Rikastustekniset mahdollisuudet haitallisten kaivannaisjätteiden vähentämiseksi ja jätteiden hyödyntämisen edistämiseksi

Transkriptio

1 Rikastustekniset mahdollisuudet haitallisten kaivannaisjätteiden vähentämiseksi ja jätteiden hyödyntämisen edistämiseksi Geologian tutkimuskeskus KaiHaMe-projektin työpaja

2 Mineraalitekniikka ja materiaalit, GTK Outokumpu Prosessimineralogia Rikastustutkimukset (laboratorio ja koetehdas) Espoo Mineralogia ja isotooppigeologia (GTK Mintec) 2

3 Sisältö Mitä mineraalitekniikka on? Mineraalitekniikka ja kaivannaisjätteet Rikastuksen lähtötiedot Mineraalien hienonnus Rikastusmenetelmät Poiminta/lajittelu Luokitus Vaahdotus Painovoimaerotus Magneettierotus Hydrometallurgiset menetelmät Yhteenveto 3

4 Mitä mineraalitekniikka on? Materiaalien jalostamista niiden koostumusta varsinaisesti muuttamatta (fysikaalinen prosessointi) Kallio- ja maaperästä saatavat raaka-aineet: metallimalmit, teollisuusmineraalit, fossiiliset polttoaineet, irtomaalajit Sekundäärimateriaalit, jätteet Tarkoituksena on erottaa arvomineraalit arvottomista omiksi rikasteiksi (rikastaminen) saadaan suoraan kaupallinen tuote, esim. kalsiitti, kivihiili metallimalmien jatkojalostus eli metallurginen käsittely helpottuu ja toiminta saadaan taloudellisesti kannattavaksi 4

5 Mitä mineraalitekniikka on? Perustuu monien erilaisten yksikköprosessien hyväksikäyttöön ja niiden soveltamiseen Hienonnus murskaus jauhatus Partikkelikoon säätö seulonta luokitus Rikastus (erotus) magneettierotus vaahdotus Vedenpoisto sakeutus suodatus kuivaus 5

6 Esim. Kopsan Au Cu malmin rikastuskaavio HIENONNUS POIMINTA LUOKITUS SAKEUTUS RIKASTUS SYANIDILIUOTUS 6

7 Mineraalitekniikka ja vanhat kaivannaisjätteet Voi olla taloudellisesti kannattavaa erottaa niihin jäänyt arvoaines uusien tai parempien tekniikoiden avulla Kulta, timantit, PGM, uraani, kupari, kivihiili jne. Jätteiden uudelleenkäsittelykustannukset joskus matalammat kuin alkuperäisen malmin prosessointikustannukset (ei tarvetta louhia tai hienontaa merkittävästi) ( Johannesburgin kultajätekasa Voivat sisältää mineraaleja, joita aiemmin pidettiin jätteenä mutta nykyään arvokkaina Uudelleenkäsittelyllä voidaan vähentää ympäristövaikutuksia 7

8 Mineraalitekniikka ja uudet kaivannaisjätteet Parannetaan arvoaineiden (esim. Au, Cu) talteenottoa jätteistä toiminnan taloudellinen kannattavuus voi parantua syntyy vähemmän läjitettäviä jätteitä jätteistä voi olla vähemmän haittaa ympäristölle Vähennetään haitta-aineita (esim. As, S) jätteistä vähemmän läjitettävää, vaarallista jätettä enemmän hyödyntämiskelpoista jätettä esim. maarakentamiseen ympäristövaikutusten hallinta helpottuu taloudellisia säästöjä Otetaan talteen mineraaleja, joille ei aiemmin ole ollut käyttökohteita ( 8

9 Sisältö Mitä mineraalitekniikka on? Mineraalitekniikka kaivannaisjätteiden hyödyntämisessä Rikastuksen lähtötiedot Mineraalien hienonnus Rikastusmenetelmät Poiminta/lajittelu Luokitus Vaahdotus Painovoimaerotus Magneettierotus Hydrometallurgiset menetelmät Yhteenveto 9

