Malmien louhinta ja
rikastus
Teräksen raaka-aineiden
esiintyminen luonnossa
Malmi on metalleja sisältävä mineraaliesiintymä, jonka louhiminen on taloudellisesti kannattavaa. Teräksen valmistuksen kannalta tärkeimpiä malmeja ovat
rauta-, kromi- ja nikkelimalmit.
Rautaa on maankuoressa keskimäärin
4,7 %. Sitä on monissa maankuoren
mineraaleissa. Niitä mineraaleja, joissa rauta on pääaineosa, nimitetään
rautamineraaleiksi. Tärkeimmät rau-
tamineraalit ovat raudan ja hapen yhdisteitä eli rautaoksideja. Raudan ja
rikin muodostamaa sulfidimineraalia,
pyriittiä, käytetään yleisesti raaka‑aineena rikkihappotehtaissa. Sivutuotteena
syntyy rautaoksidia. Myös tätä pyriitistä
syntynyttä rautarikastetta on käytetty
Suomessa raudan valmistukseen.
Kromin ainoa malmimineraali on kromiitti. Se muistuttaa magnetiittia,
Rauta- ja kromimalmit
Rautamalmit ovat rautamineraaleja
sisältäviä esiintymiä, joissa rautapitoisuus on niin korkea (min. 30 %), että
louhinta on taloudellisesti kannattavaa.
Tärkeimmät rautamalmimineraalit ovat
magnetiitti ja hematiitti. Magnetiitti
vastaa kemiallista yhdistettä Fe3O4 .
Puhdas magnetiitti sisältää 72 % rautaa. Nimensä mukaisesti magnetiitti on
voimakkaasti magneettinen mineraali.
Puhtaassa hematiitissa, Fe2O3, rautapitoisuus on 70 %. Hematiitti on vain
hyvin heikosti magneettinen.
Kaivos muodostuu kuiluista ja eri tasoissa olevista käytävistä, joita myöten saavutetaan louhintakelpoiset
osat malmista. Rautamalmit esiintyvät
peruskalliossa usein laajoina muodostumina. Maan pintaan asti ulottuva
malmi voidaan louhia avolouhoksena.
Pohjoismaissa tärkeimmät rautamalmit ovat kuitenkin niin syvällä, että ne
joudutaan louhimaan maanalaisina
kaivoksina (kuva 3.1).
Kemin kromimalmin louhinta aloitettiin
vuonna 1965 avolouhoksena, mutta
vudesta 2006 lähtien kaikki malmi on
louhittu maanalaisesta kaivoksesta.
12
Kuva 3.0 Kaivoskuormaaja.
mutta on vain heikosti magneettinen.
Koostumukseltaan se on suunnilleen
FeCr2O4. Euroopan suurin kromimalmiesiintymä on Keminmaalla.
Toinen merkittävä Suomessa teräksen
valmistukseen käytettävä malmi on
Sotkamon Talvivaaran nikkeli- ja mangaanipitoinen mustaliuske.
Avolouhos
Ilmanvaihtokuilu
Rikastamo
Nostokuilu
Maanalainen
välitasolouhinta
Kaatokuilu
Karkeamurskaus
Malmihissi
Kuva 3.1 Malmikaivos.
13
Rikastus
Sivukiven koostumus vaihtelee suuresti sen mukaan, kuinka malmi on
muodostunut. Sivukivi sisältää tavallisia alkuaineita kuten piitä, kalsiumia,
magnesiumia, alumiinia jne. happeen
yhdistyneenä ja keskenään erilaisia
mineraaleja muodostaen.
Metallimineraalia
Murskaus ja
jauhatus
Rikastus
Sivukiveä
⬆
Malmi sisältää metalli‑ ja sivukivi- eli
harmemineraaleja (kuvat 3.2 ja 3.3).
Jos metallipitoisuus on riittävän korkea, malmi voidaan käyttää sellaisenaan ns. palamalmina murskauksen
ja seulonnan jälkeen. Usein malmin
metallipitoisuus on merkittävästi pienempi kuin puhtaiden mineraalien, ja
malmi on rikastettava ennen käyttöä.
Joissakin tapauksissa riittää, että vain
malmimurske rikastetaan erottamalla
runsaasti metallimineraaleja sisältävät
kappaleet sivukivestä. Tavallisimmin
malmi rikastusta varten murskataan ja
jauhetaan sellaiseen hienouteen, että
metalli‑ ja sivukivimineraalirakeet ovat
erillään toisistaan. Tämän jälkeen suoritetaan metalli‑ ja sivukivimineraalien
erotus (kuvat 3.5 - 3.10).
⬊ ⬊
Metallimineraalia
Kuva 3.2 Magnetiitti
Lohkareiden syöttö
Kuva 3.3 Malmikivi murskataan ja jauhetaan niin
hienoksi, että malmimineraali- ja sivukivirakeet
ovat erillisiä. Tämän jälkeen ne erotellaan.
