Bijih Besi Dijelaskan: Jenis, Distribusi, dan Praktik Pertambangan
Memahami Bijih Besi dan Pertambangan Bijih Besi
Besi (Fe) adalah elemen yang melimpah dan tersebar luas di kerak bumi, dengan rata-rata kandungan 2 % hingga 3 % dalam batuan sedimen hingga 8,5 % dalam basalt dan gabbro. Pasoknya secara esensial tak terbatas di hampir seluruh wilayah di dunia.
Namun, sebagian besar besi ini tidak tersedia dalam bentuk yang dapat digunakan dalam praktik pembuatan besi modern. Oleh karena itu, hanya bagian dari total besi di kerak bumi yang tersedia bagi industri baja secara ekonomis dan spasial yang dengan benar dapat disebut bijih besi. Definisi bijih besi bervariasi sangat dari tempat ke tempat dan dari waktu ke waktu. Banyak faktor yang menentukan apakah mineral yang mengandung besi dapat diklasifikasikan sebagai bijih besi, tetapi intinya adalah persoalan ekonomi. Dengan mempertimbangkan konsep ini, definisi logis bijih besi untuk tujuan komersial adalah "bahan yang mengandung besi yang dapat digunakan secara ekonomis di tempat dan waktu tertentu dalam kondisi biaya dan harga pasar yang berlaku saat itu."
Karena besi ada di banyak area, nilainya relatif rendah, sehingga sebuah endapan harus memiliki persentase Fe yang tinggi untuk dianggap sebagai bijih grade. Dengan hadirnya metode beneficiasi, konsentrasi, dan aglomerasi yang ditingkatkan, berbagai bahan yang mengandung besi yang sekarang dapat digunakan telah meluas. Banyak jenis bahan grade rendah yang dulu dianggap tidak ekonomis kini dipertimbangkan sebagai bijih besi. Biasanya, sebuah endapan harus mengandung setidaknya 25 % Fe untuk dianggap dapat diekstrak secara ekonomis.
Lebih dari 300 mineral mengandung besi, tetapi lima mineral adalah sumber utama bijih besi: (i) magnetit (Fe3O4), (ii) hematit (Fe2O3), (iii) goetit (Fe2O3.H2O), (iv) siderit (FeCO3), dan (v) pirit (FeS2). Ketiganya pertama sangat penting karena kejadiannya dalam endapan 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 yang sesuai dengan 69,94 % besi dan 30,06 % oxygen. Warnanya berupa abu-abu kelabu hingga merah kusam atau merah terang, dapat berupa tanah, padat, atau kristal, dan memiliki gravitas spesifik 5,26. Variasi umum disebut kristal, spekuler, martit (pseudomorf setelah magnetit), maghemit (oksida ferit magnetik), tanah, ocker, dan padat. Hematit adalah salah satu bijih besi yang paling penting. Ia muncul dalam banyak jenis batuan dengan asal yang berbeda, terkait dengan endapan vene, batuan beku, metamorfik, dan sedimen, serta sebagai produk peluruhan magnetit. Beberapa endapan grade rendah dari hematit kristal yang disebarkan telah berhasil diolah dengan teknik gravitasi dan flotation untuk menghasilkan konsentrat berkualitas tinggi.
Magnetit memiliki komposisi kimia Fe3O4, yang sesuai dengan 72,36 % besi dan 27,64 % oxygen. Warnanya berupa abu-abu gelap hingga hitam, dengan gravitas spesifik 5,16 hingga 5,18. Ia sangat magnetik, kadang memiliki polaritas sehingga bertindak sebagai magnet alami. Magnetit muncul dalam batuan beku, metamorfik, dan sedimen. Properti magnetiknya penting karena memungkinkan eksplorasi dengan metode magnetik dan memungkinkan pemisahan magnetit dari bahan gangue untuk menghasilkan konsentrat berkualitas tinggi. Ia semakin penting sebagai sumber besi karena perbaikan berkelanjutan dalam teknik konsentrasi magnetik dan penggunaan yang diperluas dari produk grade tinggi.