10 Rikastuksen lähtötiedot Materiaalin alkuainekoostumus ja mineralogia on tunnettava, jotta rikastusprosessi on mahdollista suunnitella rationaalisesti Mitä alkuaineita voi liueta prosessiveteen ja saostua sitä kautta mineraalien pinnoille (voi vaikuttaa vaahdotukseen) (GTK Mintec) Modaalimineralogia mineraalit ja niiden määräsuhteet Mineraalien tarkka alkuainekoostumus missä arvokkaat ja haitalliset alkuaineet ovat mitkä mineraalit pyritään saamaan talteen Raekokojakauma minkä kokoisina rakeina tietty mineraali esiintyy Liberaatio l. vapausaste onko materiaali jauhettu tarpeeksi hienoksi Assosiaatio missä muissa mineraaleissa tietty mineraali on kiinni 10

11 Esim. Alkuaineet (XRF, wt%) ja mineraalit (MLA, wt%) Kopsan Au Cu-malmin rikastushiekka eri partikkelikokoihin jaoteltuna

12 Esim. Rikastushiekan arseenimineraalien hivenalkuaineet Arseenikiisu Löllingiitti Arsenaatti Arseenikiisu FeAsS sisältää mm. seleeniä, vismuttia ja antimonia Löllingiitti FeAs 2 sisältää mm. seleeniä ja vismuttia Arsenaattimineraali on skorodiitin/paraskorodiitin (FeAsO 4 2H 2 O) tyyppinen tai arsenosideriitin [Ca 2 Fe 3 3+ O 2 (As 2 O 4 ) 3 ] tyyppinen. Rakeiden koostumus heterogeeninen. Joissain rakeissa K, Mg, Mn, Sr ja Cu. 12

13 Esim. Haittamineraalin raekoko, liberaatio ja assosiaatio Arsenaatti Kopsan Au Cu-malmin rikastushiekassa +45 µm fraktio µm fraktio 20 µm fraktio 13

14 Esim. Arvomineraalin raekoko, liberaatio ja assosiaatio Kuparikiisu Kopsan Au Cu-malmin rikastushiekassa +45 µm fraktio µm fraktio 20 µm fraktio 14

15 Sisältö Mitä mineraalitekniikka on? Mineraalitekniikka ja kaivannaisjätteet Rikastuksen lähtötiedot Mineraalien hienonnus Rikastusmenetelmät Poiminta/lajittelu Luokitus Vaahdotus Painovoimaerotus Magneettierotus Hydrometallurgiset menetelmät Yhteenveto 15

16 Mineraalien hienonnus Mineraalirakeet pitää saada irti toisistaan eli vapautettua, jotta niiden erottaminen olisi mahdollista jollain rikastusmenetelmällä materiaali pitää hienontaa murskaus jauhatus Myös rikastushiekkoja voi olla tarpeen hienontaa lisää, jotta halutut haitta- ja/tai arvomineraalit saadaan vapautettua mineraalien pinnoille mahdollisesti muodostuneet hapettuneet kerrokset (sulfidit), saostumat ym. peitteet saadaan poistettua Jauhaminen kuluttaa paljon energiaa, joten ei myöskään kannata hienontaa liikaa 16

17 Esim. Erään kuparirikastamon kustannusjakauma Kustannusjakaumat vaihtelevat huomattavasti eri rikastamojen välillä Kustannukset riippuvat erityisesti paikallisista energia-, vesi-, tarvike- ja työvoimakustannuksista jne. 17 (Wills & Finch 2016)

18 Esim. Rumpumaiset, pyörivät myllyt Tanko-, kuula, autogeeni- ja semiautogeenimyllyt Karkea- ja hienojauhatukseen 18 (Kuvat: Wills & Finch 2016)

19 Esim. Sekoitus-/helmimyllyt Hieno- ja ultrahienojauhatukseen Tornimylly Isa-mylly Sekoitin 19 (Kuvat: Wills & Finch 2016)

20 Esim. Jauhatuspiirit Au Cu malmin rikastuskaaviossa 20

21 Sisältö Mitä mineraalitekniikka on? Mineraalitekniikka ja kaivannaisjätteet Rikastuksen lähtötiedot Mineraalien hienonnus Rikastusmenetelmät Poiminta/lajittelu Luokitus Vaahdotus Painovoimaerotus Magneettierotus Hydrometallurgiset menetelmät Yhteenveto 21

22 Yleistä rikastusmenetelmistä Erotetaan mineraaleja toisistaan niiden fysikaalisten ominaisuuksien perusteella Optiset ominaisuudet (esim. väri- tai tummuuserot): poiminta Partikkelikoko: seulonta, luokitus Pintaominaisuudet (hydrofobisuus): vaahdotus Tiheys: painovoima- ja raskasväliaine-erotus, keskipakovoimaerotus Magneettinen suskeptibiliteetti: magneettierotus Sähkönjohtavuus: sähköstaattinen rikastus 22

