dikeringkan diinginkan, partikel magnetik ditarik di atas permukaan bubur dan dikikis dari drum. Dalam kasus ini, bubur harus disirkulasi ulang untuk memulihkan partikel magnetik yang hilang.

Gaya bersaing utama dalam separator drum basah, bagaimanapun, adalah gaya drag hidrodinamik. Ini hasil dari kecepatan relatif dari slurry atau air pencuci yang melewati partikel yang terperangkap. Dalam pemisah konkuren, kecepatan ini berada di sekitar kecepatan periferal sementara di pemisah yang berputar berlawanan kecepatan ini ditambahkan. Secara umum, kecepatan drum perifer jauh lebih tinggi daripada kecepatan bubur. Selain berpengaruh pada kecepatan drag relatif, kecepatan drum juga mempengaruhi kapasitas separator drum. Kecepatan yang lebih lambat menghasilkan kapasitas yang berkurang sementara kecepatan yang lebih tinggi menurunkan pemulihan karena kecepatan drag yang lebih tinggi dan mengakibatkan keausan yang lebih besar pada permukaan drum.

Beberapa pemisah magnetik disebut pemisah intensitas tinggi. Ini umumnya menunjuk pemisah desain konvensional yang menggunakan magnet dengan kekuatan lebih besar dari biasanya. Mereka mengembangkan medan magnet intensitas tinggi dan mampu menghilangkan partikel yang tidak merespons pemisah magnetik intensitas rendah.

Gbr 4 Jenis pemisah drum magnetik

Pemisah gradien tinggi –

Beberapa jenis pemisah magnet gradien tinggi telah dikembangkan berdasarkan fakta bahwa gradien medan magnet tinggi dapat menghasilkan gaya magnet yang besar. Pemisah ini juga disebut pemisah 'kutub terinduksi' karena gradien medan dihasilkan dengan menerapkan medan magnet latar belakang yang relatif seragam ke struktur ferro-magnetik (grid, layar, pelat beralur atau wol baja) dan menginduksi kutub magnet di sepanjang tepi yang berorientasi dengan benar. Karena gradien medan magnet yang besar umumnya hanya dapat ada dalam volume kecil, pemisah ini dirancang untuk pemisahan partikel magnetik kecil. Menghasilkan gradien tinggi dan gaya magnet besar di atas area permukaan yang cukup besar untuk menjebak sejumlah partikel praktis adalah masalah utama. Jarum dengan sumbunya sejajar dengan bidang yang diterapkan menghasilkan gradien tinggi di bidang yang relatif rendah tetapi permukaan perangkap yang tersedia sangat terbatas. Sebaliknya filamen magnetis tegak lurus terhadap sumbu panjangnya memiliki faktor demagnetisasi yang besar, tetapi luas permukaan yang jauh lebih besar.