Pertambangan Bijih Besi
Pertambangan (ekstraksi), beneficiasi, dan pengolahan bijih besi menghasilkan besi dan baja. Pertambangan didefinisikan sebagai penghapusan materi bijih dari endapan dan mencakup semua aktivitas sebelum beneficiasi. Bijih besi grade tinggi (kandungan besi lebih dari 62 %) hanya dihancurkan, diayak, dan dikirim langsung ke unit pembuatan besi (misalnya blast furnace). Bijih besi grade rendah yang mengandung kandungan besi lebih rendah memerlukan aktivitas beneficiasi selain menghancurkan, menyaring, dan mencuci untuk meningkatkan kandungan besinya. Untuk bersaing, pertambangan bijih besi perlu dilakukan pada skala yang sangat besar. Ada dua metode pertambangan yang umum digunakan: (i) pertambangan permukaan, (ii) pertambangan bawah tanah atau shaft.
Keputusan untuk menggunakan teknik pertambangan bawah tanah atau permukaan bergantung pada kedekatan tubuh bijih ke permukaan. Mayoritas bijih besi yang ditambang di seluruh dunia secara eksklusif menggunakan teknik pertambangan permukaan. Namun, ada juga beberapa tambang bijih besi bawah tanah yang beroperasi di dunia. Ada dua metode pertambangan permukaan dasar yang dirancang untuk mengekstrak bijih besi dari endapan permukaan: open pit dan open cut. Hampir semua tambang bijih besi besar di dunia, dengan pengecualian beberapa, dioperasikan dengan metode open pit.
Proses pertambangan bijih besi membutuhkan sumber daya besar, termasuk peralatan pertambangan industri berat dan tenaga kerja terampil. Peralatan yang digunakan meliputi bulldozer, scraper, truk pengangkut (heavy haulers), dumper, front end loader, excavator hydraulik, scoop hydraulik dan listrik (stripping shovels, loading shovels), dragline, excavator roda ember, dredge, tangki air, bor lubang ledakan (bor rotary bit berlian), dan konveyor berat. Selain crusher dan ayakan dengan peralatan terkait diperlukan untuk menghancurkan dan menyaring bijih menjadi produk yang dapat diperjualbelikan.
Perencanaan dan Pengembangan
Proses pertambangan bijih besi dari penemuan tubuh endapan bijih besi melalui ekstraksi bijih besi dan akhirnya mengembalikan tanah ke keadaan alami terdiri dari beberapa langkah yang berbeda. Langkah pertama adalah penemuan endapan bijih besi, yang dilakukan melalui prospeksi atau eksplorasi untuk menemukan dan kemudian menentukan cakupan, lokasi, dan nilai tubuh bijih. Ini mengarah pada estimasi sumber daya matematika untuk mengestimasi ukuran dan grade endapan.
Pertambangan bijih besi dimulai dari permukaan tanah. Bijih diidentifikasi dengan pengambilan sampel inti bor berlian pada grid beberapa meter ke dalam bumi. Batuan bijih besi terdiri dari persentase besar besi dan sisanya adalah impuritas seperti alumina dan silica. Sampel ini dianalisis dan dikategorikan sehingga para insinyur pertambangan dapat mengembangkan rencana tambang dengan akurat.
Pengembangan tambang mencakup perencanaan tambang untuk mengevaluasi bagian endapan yang dapat diekstrak secara ekonomis, karakteristik metalurgi bijih, recoverability bijih, kekhawatiran engineering, menghancurkan, dan persyaratan infrastruktur. Proporsi endapan yang dapat diekstrak secara ekonomis bergantung pada faktor pengayaan bijih di daerah tersebut.
Untuk mendapatkan akses ke endapan mineral dalam suatu area, seringkali perlu menambang melalui atau menghapus bahan limbah yang tidak langsung berminat. Pergerakan total bijih dan limbah merupakan proses pertambangan. Seringkali lebih banyak limbah daripada bijih yang ditambang selama umur tambang, tergantung pada sifat dan lokasi tubuh bijih. Penghapusan dan penempatan limbah adalah biaya besar dalam operasi pertambangan.
