Pemisahan Magnet & Pengolahan Bijih Besi: Teknik Konsentrasi Besi yang Efisien

Pemisahan Magnet dan Pengolahan Bijih Besi

Pemisahan magnet adalah teknik lama untuk konsentrasi bijih besi dan untuk pengeluaran besi sampingan. Sejak 1849, sejumlah paten pada pemisahan magnet telah diterbitkan di USA, dan teks beberapa paten sebelum 1910 menggambarkan berbagai pemisah magnet untuk pengolahan mineral.

Metode pemisahan magnet digunakan untuk memanfaatkan perbedaan dalam properti magnetik untuk memisahkan bijih besi dari materi gangue non-magnetik yang terkait. Pemisahan magnet dapat dilakukan dalam lingkungan kering atau basah, meskipun sistem basah lebih banyak digunakan.

Pemisahan magnet adalah pemisahan fisik partikel diskrit berdasarkan kompetisi tiga arah antara gaya tarik (i) gaya magnetik, (ii) gaya gravitasi, drag hidrodinamis, gesekan, atau inersia, dan (iii) gaya inter-partikel menarik atau menolak. Gaya-gaya ini menggabungkan untuk bertindak secara berbeda pada partikel dengan properti magnetik yang berbeda dalam bahan umpan. Fig 1 menunjukkan prinsip pemisahan magnet.

Fig 1 Prinsip pemisahan magnet

Gaya di dalam pemisah magnet yang bersaing dengan gaya magnetik dan bertindak pada semua partikel yang melalui pemisah adalah gaya gravitasi, drag hidrodinamis, gesekan, dan inersia. Bergantung pada jenis pemisah magnet, beberapa gaya ini dapat memiliki pentingnya lebih besar atau lebih kecil.

Gaya gravitasi signifikan untuk partikel besar sementara gaya drag hidrodinamis signifikan untuk partikel kecil. Oleh karena itu, dalam pemisah magnet yang memperlakukan partikel besar dalam bentuk kering, bahan umpan melewati gaya gravitasi. Gaya magnetik perlu cukup untuk menahan partikel magnetik melawan gaya gravitasi yang bersaing. Dalam pemisah basah untuk partikel kecil, gaya magnetik perlu lebih besar dari gaya drag hidrodinamis yang diterapkan oleh aliran slurri pada partikel yang terjebak.

Kompetisi antara gaya magnetik dan gaya yang bersaing dalam pemisah magnet menentukan kemungkinan partikel magnetik terjebak atau dipulihkan dalam pemisah magnet. Gaya inter-partikel, yaitu antara partikel magnetik dan non-magnetik, menentukan konsentrasi produk pemisahan magnet. Jika gaya di antara partikel lebih besar dari gaya magnetik dan yang bersaing, maka banyak partikel non-magnetik kemungkinan terjebak bersama dengan partikel magnetik. Sebaliknya, banyak partikel magnetik dapat dibawa bersama dengan partikel non-magnetik dan gagal untuk terjebak.

Untuk mencapai pemulihan partikel magnetik yang tinggi, gaya pemisahan magnetik harus lebih besar dari jumlah gaya yang bersaing. Jika, bagaimanapun, gaya magnetik jauh lebih besar dari gaya yang bersaing, selektivitas pemisahan buruk, karena tidak ada perbedaan yang dibuat di antara berbagai partikel yang dapat dimagnetkan. Selektivitas proses harus ditentukan secara kritis oleh nilai relatif gaya magnetik dan yang bersaing yang dipengaruhi oleh pilihan yang benar dari pemisah itu sendiri dan parameter operasinya.

Gaya magnetik, yang bersaing, dan inter-partikel operasional menentukan kinerja pemisah. Gaya-gaya ini tergantung pada baik sifat bahan yang akan dipisah maupun karakteristik pemisah magnet. Sifat bahan meliputi ukurannya dan properti fisik yang dapat mempengaruhi berbagai gaya yang terlibat. Karakteristik pemisah magnet mencakup desain dan parameter variabelnya, terutama medan magnet dan laju proses. Ada hubungan umum antara parameter ini. Juga, gaya magnetik dalam pemisah dapat dimaksimalkan dengan mencocokkan gradien medan magnet dengan ukuran partikel.