23 Yleistä rikastusmenetelmistä (Wills & Finch 2016) 23

24 Poiminta/lajittelu Erotetaan karkeita partikkeleja yksitellen toisistaan Koneellinen poiminta perustuu johonkin mineraalin ominaisuuteen, joka mitataan sopivan sensorin avulla Radioaktiivisuus (uraanimalmit) Pintojen väri- tai tummuuserot (esim. kalsiitti- ja wollastoniitti) Pintojen fluoresenssi-ilmiöt (esim. scheeliitti) Raskasmetallipitoisuus (sulfidimalmit) Sähkömagneettiset ominaisuudet (sulfidimalmit, metallipitoiset kuonat) (Wills & Finch 2016) 24

25 Poiminta/lajittelu esirikastusmenetelmänä XRT-poimuri Monia etuja Parempaa malmia jatkoprosessiin Malmitonnin arvo kasvaa, pienemmät kuljetuskustannukset Kestävämpi rikastusprosessi: tarvitaan vähemmän energiaa, vettä, prosessikemikaaleja jne. per louhittu malmitonni Tuotetaan vähemmän rikastushiekkaa Myös kaivannaisjätteitä on mahdollista käsitellä FEED ACCEPT REJECT (Kuvat: 25

26 Esim. Kopsan Au Cu malmin lajittelu Alkuaine Lajittelematon Lajiteltu Au 0,8 g/t 1,0 g/t Ag 0,9 g/t 2,4 g/t Cu 0,06 % 0,10 % As 0,5 % 0,7 % S 0,4 % 0,6 % ( 26

27 Sisältö Mitä mineraalitekniikka on? Mineraalitekniikka ja kaivannaisjätteet Rikastuksen lähtötiedot Mineraalien hienonnus Rikastusmenetelmät Poiminta/lajittelu Luokitus Vaahdotus Painovoimaerotus Magneettierotus Hydrometallurgiset menetelmät Yhteenveto 27

28 Luokitus Hienojakoisen mineraaliseoksen lajittelua kahteen tai useampaan jakeeseen sen perusteella, miten nopeasti partikkelit vajoavat fluidissa (ilma, vesi, liete) Esim. laminaarisen vajoamisen loppunopeus pallomaiselle partikkelille saadaan Stokesin laista v = gd2 (ρ s ρ f ) 18η voimassa pienille, alle n. 40 µm partikkeleille laimeissa lietteissä (lietetiheys alle 15 % w/w) laskeutumisnopeus riippuu mm. partikkelin koosta ja tiheydestä kvartsi vedessä: d = 25 µm v = 0,56 mm/s d = 5 µm v = 0,022 mm/s 28

29 Esim. Kopsan As-rikkaan rikastushiekan luokitus Luokitusta voidaan käyttää haitallisten tai arvokkaiden mineraalien erottamiseen, jos ne ovat jakautuneet epätasaisesti erikokoisiin partikkeleihin Bulkkijäte Cu (%) 0,014 As (%) 0,030 S (%) 0,053 Elutriaatio 15 µm µm +25 µm Cu (%) 0,017 0,009 0,014 As (%) 0,068 0,013 0,016 S (%) 0,062 0,027 0,047 29

30 Esim. Hydrosykloni SYÖTE KEVYET PARTIKKELIT YLITE- PUTKI Yleisin märkäluokitin Jatkuvatoiminen Rakenteeltaan yksinkertainen Hyödyntää keskipakovoimaa partikkelien luokituksessa Käytetään myös lietteiden sakeutukseen, kiintoaineen talteenottoon ja joskus mineraalien rikastukseen ALITE- AUKKO RASKAAT PARTIKKELIT 30 ( (

31 Esim. Ruuviluokitin (Wills & Finch 2016) ( 31

32 Sisältö Mitä mineraalitekniikka on? Mineraalitekniikka ja kaivannaisjätteet Rikastuksen lähtötiedot Mineraalien hienonnus Rikastusmenetelmät Poiminta/lajittelu Luokitus Vaahdotus Painovoimaerotus Magneettierotus Hydrometallurgiset menetelmät Yhteenveto 32

