توصيفگر ها :
تشويه مغناطيسي , منگنز آهن دار , هماتيت , گاز متان , گاز هيدروژن , جدايش مغناطيسي شدت پايين
چكيده فارسي :
فولاد بهعنوان يكي از مهمترين مواد مهندسي، پايهي بسياري از صنايع را تشكيل ميدهد و توليد آن وابسته به تأمين پايدار عناصر كليدي چون آهن و منگنز است. آهن بهعنوان عنصر اصلي فولاد و منگنز بهعنوان يكي از ضروريترين عناصر آلياژي و عامل مؤثر در حذف گوگرد و بهبود خواص مكانيكي فولاد، هر دو نقشي اساسي در اين صنعت دارند. كاهش ذخاير پرعيار و افزايش سهم ذخاير پيچيده، ضرورت بررسي روشهاي نوين پرعيارسازي را دوچندان ساخته است. در اين پژوهش، فرآيند تشويهي مغناطيسي در راكتور بستر ثابت و جدايش مغناطيسي شدتپايين براي دو تيپ كانسنگ متفاوت شامل نمونهي منگنزآهندار و نمونهي هماتيتي بررسي شد. در نمونهي منگنزآهندار، اثر دما و زمان در حضور گازهاي احياكنندهي متان و هيدروژن مورد مطالعه قرار گرفت، در حالي كه در نمونهي هماتيتي تنها متان بهعنوان عامل احياكننده و پارامتر دما ارزيابي گرديد. شناسايي تغييرات فازي و ساختاري با استفاده از آزمونهاي XRF، XRD، VSM، SEM-EDS و مقاطع نازك-صيقلي انجام شد. نتايج نشان داد كه در نمونهي منگنزآهندار، هرچند هماتيت به مگنتيت و پيرولوزيت به منگنوزيت تبديل شد و خاصيت مغناطيسي بهطور محسوس افزايش يافت، اما به دليل قفلشدگي شديد ميان فازهاي آهن و منگنز و تشكيل فازهاي اسپينلي، جدايش كامل و انتخابي اين دو عنصر تحقق نيافت. بهترين عملكرد فرآيند در دماي 550 درجهي سانتيگراد، زمان ماند 45 دقيقه، حضور عامل احياكنندهي هيدروژن و در اندازه ذرات كوچكتر از 75 ميكرون حاصل شد. در اين شرايط، عيار منگنز از 77/23 درصد در خوراك اوليه به 52/20 درصد در كنسانتره و 53/26 درصد در باطله تغيير يافت، و عيار آهن از 86/24 درصد در خوراك به 7/36 درصد در كنسانتره و 47/24 درصد در باطله رسيد. همچنين بازيابي منگنز در باطله 89/51 درصد و بازيابي آهن در كنسانتره 7/71 درصد بهدست آمد كه با هدف پژوهش، يعني جدايش همزمان آهن و منگنز بهگونهاي كه منگنز در باطله و آهن در كنسانتره پرعيار شود، مطابقت دارد. در نمونهي هماتيتي، به دليل سادهتر بودن تركيب كانيشناسي و غالب بودن باطلهي سيليسي، آزادسازي مگنتيت مؤثرتر بود و فرآيند تشويه و جدايش مغناطيسي به نتايج مطلوبي منجر گرديد. شرايط بهينه در دماي 600 درجهي سانتيگراد، اندازه ذرات كوچكتر از 38 ميكرون و مدار سهمرحلهاي (رافر–كلينر–اسكونجر) حاصل شد كه طي آن، عيار آهن از 55/30 درصد در خوراك اوليه به 48/65 درصد در كنسانتره افزايش يافت، بازيابي آهن به 88 درصد رسيد و بازيابي وزني نمونه 28/41 درصد بهدست آمد. بهطور كلي، اين تحقيق نشان داد كه فرآيند تشويهي مغناطيسي ميتواند روشي كارآمد براي پرعيارسازي سنگآهنهاي هماتيتي باشد، در حاليكه در نمونههاي منگنزآهندار، قفلشدگي ريزساختاري و تشكيل فازهاي اسپينلي موجب محدوديت در جدايش انتخابي و دستيابي به كنسانترهي پرعيار ميگردد. بر اين اساس، طراحي و بهينهسازي پارامترهاي عملياتي بايد بهصورت كانسنگمحور و متناسب با ويژگيهاي كانيشناسي هر تيپ انجام شود.
چكيده انگليسي :
Steel, as one of the most important engineering materials, forms the foundation of many industries. Its production depends on the reliable supply of key elements such as iron and manganese. Iron, as the main constituent of steel, and manganese, as an essential alloying and desulfurizing agent that improves the mechanical properties of steel, both play crucial roles in this industry. The depletion of high-grade deposits and the increasing proportion of complex ores have made the investigation of advanced beneficiation methods increasingly important. In this study, the process of magnetic roasting in a fixed-bed reactor followed by low-intensity magnetic separation was investigated for two different ore types: a Fe–Mn-bearing ore and a hematitic ore. For the Fe–Mn-bearing sample, the effects of temperature and residence time were studied using methane and hydrogen as reducing gases, whereas for the hematitic sample, only methane was used and temperature was the main variable. Phase and microstructural transformations were characterized and verified by XRF, XRD, VSM, SEM–EDS, and reflected-light microscopy on thin-polish sections.The results indicated that in the Fe–Mn-bearing sample, although hematite was successfully reduced to magnetite and pyrolusite to manganosite, the strong microstructural interlocking between Fe and Mn phases, along with the formation of spinel-type structures, restricted complete selective separation. The best process performance was achieved at 550 °C, a residence time of 45 minutes, under hydrogen atmosphere, and for particle sizes below 75 µm. Under these conditions, the manganese grade changed from 23.77 % in the feed to 20.52 % in the concentrate and 26.53 % in the tailing, while the iron grade changed from 24.86 % in the feed to 36.7 % in the concentrate and 24.47 % in the tailing. The manganese recovery in the non-magnetic tailing was 51.89 %, and the iron recovery in the magnetic concentrate was 71.7 %, confirming the successful selective separation of iron into the concentrate and manganese into the tailing, in accordance with the objective of this research.In the hematitic sample, due to its simpler mineralogical composition and silica-dominated gangue, magnetite liberation was more effective, and the magnetic roasting–separation process yielded favorable results. Optimum conditions were obtained at 600 °C, for particle sizes below 38 µm, using a three-stage magnetic separation circuit (rougher–cleaner–scavenger). Under these conditions, the iron grade increased from 30.55 % in the feed to 65.48 % in the concentrate, with an iron recovery of 88 % and a total weight recovery of 41.28 %, indicating the effectiveness of multi-stage magnetic separation in improving fine liberation and recovery.Overall, this study demonstrated that magnetic roasting can serve as an effective method for upgrading hematitic iron ores, whereas in Fe–Mn-bearing ores, microstructural interlocking and spinel formation act as inherent limitations preventing complete selective separation. Therefore, optimization of roasting and magnetic separation parameters should be ore-specific and designed according to the mineralogical and textural characteristics of each ore type.