Pemisah magnet memisahkan umpan bijih besi menjadi dua atau lebih komponen. Jika tujuan adalah untuk menghasilkan bijih besi konsentrat magnetik maka komponen lain yang non-magnetik adalah tailings. Dalam beberapa kasus ada juga kemungkinan untuk memisahkan komponen ketiga yang kurang magnetik yang disebut middlings. Setiap aliran bahan ini harus diangkut ke, melalui pemisah, atau keluar dari pemisah.

Gaya magnetik dan gravitasi yang bersaing, gesekan, drag hidrodinamis, atau inersia cenderung memisahkan partikel sementara gaya inter-partikel yang menarik cenderung mengurangi tingkat pemisahan. Dalam situasi nyata apa pun untuk pemisahan baik partikel magnetik maupun non-magnetik biasanya juga ditemukan dalam tailings, atau middlings, dan hanya dalam kasus limitasi pemisahan magnet lengkap mungkin. Efisiensi pemisahan magnet biasanya dinyatakan oleh baik pemulihan (rasio materi magnetik dalam bijih konsentrat relatif terhadap yang dalam bahan umpan), dan grade (pecahan materi magnetik dalam bijih konsentrat). Ini adalah dua ukuran independen yang biasanya digunakan untuk efektivitas pemisah magnet. Ukuran ini tergantung pada magnitudo relatif gaya tarik magnetik, gravitasi, drag hidrodinamis, gesekan atau inersia, dan gaya inter-partikel menarik atau menolak.

Dalam pemisahan magnet, meskipun kondisi pemisahan yang efisien didefinisikan dengan jelas, ada komplikasi karena pentingnya relatif gaya ditentukan terutama oleh ukuran partikel. Ini terutama karena gaya yang bersaing memiliki ketergantungan pada ukuran partikel. Dalam pemisahan magnet kering, gaya drag biasanya memiliki efek yang dapat diabaikan pada ukuran partikel dan oleh karena itu, sebagai aturan, tidak memiliki pengaruh yang signifikan pada efisiensi pemisahan. Sebaliknya, ukuran partikel memiliki ketergantungan yang signifikan pada gaya magnetik dan gaya gravitasi selama pemisahan magnet kering. Di sisi lain, dalam pemisahan basah di mana gaya drag hidrodinamis dapat penting, selektivitas pemisahan sangat dipengaruhi oleh distribusi ukuran partikel. Dengan berkurangnya ukuran partikel pentingnya relatif gaya drag hidrodinamis meningkat dibandingkan dengan gaya magnetik.

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

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

Ada berbagai jenis pemisah magnet yang telah dirancang untuk memungkinkan medan magnet yang diperlukan berdasarkan bijih yang akan diolah bersama dengan kriteria lainnya. Pemisah magnet secara luas dikategorikan ke dalam dua kelompok yaitu (i) low Intensity, dan (ii) high Intensity. Kedua kelompok dapat berupa operasi basah atau kering. Beberapa jenis pemisah magnet yang umum digunakan adalah (i) pemisahan magnet low intensity basah dan kering (LIMS), (ii) pemisahan magnet gradien tinggi (HGMS), (iii) pemisahan magnet high intensity basah (WHIMS), (iv) pemisah gulungan magnet untuk pengolahan bijih magnet lemah, dan (v) pemisahan magnet gulungan induksi (IRMS) untuk konsentrasi bijih kering. Medan magnet biasanya dihasilkan oleh salah satu dari beberapa cara seperti (i) magnet permanen, (ii) elektromagnet dengan beban besi, (iii) solenoida dan (iv) magnet superkonduktor.

Operasi pemisahan magnet sering dikategorikan sebagai low atau high intensity. Pemisah low intensity menggunakan medan magnet yang berkisar antara 0,1 Tesla hingga 0,3 Tesla. Teknik low intensity biasanya digunakan pada bijih magnetit sebagai metode pemisahan yang murah dan efektif. Pemisah high intensity menggunakan medan yang kuat hingga 1 Tesla hingga 2 Tesla. Metode ini digunakan untuk memisahkan bijih besi yang lemah magnetik seperti hematit, dari materi gangue non-magnetik atau kurang magnetik. Faktor lain yang penting dalam menentukan jenis sistem pemisah magnet yang akan digunakan meliputi ukuran partikel dan kandungan padatan dari slurri bijih umpan.