33 Vaahdotus (flotation) Monipuolisin (ja ehkä monimutkaisin) rikastustekninen menetelmä erottaa mineraaleja toisistaan Yhdistelmä mineralogiaa, pintakemiaa, hydrodynamiikkaa, kinetiikkaa, rakeiden ja kuplien välisiä fysikaalisia vuorovaikutuksia sekä kaikkien näiden yhteisvaikutuksia Perustuu mineraalipintojen hydrofobisuuseroihin Pintojen hydrofobisuutta voidaan säätää erilaisilla kemikaaleilla (Kuvat: Wills & Finch 2016) 33

34 Vaahdotus Materiaali voi päätyä rikasteeseen kolmella mekanismilla: Selektiivinen kiinnittyminen ilmakupliin (true flotation) Veden mukana tapahtuva kulkeutuminen (entrainment) Fysikaalinen sulkeutuminen ilmakuplaan tarttuneiden partikkelien väliin vaahdossa (physical entrapment, aggregation) Ensimmäinen mekanismi määrää suurimmaksi osaksi vaahdotettavan mineraalin saannin ja pitoisuuden rikasteessa Jälkimmäiset kaksi ovat epäselektiivisiä ja heikentävät rikasteen laatua Tarvitaan useita vaahdotusvaiheita riittävän hyvälaatuisen (korkeapitoisen) rikasteen saamiseksi vaahdotuspiirit (GTK Mintec) 34

35 Esim. Kopsan Au Cu malmin vaahdotuspiiri 35

36 36 Vaahdotuskemikaalit Kokoojat Orgaanisia pinta-aktiivisia yhdisteitä Tehtävänä muokata haluttujen mineraalien pinnat selektiivisesti hydrofobisiksi Vaahdotteet Orgaanisia pinta-aktiivisia yhdisteitä Tehtäviä: muodostaa pieniä ilmakuplia (pienentää veden pintajännitystä) hidastaa ilmakuplien nousuvauhtia saada aikaan stabiili vaahtokerros Säännöstelevät kemikaalit Epäorgaanisia ja orgaanisia yhdisteitä Tehtävänä säädellä kokoojan toimintaa/selektiivisyyttä, etupäässä rajoittaa kokoojan vaikutus haluttuun tai haluttuihin mineraalipintoihin Annostukset grammoista useisiin kiloihin per malmitonni (Kuvat: Wills & Finch 2016)

37 Kokoojia (Kuvat: Wills & Finch 2016) 37

38 Mineraalien pinnat vaahdotuksessa (Smart 1991) Pyyhkäisy-Auger-mikroskooppikuvia rikki- ja kuparikiisun pinnoista Hydrofobisten ja hydrofiilisten komponenttien suhteellinen määrä mineraalirakeen 1 2 nm paksuisessa pintakerroksessa määrää rakeen ja ilmakuplan välisen vuorovaikutuksen ja vaahdotuksen onnistumisen Hydrofobisia komponentteja sulfidien pinnoilla kokoojat ja niiden hapettumistuotteet polysulfidit S n 2, alkuaine rikki Hydrofiilisiä komponentteja sulfidien pinnoilla oksidit, oksihydroksidit, hydroksidit rikin oksidit, karbonaatit pienet jätemineraalipartikkelit kuten silikaatit voivat esiintyä lokaalisti partikkeleina, kolloideina ja saostumina tai laajempina kerroksina pinnoilla 38

39 Vaahdotustulokseen vaikuttavia seikkoja 39 Jauhatusolosuhteet: jauhinmateriaali, jauhatusilmakehä Hienojen partikkelien muodostuminen (lieju) Valmennusmenetelmät: hierrevalmennus, ultraääni, Hapetus-pelkistyspotentiaali, ph Mineraalien väliset galvaaniset vuorovaikutukset Reagenssit ja niiden annostukset Prosessiveden koostumus (esim. liuenneet raskasmetallit, prosessikemikaalit) Vaahdotuskaasu Vaahdotusnopeus ja viipymäaika Vaahdotuskoneen tyyppi (

40 Vaahdotuskoneet Voidaan jakaa karkeasti kolmeen ryhmään: Mekaaniset vaahdotuskoneet: kennon pohjalla oleva sekoitusmekanismi sekoittaa lietettä ja dispergoi ilman ilmakupliksi Vaahdotuskolonnit: liete syötetään ylhäältä, ilmakuplat alhaalta Reaktori/separaattori-vaahdotuskoneet (esim. Jamesonin kenno): lietteen ja ilman sekoittumiselle oma osastonsa, samoin partikkeli kuplayhdistelmän erottumiselle ( Jamesonin kenno 40 ( Outotec TankCell e630 ( Vaahdotuskolonni