Keadaan umum, ukuran, dan bentuk endapan bijih besi ditentukan selama fase eksplorasi. Pengetahuan tentang endapan ditentukan secara lebih rinci melalui pekerjaan pengembangan. Seringkali diperlukan selama pengembangan tambang untuk menentukan, secara cukup rinci, posisi dan sifat struktur geologi yang mempengaruhi distribusi dan ketersediaan bijih.
Setelah informasi rinci yang cukup diperoleh, berbagai kombinasi rencana operasi dipelajari menggunakan peta dan potongan yang disiapkan untuk tujuan ini. Ini menunjukkan ukuran dan bentuk tubuh bijih, komposisi bijih, dan hasil uji laboratorium. Dari representasi grafis ini, kuantitas bijih dan bahan limbah ditentukan dengan penerapan faktor berat volume. Komputer biasanya digunakan dalam penyusunan estimasi tonase dan dalam penyusunan rencana pertambangan rinci. Dengan menggunakan sistem ini, evaluasi komparatif berbagai metode dan rencana pertambangan dilakukan untuk menentukan rencana paling menguntungkan untuk setiap endapan tertentu dan untuk menjadwalkan pertambangan endapan tersebut.
Oleh karena itu, perlu merencanakan produksi tambang sehingga menghasilkan aliran bijih besi yang stabil yang komposisinya konsisten mendekati grade target. Kebutuhan ini mendorong proses mengembangkan prospek eksplorasi menjadi proyek pertambangan yang viable. Karena komposisi endapan bijih hanya dapat diambil sampel secara kasar sebelum pertambangan, dan karena kondisi ekonomi dan keuangan cenderung sangat fluktuatif, rencana tambang apa pun paling baik bersifat sementara, tunduk pada revisi berdasarkan pengetahuan yang berubah tentang endapan bijih seiring terpapnya secara progresif selama operasi pertambangan.
Pengembangan dan perencanaan tambang tidak berhenti saat produksi dimulai, karena kebutuhan untuk merespons kondisi yang berubah sebagai akibat dari terungkapnya pengetahuan tentang tubuh bijih, yang dihasilkan sebagai lebih banyak lubang bor memberikan lebih banyak uji yang terdistribusi di seluruh volume tubuh bijih saat ditambang.
Perencanaan, pengembangan, dan operasi tambang open pit biasanya didasarkan pada model blok persegi panjang. Model blok ini terdiri dari serangkaian blok persegi panjang, dengan dimensi yang sesuai dengan unit tambang terkecil, misalnya 50 meter persegi secara horizontal oleh 10 meter secara vertikal. Untuk setiap blok, estimasi dibuat untuk grade (besi, ditambah masing-masing kontaminan seperti alumina, silica, dan fosfor).
Model blok adalah sistem informasi yang berkembang dan adaptif. Awalnya didasarkan pada interpolasi data dari sampel yang diambil selama bor eksplorasi. Selama pengembangan dan operasi tambang, model blok secara terus-menerus direvisi dengan bor infill, data dari lubang ledakan yang dibor untuk meletakan peledak, dan dari uji bijih yang ditambang saat dihancurkan dan dianalisis. Pada setiap tahap operasi, keputusan pemilihan dan sequensi pertambangan harus didasarkan pada informasi model blok yang tidak sempurna yang saat ini tersedia, untuk menghasilkan bijih untuk pengiriman yang cocok dengan grade target dalam toleransi yang ditentukan.
Pertambangan Open Pit
Metode pertambangan permukaan dirancang untuk mengekstrak bijih dari endapan permukaan. Endapan bijih diekspos dengan menyisipkan lapisan tanah, terkadang hanya beberapa meter tebal. Bahan yang perlu disisipkan dikenal sebagai "overburden". Overburden dapat terdiri dari bahan tidak terkonsolidasikan, batuan, lempung, kerikil, dan bahan bijih kurus. Kedalaman pertambangan open pit dilakukan tergantung pada grade bijih, sifat overburden, dan stripping ratio. Stripping ratio adalah jumlah overburden dan limbah yang harus ditangani untuk setiap unit bijih yang ditambang. Ini digambarkan sebagai unit overburden yang harus dihapus untuk setiap unit bijih mentah yang ditambang. Stripping ratio meningkat dengan kualitas bijih yang ditambang dan faktor biaya terkait beneficiasi dan transportasi.