Pemisah magnet secara umum dikelompokkan sebagai pemisah magnet low intensity kering/basah, pemisah magnet high intensity kering/basah, dan pemisah magnet gradien tinggi. Pengelompokan berdasarkan intensitas medan magnet ditunjukkan di Fig 2. Selain itu, ada beberapa pemisah, yang juga termasuk dalam kelompok high intensity kering, seperti pemisah gulungan magnet permanen, pemisah isodinamik, pemisah gradien terbuka, pemisah/filter gradien tinggi getaran, dan pemisah gradien tinggi superkonduktor. Pemisah magnet high intensity kering memiliki kekuatan medan magnet yang lebih tinggi yang diberikan baik oleh magnet permanen atau melalui medan magnet yang diinduksi untuk memisahkan partikel berdasarkan kepekaan magnetiknya.

Fig 2 Pengelompokan pemisah magnet berdasarkan intensitas medan magnet

Meskipun ada beberapa pengelompokan pemisah magnet, prinsip pemisahan oleh dua jenis pemisah (drum, dan high intensity) dijelaskan di sini. Pemisah drum adalah representatif dari pemisah magnet gradien rendah konvensional. Dalam pemisah tersebut (Fig 3) bahan umpan kering diperkenalkan di atas drum yang berputar. Partikel bijih dibawa ke bawah sepanjang tindakan gabungan gaya gravitasi dan gesekan yang mentransfer rotasi drum ke partikel. Gaya magnetik yang dihasilkan oleh magnet stasioner di dalam drum menahan partikel yang lebih tinggi magnetik terhadap drum yang berputar. Partikel ini dijatuhkan ke kanan saat drum melewati ujung magnet. Partikel non-magnetik jatuh bebas dari drum ke kiri. Pemisah semacam ini dapat menggunakan magnet permanen atau elektromagnet. Pemisah magnet yang serupa dengan ini banyak digunakan untuk pengolahan bijih besi yang mengandung magnetit.

Fig 3 Contoh dua jenis pemisah magnet

Fig 3 juga menunjukkan representasi skematik pemisah magnet high intensity. Dalam pemisah magnet gradien tinggi ini, magnet yang dirancang untuk menghasilkan medan yang kuat dan dapat disesuaikan dalam volume wadah digunakan. Volume ini dipenuhi dengan matriks materi feromagnetik filamen. Gaya magnetik yang kuat yang dihasilkan oleh gradien medan yang tinggi di tepi filamen efektif dalam menangkap partikel yang sangat halus (kurang dari 100 mikron) dari bahkan zat yang lemah magnetik. Filamen ini dipilih untuk cocok dengan ukuran partikel umpan guna mengoptimalkan gaya magnetik. Umpan bijih besi, dalam slurri cair (biasanya air), dilewatkan ke bawah melalui wadah. Cair dan partikel non-magnetik melewati struktur matriks yang cukup terbuka dengan mudah. Partikel magnetik yang terjebak mudah dicuci saat medan yang diterapkan dikurangi ke nol. Pemisah magnet jenis ini berguna untuk konsentrasi atau pengeluaran partikel magnetik halus saat pengolahan bijih besi untuk umpan pelet.

Pemisah magnet adalah bagian integral dari sistem pengolahan bijih besi rendah grade. Pangsit bijih besi rendah grade untuk meningkatkan magnetisasi (yaitu konversi hematit ke magnetit) memperluas aplikabilitas pemisah magnet konvensional. Pemisah magnet juga digunakan dalam aplikasi daur ulang besi tertentu.

Jenis Pemisah Magnet

Ada beberapa jenis pemisah magnet yang digunakan untuk pengolahan bijih besi. Yang paling umum adalah pemisah drum kering dan basah yang digunakan untuk pengolahan bijih besi. Pemisah gulungan induksi digunakan untuk memperlakukan bijih besi yang lemah magnetik, sementara pemisah roda paling sering digunakan untuk pengeluaran besi sampingan dari berbagai umpan. Pemisah ini menggunakan magnet permanen atau elektromagnet dan beroperasi dalam mode kontinu. Pemisah drum dan pemisah magnet gradien tinggi dijelaskan lebih detail di bawah ini.