41 Esim. Rikastushiekan uudelleenjauhatus ja vaahdotus Jäte (P µm) Cu (%) 0,011 As (%) 0,020 S (%) 0,037 Uudelleenjauhatus Kemikaaleja Vaahdotus Jäte (P µm) Cu (%) 0,010 As (%) 0,010 S (%) 0,023 (GTK Mintec) 41

42 Esim. Kopsan Au Cu-malmin vaahdotuskoetuloksia Test Feed assays (sorted Kopsa ore sample) T1: Baseline test ("Belvedere's model") T7: Otherwise as T1 but 40 min longer flotation time and larger chemical dosages in sulfide flotation T8: Regrinding and reflotation of flotation tails of T7 T11: Finer grind size, 70 min longer sulfide flotation and larger chemical dosages than in T1 (14 L flotation cell) T16: Stainless steel grinding media, otherwise as T1 T20: Beginning almost as in T1, then lowintensity magnetic separations on reground tails T21: Sulfidation during sulfide flotation, otherwise much like T1 but with 30 min longer sulfide flotation T22: Sulfide flotation at low ph (ph = 4), otherwise much like T1 but with 30 min longer sulfide flotation T27: Nitrogen as grinding atmosphere and flotation gas, otherwise much like T1 but with 30 min longer sulfide flotation Product Weight Au (FA) Cu (XRF) As (XRF) S (Eltra) % g/t Rec% % Rec% % Rec% % Rec% CuRC a 42.0 a SRC a 37.7 a Tails a 20.3 a CuRC SRC Tails SC Tails CuRC SRC Tails CuRC SRC Tails CuRC1 3 + SRC Magn. tails Non-magn. tails CuRC SRC Tails CuRC SRC Tails CuRC SRC Tails a Gold assays and recoveries calculated from T7. 42

43 Sisältö Mitä mineraalitekniikka on? Mineraalitekniikka ja kaivannaisjätteet Rikastuksen lähtötiedot Mineraalien hienonnus Rikastusmenetelmät Poiminta/lajittelu Luokitus Vaahdotus Painovoimaerotus Magneettierotus Hydrometallurgiset menetelmät Yhteenveto 43

44 Painovoimaerotus Perustuu mineraalien tiheyseroihin Oli rikastamisen päämenetelmä ennen magneettierotuksen ja vaahdotuksen keksimistä Suhteellisen yksinkertaisia, edullisia ja saasteettomia tekniikoita (ei tarvita kemikaaleja) Märkärikastus paljon yleisempää kuin kuiva Keskipakovoimaerottimet pystyvät käsittelemään myös hyvin pieniä partikkeleja (n.10 µm) Enenevässä määrin käytetään ottamaan talteen vaahdotusjätteeseen jääneitä raskaita mineraaleja 44

45 Painovoimaerotus Erotuksen onnistuminen riippuu mineraalien ja väliaineen tiheyksistä Rikastuskriteeri: ρ = ρ h ρ w ρ l ρ w Jos ρ 2,5, painovoimaerotus onnistuu helposti Esim. kullan erottamiselle kvartsista vedessä ρ = 11 Erotuksen onnistuminen riippuu myös partikkelien koosta (Wills & Finch 2016) 45

46 Painovoimaerotus Monia eri tekniikoita ja laitteita (Wills & Finch 2016) 46

47 Raskasväliaine-erotus (sink float -erotus) Pystytään tarkasti erottamaan eri tiheyksiset mineraalit toisistaan raskaan nesteen/väliaineen avulla Nestettä tiheämmät ( raskaammat ) partikkelit vajoavat, vähemmän tiheät ( kevyemmät ) kelluvat Rikastustekniikassa väliaineena käytetään mineraali-vesisuspensiota, monesti piiraudan ja veden seosta (Wills & Finch 2016) Käytetään varsinkin esirikastusmenetelmänä, jolloin malmista saadaan erotettua suurin osa jätemateriaalista karkeana ennen jauhatusta ja varsinaista rikastusta Toimii parhaiten yli 4 mm partikkeleille, jolloin jopa alle 0,1 g/cm 3 tiheysero mineraalien välillä riittää tehokkaaseen erotukseen Alle 500 µm partikkelien erotus mahdollista keskipakovoimaerottimissa (esim. Dyna Whirlpool) 47

