نوآوری بی‌آب برای آینده سنگ‌آهن

به گزارش پایگاه خبری «معدن نامه»، کاهش تدریجی ذخایر پرعیار سنگ‌آهن، افزایش هزینه‌های تولید و محدودیت روزافزون منابع آب، صنایع جهانی معدن و فولاد را به سمت توسعه فناوری‌های نوین فراوری با حداقل مصرف آب سوق داده است. در این میان، فناوری جدایش مغناطیسی خشک ریزدانه (Fine Dry Magnetic Separation – FDMS) به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های فراوری سنگ‌آهن، جایگاه ویژه‌ای پیدا کرده است. این فناوری امکان فراوری اقتصادی کانسنگ‌های کم‌عیار و ریزدانه را بدون نیاز به آب فراهم می‌کند و ازاین‌رو به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان که با تنش آبی مواجه‌اند، اهمیت راهبردی یافته است.

اساس عملکرد فناوری FDMS بر اختلاف خواص مغناطیسی کانی‌های موجود در خوراک استوار است. در این فرایند، کانی‌های دارای خاصیت مغناطیسی نظیر مگنتیت و هماتیت از کانی‌های باطله عمدتاً دیامغناطیس مانند کوارتز و سایر سیلیکات‌ها جدا می‌شوند. برای دست‌یابی به راندمان مطلوب، خوراک ابتدا تا رطوبت کمتر از دو درصد خشک شده و سپس به دانه‌بندی مناسب، معمولاً کمتر از ۱۵۰ میکرومتر، خردایش و آماده‌سازی می‌شود. ماده معدنی پس از ورود به مدار جدایش، تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی با شدت و گرادیان بالا قرار می‌گیرد و ذرات با قابلیت مغناطیسی بیشتر از جریان مواد جدا می‌شوند. مهم‌ترین تجهیزات مورداستفاده در این فناوری، جداکننده‌های مغناطیسی غلتکی با آهنرباهای عناصر نادر خاکی (Rare Earth Roll Separator) و جداکننده‌های مغناطیسی گرادیان بالا هستند. در این تجهیزات، میدان مغناطیسی توسط آهنرباهای دائمی نئودیمیوم-آهن-بور (NdFeB) ایجاد می‌شود که شدت آن معمولاً در محدوده ۸۰۰۰ تا ۱۶۰۰۰ گوس قرار دارد. ترکیب شدت میدان بالا و گرادیان مغناطیسی زیاد امکان بازیابی مؤثر ذرات ریز و حتی کانی‌های با خاصیت مغناطیسی ضعیف نظیر هماتیت را فراهم می‌سازد. در مقیاس صنعتی، این جداکننده‌ها به‌صورت ماژولار و در تعداد زیاد به‌صورت موازی نصب می‌شوند تا ظرفیت‌های فراوری چند میلیون تنی در سال حاصل شود.

در سال‌های اخیر توسعه صنعتی این فناوری با سرعت قابل‌توجهی دنبال شده است. یکی از موفق‌ترین نمونه‌های تجاری آن توسط شرکت Vale در برزیل توسعه یافته است. این شرکت از طریق فناوری توسعه‌یافته توسط واحد New Steel توانسته است خوراکی با عیار حدود ۴۰ درصد آهن را به کنسانتره‌ای با عیار بیش از ۶۸ درصد تبدیل کند، بدون آنکه از آب در فرایند استفاده شود یا باطله‌تر تولید گردد. در برخی واحدهای صنعتی این شرکت بیش از ۲۴۰ ماژول جدایش مغناطیسی به‌صورت هم‌زمان فعالیت می‌کنند که نشان‌دهنده قابلیت بالای مقیاس‌پذیری این فناوری است. هم‌زمان با توسعه فناوری در برزیل، شرکت‌های دیگری نیز در زمینه فراوری خشک سنگ‌آهن فعالیت گسترده‌ای داشته‌اند. شرکت DryFlow Magnetics در استرالیا با توسعه سامانه اختصاصی نوار مغناطیسی دینامیک، امکان تولید کنسانتره‌های با عیار بالاتر از ۶۷ درصد آهن را از کانسنگ‌های کم‌عیار هماتیتی و مگنتیتی فراهم کرده است. همچنین شرکت Great Magtech در چین در زمینه طراحی و ساخت جداکننده‌های الکترومغناطیسی خشک برای ذرات بسیار ریز فعالیت می‌کند و شرکت BGRIMM-MAT نیز با توسعه نسل جدیدی از جداکننده‌های خشک با ظرفیت بالا، امکان فراوری چند هزار تن ماده معدنی در ساعت را فراهم کرده است.

کاربرد اصلی فناوری FDMS در فراوری ذخایر کم‌عیار سنگ‌آهن، بازیابی سنگ‌آهن هماتیتی، تولید خوراک مناسب برای واحدهای احیای مستقیم و بهره‌برداری از ذخایر واقع در مناطق کم‌آب است. این فناوری به‌ویژه برای کشورهایی نظیر ایران، عربستان سعودی، هند و مصر که هم‌زمان دارای ذخایر قابل‌توجه سنگ‌آهن و محدودیت منابع آبی هستند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. علاوه بر این، حذف کامل مصرف آب و تولید باطله خشک موجب شده است که بسیاری از شرکت‌های معدنی از این فناوری به‌عنوان راهکاری برای کاهش ریسک‌های زیست‌محیطی و حذف سدهای باطله استفاده کنند.

مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی فناوری FDMS قابل‌توجه است. مهم‌ترین مزیت این فناوری حذف کامل مصرف آب فرایندی و در نتیجه حذف زیرساخت‌های مرتبط با تأمین و انتقال آب و بازیافت و تصفیه پساب است. همچنین به دلیل عدم تولید پالپ، نیاز به تجهیزات پرهزینه‌ای نظیر تیکنرها، پمپ‌های انتقال پالپ، فیلترها و واحدهای آبگیری از بین می‌رود. از سوی دیگر، تولید باطله خشک به معنای حذف سدهای باطله و کاهش چشمگیر ریسک‌های ایمنی و زیست‌محیطی مرتبط با آن‌هاست. این موضوع پس از حوادث متعدد شکست سدهای باطله در جهان، اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده و به یکی از عوامل اصلی توسعه فناوری‌های خشک تبدیل شده است.

از نظر فنی نیز این فناوری امکان بازیابی اقتصادی ذخایر کم‌عیار و ریزدانه را فراهم می‌کند. حساسیت بالای سامانه‌های جدایش مغناطیسی به اختلاف خواص مغناطیسی کانی‌ها سبب می‌شود که حتی کانسنگ‌های هماتیتی با عیار پایین و برخی باطله‌های قدیمی که در گذشته فاقد ارزش اقتصادی تلقی می‌شدند، به منابع قابل بهره‌برداری تبدیل شوند. علاوه بر این، حذف بخش عمده تجهیزات مدارتر موجب کاهش مصرف انرژی، ساده‌سازی فرایند بهره‌برداری و کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود. با وجود مزایای متعدد، فناوری FDMS همچنان با برخی چالش‌های فنی مواجه است. یکی از مهم‌ترین محدودیت‌ها کاهش کارایی جدایش در ابعاد بسیار ریز، به‌ویژه کمتر از ۷۵ میکرون است. در این محدوده ابعادی، نیروهای بین‌ذره‌ای نظیر نیروهای واندروالس و الکترواستاتیکی می‌توانند بر نیروهای مغناطیسی غلبه کرده و باعث کاهش راندمان جدایش شوند. همچنین ماهیت خشک فرایند موجب تولید گردوغبار می‌شود که کنترل آن نیازمند استفاده از سیستم‌های پیشرفته غبارگیر، فیلترهای صنعتی و تجهیزات تهویه مناسب است. از سوی دیگر، عملکرد بهینه این فناوری وابستگی زیادی به کنترل دقیق رطوبت، دانه‌بندی و یکنواختی خوراک دارد و هرگونه تغییر در این پارامترها می‌تواند بر راندمان فرایند تأثیرگذار باشد.

از نظر سرمایه‌گذاری نیز فناوری FDMS نیازمند هزینه اولیه نسبتاً زیادی برای تأمین تجهیزات تخصصی، احداث واحدهای خشک‌کن، سیستم‌های انتقال مواد خشک و تجهیزات کنترل گردوغبار است. بااین‌حال، تجربه پروژه‌های صنعتی نشان داده است که این هزینه‌ها در بلندمدت از طریق حذف مصرف آب، حذف سد باطله، کاهش هزینه‌های عملیاتی و کاهش مصرف انرژی جبران می‌شوند. به‌عنوان نمونه، شرکت Vale نخستین واحد پایلوت صنعتی خود را با ظرفیت ۳۰ تن بر ساعت احداث کرد و پس از موفقیت نتایج، سرمایه‌گذاری گسترده‌ای برای توسعه واحدهای صنعتی با ظرفیت میلیون‌تنی انجام داده است. این رویکرد نشان می‌دهد که فناوری فراوری مغناطیسی خشک ریزدانه نه‌تنها از منظر زیست‌محیطی، بلکه از دیدگاه اقتصادی نیز می‌تواند راهکاری پایدار و رقابت‌پذیر برای آینده صنعت سنگ‌آهن و فولاد جهان باشد.

فناوری FDMS را می‌توان یکی از مهم‌ترین فناوری‌های نوظهور در حوزه فراوری مواد معدنی دانست که با فراهم کردن امکان بهره‌برداری از ذخایر کم‌عیار، حذف مصرف آب، کاهش مخاطرات زیست‌محیطی و حذف وابستگی به سدهای باطله، نقش مهمی در تحول صنعت معدن و فولاد ایفا خواهد کرد. با توجه به شرایط اقلیمی بسیاری از کشورهای معدنی از جمله ایران، توسعه و بومی‌سازی این فناوری می‌تواند گامی مؤثر در جهت افزایش بهره‌وری منابع معدنی، کاهش مصرف آب و تحقق توسعه پایدار در بخش معدن باشد.