Pemisah Drum – Pemisah drum berbagai jenis mungkin merupakan jenis pemisah magnet yang paling umum digunakan. Jenis-jenis ini termasuk roda, drum kering, drum basah, dan gulungan konkuren, rotasi berlawanan, dan arus berlawanan tipe pemisah roda.

Pemisah drum kering, gulungan induksi, dan roda bekerja seperti pemisah yang ditunjukkan di Fig 3 dan dijelaskan sebelumnya dalam artikel. Umpan kering dilempar ke satu sisi atau sisi lain dari drum atau roda tergantung pada magnitudo relatif gaya magnetik, sentrifugal, atau gravitasi yang bekerja pada partikel. Dengan jenis pemisah ini, mungkin untuk memulihkan fraksi middling. Partikel middling tertarik lebih lemah oleh gaya magnetik daripada partikel konsentrat dan oleh karena itu dibuat jatuh ke tangki antara tangki konsentrat dan tailings. Middling ini umumnya terdiri dari partikel yang sebagian terliberasi yang berisi komponen magnetik dan non-magnetik. Karena penggerusan bijih mahal, sering kali ekonomis untuk memperlakukan bijih awalnya dengan pemisah drum kering dan menggiling ulang fraksi middling sebelum memproses ulang secara magnetik.

Pemisah drum kering digunakan untuk memperlakukan partikel yang kecil hingga 100 mikron. Kinerja pemisah ini dalam menghasilkan konsentrat sangat dipengaruhi oleh kandungan air bijih umpan. Jika kandungan air tinggi, partikel kecil dapat menempel pada partikel yang lebih besar resulting in pemisahan yang tidak lengkap. Karena drum non-magnetik di Fig 1 berputar melewati kutub stasioner magnet di dalam drum dapat dilihat bahwa partikel magnetik mengalami gaya dengan magnitudo yang bervariasi saat berjalan di permukaan drum. Variasi ini dalam kekuatan gaya magnetik dapat menghasilkan gerakan guling partikel yang terjebak yang membantu dalam pemisahan mereka dari partikel non-magnetik yang tidak diinginkan. Pembalikan medan magnet di antara kutub magnet juga menghasilkan rotasi partikel dengan momen yang tersisa. Gerakan spesifik partikel sangat tergantung pada ukuran partikel.

Ada tiga jenis utama pemisah drum basah (Fig 4). Ini adalah (i) konkuren, (ii) rotasi berlawanan, dan (iii) arus berlawanan tipe. Magnet di dalam drum seperti yang ditunjukkan di Fig 3 dan mencakup sekitar sama busur dengan panah yang menunjukkan rotasi. Dalam pemisah magnet drum konkuren slurri umpan dilewatkan melalui selokan dalam arah yang sama dengan rotasi drum. Partikel magnetik ditarik ke permukaan drum yang berputar oleh magnet stasioner di dalam drum. Partikel non-magnetik tenggelam ke titik terendah di selokan dan diambil sebagai tailings. Konsentrat magnetik dibawa oleh drum yang berputar ke atas weir ke kanan. Jenis pemisah ini menghasilkan konsentrat grade tinggi untuk partikel dengan urutan beberapa milimeter diameter. Pemisahan relatif bersih karena partikel magnetik dipengaruhi oleh gaya magnetik dan drag hidrodinamis yang bersaing sepanjang periferi drum. Pembersihan ini terjadi meskipun variasi gaya karena kutub bergantian di dalam drum tidak menghasilkan tingkat gerakan partikel yang sama pada drum seperti yang terlihat dalam pemisah kering di mana viskositas slurri tidak ada. Karena pemisah tangki konkuren sering menghasilkan tailings di mana jumlah materi magnetik yang relatif besar tetap ada, tailings sering diproses ulang dalam pemisah drum rotasi berlawanan.

Pemisah rotasi berlawanan ditunjukkan di Fig 4. Umpan dilewatkan melalui selokan berlawanan dengan arah rotasi drum. Partikel magnetik diangkat pada permukaan drum dan dibawa ke kiri. Pemisah ini menghasilkan pemulihan tinggi tetapi umumnya dengan konsentrat grade rendah karena sebagian besar partikel magnetik terjebak dalam bagian pendek drum dan tidak ada kesempatan banyak untuk materi partikel yang terjebak untuk melepaskan partikel non-magnetik yang terserap. Pemulihan tinggi juga berasal dari kesempatan partikel untuk diangkat lebih downstream oleh drum dan dibawa kembali sebagai konsentrat. Pemisah semacam ini biasanya memperlakukan partikel hingga 100 mikron. Karena kemampuannya untuk mengambil partikel magnetik yang tidak segera terserap, pemisah ini memiliki kapasitas yang lebih besar dari tipe konkuren.