48 Hytkytin (jig) Hytkytys on yksi vanhimmista painovoimaerotusmenetelmistä Seulalle syötetty malmi liikkuu väliaineen vaikutuksesta ylös alas ja kerrostuu: kevyin fraktio ylimmäksi ja raskain alimmaksi Edelleen käytössä esim. kivihiilen, tinan ja kullan rikastamisessa Soveltuu vain melko karkeille partikkeleille (75 µm 30 mm) 48 ( InLine Pressure Jig (IPJ): sopii esim. kaivannaisjätteiden esirikastukseen (Lukkarinen 1987)

49 Spiraali Soveltuu vain melko karkeille partikkeleille (75 µm 3 mm) Kullan, kromiitin, hematiitin jne. rikastukseen (Wills & Finch 2016) (GTK Mintec) 49

50 Tärypöytä Pienten, vaikeammin rikastettavien materiaalivirtojen rikastukseen sekä lopullisten rikasteiden tuottamiseen toisten painovoimaerotusmenetelmien tuotteista Etupäässä tinan, raudan, volframin, tantaalin, bariumin, titaanin, zirkoniumin ja kiilteiden rikastukseen Myös kullan, hopean, toriumin ja uraanin rikastukseen Nykyään myös jalometallien erotukseen elektroniikkaromusta (Wills & Finch 2016) 50

51 Tärypöytä (Wills & Finch 2016) 51 (GTK Mintec)

52 Keskipakovoimaerottimet Knelson ja Falcon laajalti käytössä esim. kullan, platinan, hopean rikastuksessa Soveltuvat hyvin silloin, kun rikastettavaa mineraalia on hyvin vähän (< 0,05 %) syötemateriaalissa kuten esim. kaivannaisjätteessä 10 µm 6 mm partikkeleille (Wills & Finch 2016) ( 52

53 Esim. As-köyhän jätteen Knelson-erotus 3 Knelson-erotin GTK Mintecissä Syöte Rikaste Jäte Mass (%) 100 5,3 94,7 Au (g/t) 0,015 0,071 0,012 Cu (%) 0,007 0,020 0,006 As (%) 0,010 0,032 0,009 S (%) 0,033 0,043 0,033 53

54 Esim. As-köyhän jätteen Knelson-erotus Koe 1500 rpm; 0,20 bar 1500 rpm; 0,15 bar 1500 rpm; 0,10 bar Massa Au (FA) Cu (XRF) As (XRF) S (Eltra) Tuote Pitois. Saanti Pitois. Saanti Pitois. Saanti Pitois. Saanti % g/t % % % % % % % Syöte Rikaste Jäte Syöte Rikaste a 33.3 Jäte a 66.7 Syöte Rikaste a 9.2 Jäte a

55 Sisältö Mitä mineraalitekniikka on? Mineraalitekniikka ja kaivannaisjätteet Rikastuksen lähtötiedot Mineraalien hienonnus Rikastusmenetelmät Poiminta/lajittelu Luokitus Vaahdotus Painovoimaerotus Magneettierotus Hydrometallurgiset menetelmät Yhteenveto 55

56 Magneettierotus Perustuu mineraalien erilaisiin magneettisiin ominaisuuksiin, joita kuvaa magneettinen suskeptibiliteetti Diamagneettiset ( ei-magneettiset ): < 0 esim. Au, kvartsi SiO 2, albiitti NaAlSi 3 O 8 ja ortoklaasi KAlSi 3 O 8 Paramagneettiset (heikosti magneettiset): > 0 esim. arseenikiisu FeAsS, kuparikiisu CuFeS 2, biotiitti Ferromagneettiset: 0 esim. magnetiitti Fe 3 O 4, magneettikiisu Fe 1-x S Partikkeliin magneettikentässä kohdistuva voima Magneettikentän voimakkuus F x = V p m H db dx Magneettivuon tiheys, missä B = μ 0 H(1 + p ) Partikkelin tilavuus Partikkelin ja väliaineen suskeptib. Tyhjiön permeabiliteetti 56