Stripping ratio ekonomis bervariasi sangat dari tambang ke tambang, tergantung pada sejumlah faktor. Dalam hal bijih langsung pengiriman, mungkin setinggi 6:1 atau 7:1. Dalam hal bijih grade rendah, stripping ratio kurang dari 1,5:1 seringkali dianggap sebagai batas ekonomis.
Untuk pertambangan bijih besi, penting untuk membuka area tambang dengan terlebih dahulu menyisipkan overburden. Overburden dimuat oleh scoop hydraulik besar ke dalam truk produksi, yang mengangkutnya ke contour dumps. Dump ini dirancang secara lingkungan untuk cocok dengan area sekitar.
Dalam pertambangan open pit, penghapusan overburden dapat berlanjut melalui sebagian besar umur tambang saat dinding tambang dipotong kembali untuk mengizinkan kedalaman tambang untuk merekayakan bijih di dasar. Bahan tidak terkonsolidasikan diupah oleh scoop listrik, dragline, atau scraper listrik, tergantung pada kondisi lokal. Bahan lain biasanya diupah dengan scoop listrik.
Bijih ditambang dari open pit besar dengan ekstraksi progresif melalui langkah atau benches. Benches menyediakan akses ke bijih yang semakin dalam, saat bijih level atas dihapus. Setelah tanah dan batuan di atasnya dibersihkan, bijih dibor dan diledakkan. Tujuan peledakan adalah untuk mengekspos tubuh bijih untuk ekstraksi atau untuk membuat pendekatan (jalan horizontal) yang dapat digunakan untuk mengakses tubuh bijih. Peledakan juga digunakan untuk memecah bijih.
Pemboran dan peledakan dilakukan untuk memecah bahan terkonsolidasikan menjadi ukuran yang dapat ditangani oleh peralatan pertambangan serta fasilitas menghancurkan dan menyaring. Ini juga terkadang dilakukan untuk melegakan bank bijih di depan scoop listrik untuk meningkatkan efisiensi pemuatan.
Bagian tubuh bijih yang akan dihapus terlebih dahulu dibor dalam pola tertentu. Pemboran dilakukan dengan rig bor mekanis besar. Tujuan utama operasi pemboran adalah untuk membuat lubang dengan diameter, kedalaman, dan arah yang sesuai dalam batuan untuk meletakan peledak untuk aktivitas peledakan. Biasanya lubang ledakan yang dibor berdiameter 400 mm dan dalam sekitar 10-12 meter. Sekitar 400 lubang dibor dalam pola peledakan.
Sebelum peledakan, lubang yang telah dibor diisi dengan campuran peledak. Persyaratan utama untuk peledak yang digunakan dalam peledakan tambang adalah kemampuan untuk mencapai pembakaran lengkap tanpa pasokan oksigen eksternal. Di masa lalu, peledak yang digunakan dalam peledakan terdiri dari nitroglycerin, bahan karbon, dan agen oksidasi. Saat ini, peledak yang paling umum digunakan adalah campuran pupuk ammonium nitrate dan minyak tanah (disebut ANFO). Peledak diledakkan oleh kapsul peledak peledak tinggi dan/atau primer. Dalam beberapa kasus, kartus peledak emulsion atau gel digunakan.
Setelah disiapkan, situs tambang dibersihkan dari pekerja dan peralatan, dan peledakan diledakkan. Setiap lubang diledakkan hanya satu milisanebel terpisah, menghasilkan tumpukan bijih besi mentah yang pecah menjadi ukuran minus 2 m x 2 m. Lubang yang luas di tanah yang dibuat oleh pemboran, peledakan, dan penghapusan bijih disebut sebagai "open pits".
Setelah peledakan, bijih yang pecah dikenal sebagai run of mine (ROM) ore. ROM ore dimuat oleh scoop listrik besar, excavator hydraulik, atau front-end loader ke dalam truk dump kapasitas besar, yang mengangkutnya ke stasiun menghancurkan dan menyaring.