Jenis ketiga pemisah drum basah magnetik, drum arus berlawanan, sering digunakan sebagai pemisah finishing karena menghasilkan konsentrat yang sangat bersih dengan pemulihan baik untuk partikel hingga sekitar 70 mikron. Pemisah ini mempertahankan beberapa fitur dari baik tipe konkuren maupun rotasi berlawanan. Pemisah ini ditunjukkan di Fig 4 sebagai pemisah tandem 3 drum. Dalam pemisah ini umpan diperkenalkan di sekitar titik tengah bagian magnetik dari drum. Aliran slurri umpan berlawanan dengan arah rotasi drum sementara partikel yang terserap bergerak dalam arah yang sama. Partikel yang terserap ini dicuci oleh air yang diperkenalkan di sisi kiri tangki. Konsentrat yang dibersihkan meluap ke kiri.

Fitur, yang umum untuk semua pemisah drum basah adalah overflow slurri konsentrat di akhir tangki. Ini diinginkan untuk mencegah partikel magnetik ditarik melalui antarmuka udara-air dan hilangnya partikel magnetik. Dalam beberapa pemisah di mana konsentrat yang telah dikeringkan diinginkan, partikel magnetik ditarik di atas permukaan slurri dan dikuras dari drum. Dalam kasus ini slurri harus diulang untuk memulihkan partikel magnetik yang hilang.

Gaya bersaing utama dalam pemisah drum basah, bagaimanapun, adalah gaya drag hidrodinamis. Ini timbul dari kecepatan relatif slurri atau air cuci yang melewati partikel yang terserap. Dalam pemisah konkuren kecepatan ini sekitar kecepatan periferi sementara dalam pemisah rotasi berlawanan kecepatan ini ditambahkan. Secara umum, kecepatan periferi drum jauh lebih tinggi dari kecepatan slurri. Selain efeknya pada kecepatan drag relatif, kecepatan drum juga mempengaruhi kapasitas pemisah drum. Kecepatan yang lebih rendah menghasilkan kapasitas yang berkurang sementara kecepatan yang lebih tinggi mengurangi pemulihan karena kecepatan drag yang lebih tinggi dan menghasilkan aus yang lebih besar pada permukaan drum.

Beberapa pemisah magnet disebut pemisah high intensity. Ini umumnya menunjuk pada pemisah desain konvensional yang menggunakan magnet yang lebih kuat dari biasanya. Mereka mengembangkan medan magnet high intensity dan mampu menghapus partikel yang tidak merespons pemisah magnet low intensity.

Fig 4 Jenis pemisah drum magnet

Pemisah Gradien Tinggi –

Beberapa jenis pemisah magnet gradien tinggi telah dikembangkan berdasarkan fakta bahwa gradien medan magnet yang tinggi dapat menghasilkan gaya magnetik yang besar. Pemisah ini juga disebut pemisah ‘poros terinduksi’ karena gradien medan dihasilkan dengan menerapkan medan magnet latar belakang yang relatif seragam ke struktur feromagnetik (grid, layar, plat berulur atau bulu baja) dan menginduksi kutub magnetik di tepi yang berorientasi dengan benar. Karena gradien medan magnet yang besar secara umum hanya dapat ada dalam volume kecil pemisah ini dirancang untuk pemisahan partikel magnetik kecil. Menghasilkan gradien yang tinggi dan gaya magnetik yang besar di atas luas permukaan yang cukup besar untuk menangkap jumlah partikel yang praktis adalah masalah besar. Jarum dengan sumbu mereka paralel dengan medan yang diterapkan menghasilkan gradien yang tinggi dalam medan yang relatif rendah tetapi luas permukaan tangkapan yang sangat terbatas. Di sebaliknya filamen yang dimagnetkan tegak lurus terhadap sumbu panjangnya memiliki faktor demagnetisasi yang besar, tetapi luas permukaan yang jauh lebih besar.