57 Magneettierottimet Käytetään rikastamaan arvokkaita magneettisia mineraaleja (esim. magnetiitti kvartsista) poistamaan magneettisia epäpuhtauksia (esim. rauta talkista) erottamaan magneettisia arvomineraaleja ei-magneettisista arvomineraaleista (esim. magnetiitti tai wolframiitti kassiteriitista) Sekä märkä- että kuivaerottimia Voidaan jakaa kahteen pääryhmään: Heikkomagneettiset erottimet (LIMS): < ~0,3 T Vahvamagneettiset erottimet (HIMS): jopa 2 T vahvamagneettiset suurgradienttierottimet HGMS (jopa 14 T/mm) suprajohtavat magneettierottimet (jopa 15 T) HGMS:ää ja suprajohtavia erottimia käytetään entistä enemmän jätteiden käsittelyyn 57

58 Heikkomagneettiset erottimet Ferromagneettisten ja erittäin paramagneettisten mineraalien rikastukseen Rumpu- ja hihnaerottimia Kuivaerotus toimii vain >5 mm partikkeleille (Wills & Finch 2016) (Wills & Finch 2016) (GTK Mintec) ( 58 (GTK Mintec)

59 Vahvamagneettiset erottimet Heikosti paramagneettisten mineraalien erotukseen Kuivaerotus sopii parhaiten >75 µm partikkeleille, märkäerotus myös hyvin pienille partikkeleille HGMS:ssä suuria magneettikentän gradientteja luodaan asettamalla magneettikenttään matriisielementtejä (teräsverkko, teräsvilla) vahvempi partikkeliin kohdistuva voima Sekä panos- että jatkuvatoimisia ( ( ( 59

60 Esim. As-köyhän jätteen HGMS-koe Vahvamagneettinen suurgradienttierotin (HGMS) GTK Mintecissä B = 1 tesla Syöte Magn. Ei-magn. Mass (%) ,6 54,4 Cu (%) 0,010 0,017 0,005 As (%) 0,011 0,018 0,005 S (%) 0,019 0,032 0,008 Fe (%) 2,33 4,72 0,33 60

61 Esim. As-köyhän jätteen HGMS-erotus Koe HGMS (0,1 T) HGMS (0,2 T) HGMS (0,4 T) HGMS (0,5 T) HGMS (1,0 T) Massa Au (FA) Cu (XRF) As (XRF) S (Eltra) Tuote Pitois. Saanti Pitois. Saanti Pitois. Saanti Pitois. Saanti % g/t % % % % % % % Syöte Magn Ei-magn Syöte Magn Ei-magn Syöte Magn Ei-magn Syöte Magn Ei-magn b 41.6 Syöte Magn Ei-magn c 47.2 b Sulfur assay by XRF is significantly lower, 0.010%. c Sulfur assay by XRF is significantly lower, 0.008%. 61

62 Sisältö Mitä mineraalitekniikka on? Mineraalitekniikka ja kaivannaisjätteet Rikastuksen lähtötiedot Mineraalien hienonnus Rikastusmenetelmät Poiminta/lajittelu Luokitus Vaahdotus Painovoimaerotus Magneettierotus Hydrometallurgiset menetelmät Yhteenveto 62

63 Hydrometallurgiset menetelmät Melko yksinkertaisia ja varmatoimisia menetelmiä Suositaan monesti jätteiden käsittelyssä Kasaliuotus, reaktoriliuotus, bioliuotus, Liuenneiden metalli-ionien talteenottamiseksi eri tekniikoita saostus, sementointi, neste-nesteuutto, elektrolyysi, ( 63

64 Yhteenveto Kaivannaisjätteiden arvo- ja haitta-ainepitoisuuksien vähentämiseksi on olemassa monia rikastusteknisiä menetelmiä Jätteen mineralogia on tunnettava mahdollisimman tarkasti ennen kokeisiin ryhtymistä myös partikkelien uloimpien kerrosten koostumuksen tunteminen olisi tärkeää vaahdotuksessa Arseenin ja rikin vähentäminen Kopsan Au Cu-malmin rikastushiekasta on mahdollista vaahdottamalla ja HGMS:llä uudelleenjauhatuksen jälkeen 64

65 Viitteet Lukkarinen, T Mineraalitekniikka: Osa 2, Mineraalien rikastus. Helsinki: Insinööritieto. 442 s. Smart, R.St.C Surface layers in base metal sulfide flotation. Minerals Engineering. Vol. 4. Pp Wills, B.A. & Finch, J.A Wills Mineral Processing Technology: An Introduction to the Practical Aspects of Ore Treatment and Mineral Recovery. 8th ed. Oxford, United Kingdom: Butterworth Heinemann. 498 pp. 65

66 Kiitos! 66