Penghancuran dan Penyaringan
Bijih besi grade yang dapat diperjualbelikan harus diukur dengan benar sebelum diisi ke blast furnace. Teknologi blast furnace saat ini umumnya memerlukan penghancuran dan penyaringan bijih lump charge langsung yang lebih halus dari 10 mm dan lebih kasar dari 30 mm. Ukuran tertentu yang dipilih berdasarkan karakteristik bijih dan ditetapkan untuk menjaga permeabilitas stack yang tinggi serta memberikan waktu yang cukup untuk reduksi bahan yang lebih kasar. Oleh karena itu, penghancuran dan penyaringan merupakan bagian integral dari fasilitas produksi bijih.
Banyak tambang menggunakan dua hingga tiga tahap penghancuran. Beberapa tambang memiliki crusher primer yang terletak di tambang, menggunakan konveyor untuk mengangkut bijih yang dihancurkan ke crusher sekunder dan tersier atau langsung ke pabrik. Tahap penghancuran akan mengurangi bijih besi dari beberapa kaki diameter pada tahap primer hingga enam inci menjadi separuh atau tiga delapan inci sebagai produk akhir. Produk crusher diumpankan ke operasi milling untuk pengurangan ukuran lebih lanjut.
Penghancuran biasanya melibatkan crusher rahang primer dengan crusher sekunder yang beroperasi dalam rangkaian tertutup dengan ayakan getar. Pemilihan peralatan ditentukan secara besar oleh friabilitas bijih. Sebagian besar operasi penyaringan pada bijih grade tinggi adalah kering kecuali ketika fraksi halus dapat diupgrade secara efektif oleh de-sliming.
Halus minus 10 mm yang dihasilkan oleh penghancuran dan penyaringan paling umum diaglomerasi oleh sintering, atau terkadang digiling untuk pelletizing.
Program pertambangan di setiap tambang dikembangkan untuk menghasilkan produk yang seragam. Meskipun ada banyak langkah penanganan yang terlibat dalam sebagian besar sistem pemuatan dan pengiriman, mereka sering tidak memberikan cukup campuran untuk memenuhi standar jaminan kualitas yang sekarang diperlukan oleh pabrik baja, terutama jika konsistensi ukuran dan standar kimia ditentukan. Fasilitas blending dan load out yang canggih sekarang hampir secara universal disediakan di tambang bijih besi.
Sistem stacking dan reclaiming digunakan cukup sering. Stacking menghasilkan berlahan bijih besi. Setiap berlahan berikutnya mewakili bijih besi yang mungkin berbeda dalam konsistensi ukuran atau komposisi kimia dari berlahan yang berdekatan. Tumpukan panjang dibangun hingga ketinggian yang dibatasi oleh kemampuan stacking mesin. Bijih kemudian dapat direclaim untuk digunakan oleh excavator roda ember, front-end loader, atau scraper cross conveyor. Penghapusan bijih dari wajah tumpukan menghasilkan aliran bahan yang merupakan campuran seragam bijih dari semua berlahan. Bijih yang telah dicampur kemudian dikirim ke pelanggan.
Langkah-langkah berbeda dalam pertambangan ditunjukkan dalam Fig 1.
Fig 1 Langkah-langkah pertambangan open pit bijih besi
Isu Lingkungan
Bahan yang dihasilkan sebagai akibat pertambangan open pit termasuk overburden, batuan limbah, dan air tambang. Limbah lain dapat mencakup jumlah kecil minyak dan lemak yang tumpah selama ekstraksi. Air tambang biasanya mengandung konstituen terlarut atau tersuspensi yang mirip dengan yang ditemukan dalam tubuh bijih itu sendiri. Ini dapat melacak aluminium, antimoni, arsenik, berilium, kadmium, kromium, tembaga, mangan, nikel, selenium, perak, sulfur, titanium, dan seng.
Air menyebabkan berbagai masalah dalam operasi pertambangan bijih besi. Kecuali dalam kasus jarang, seperti pertambangan puncak bukit atau pertambangan di bawah kondisi gurun, air harus dikumpulkan dalam sumur, bor, atau galian bawah tanah dan dipompa keluar dari tambang. Air drainase seperti ini sering digunakan langsung untuk menggantikan kehilangan air dalam operasi konsentrasi.