Leukamurskain
Karamurskain
Seulottu murske
Kuva 3.4 Siirrettävä murskausasema. Ensimmäinen
murskausvaihe leukamurskaimella, sitten seulonta ja
murskaus karamurskaimella. [Metso Minerals]
14
Sivukiveä
Seulonta
Murskaus ja jauhatus
Louhitut kivet murskataan leuka- ja
karamurskaimilla. Murskeet seulotaan
ja suuremmat rakeet palautetaan uudelleen murskattaviksi. Jauhatukseen
käytetään tanko- ja kuulamyllyjä. Ne ovat
pyöriviä lieriöitä, joissa jauhinkappaleina
on terästankoja tai –kuulia. Jauhatus
voidaan tehdä kuivana tai märkänä.
Syöte
Kuva 3.5 Tankomylly
märkäjauhatuksessa
Jauhetun materiaalin poisto
Magneettinen rikastus
Magnetiittimalmien rikastukseen käytetään heikkomagneettisia menetelmiä.
Hematiittimalmien rikastukseen on
kehitetty vahvamagneettisia menetelmiä. Kummassakin tapauksessa
erottimia on kahta tyyppiä, kuivaerottimia ja märkäerottimia. Kuivaerottimia
käytetään palamalmin rikastukseen ja
malmimurskeen esirikastukseen ennen
jauhatusta. Märkäerottimia käytetään
veteen lietetyn, jauhetun malmin rikastukseen.
Magnetiittimalmin kuivaerotuksessa käytetään rumpuerottimia, joissa
pyörivän rummun sisällä on kiinteät
kesto‑ ja sähkömagneetit. Murske syötetään rummulle, jolta sivukivi putoaa
suoraan alas. Magneettinen osa eli
rikaste seuraa rumpua kunnes se on
sivuuttanut magneettien vaikutuskentän
(kuva 3.6).
Heikkomagneettiset jauheet rikastetaan
märkinä lietteinä rumpuerottimissa.
Näissä rumpu sisällä olevine kestomagneetteineen pyörii erotusaltaassa
ja nostaa magneettiset rakeet eroon
sivukivirakeista (kuva 3.7). Rikastus
tapahtuu yleensä monivaiheisesti.
Malmi jauhetaan asteittain hienommaksi
ja hienommaksi, jokaisen jauhatusvaiheen jälkeen erotus suoritetaan 2…4
peräkkäisellä erottimella. Vain rikaste
ohjataan seuraavaan jauhatusvaiheeseen. Lietteen vesimäärää lisätään
jokaisessa jauhatusvaiheessa.
Rummun pyörimissuunta,
magneetit kiinteät
Kuva 3.6 Magneettinen kuivaerotin.
Magneetteja
Jäte
Rikaste
Rummun pyörimissuunta,
magneetit kiinteät
Magneetteja
Jäte
Rikaste
Kuva 3.7 Magneettinen märkäerotin.
15
Ominaispainoerotus
Kemin kromiittimalmi on heikosti magneettista. Sitä voidaan edullisesti rikastaa käyttäen hyväksi sen suurta
ominaispainoa, n. 4,7 kg/dm3. Koska
malmi- ja harmerakeet ovat eri painoisia,
ne vajoavat eri nopeudella nesteessä
eli väliaineessa. Väliaineen tiheyttä
voidaan vielä säätää tekemällä siitä
liete, jonka tiheys on malmimineraalin
ja harmemineraalin välillä. Tyypillisiä
väliaineita ovat vesi ja piirautaliete.
Kemissä käytetään karkean (10…100
mm) kromiittimalmin rikastuksessa
erotusrumpua ja hienomman (0,1…0,7
mm) kromiitin rikastuksessa spiraalierotusta. Välikokoa olevat rakeet jauhetaan hienommiksi spiraalierotukseen
sopivaksi.
Erotusrumpu
Erotusrummussa syöte jaetaan kahteen
osaan: kelluvaan (float) ja uponneeseen
(sink) jakeeseen. Erotusrummussa
käytetään väliaineena veden ja piiraudan seosta, jonka tiheys on huomattavasti veden tiheyttä korkeampi.
Erotusrummussa malmi ja piirautaliete
syötetään hitaasti pyörivään rumpuun,
jossa piirautalietettä kevyempi kromiittiköyhä aines kelluu ja poistuu rummusta
ylivuotona. Raskas kromiittipitoinen
materiaali (rikaste) laskeutuu rummun
pohjalle, josta se nostetaan nostajilla
ulos johtavaan kouruun (kuva 3.8).
Spiraalierotin
Spiraalierotin on kierteelle taivutettu
kouru, jota pitkin liete virtaa painovoiman vaikutuksesta alaspäin. Spiraalissa
raskaat par tikkelit jäävät kier teen
sisäreunalle ja kevyet partikkelit sekä
vesi kulkeutuvat spiraalin ulkokierteelle
(kuva 3.9). Spiraalien erottelukykyyn
vaikuttavat partikkelien raekoko, ominaispaino sekä lietteen litrapaino.
Pyörimissuunta
FeSi-liete
Syöte
Kelluva jae,
sivukivi
Kuva 3.8 Erotusrumpu
16
Uponnut jae,
rikaste
Suurimman virtausnopeuden alue
Erotusvyöhyke
Spiraalin keskipalkki
Korkean veden alue
Siirtymisvyöhyke
Raskaiden rakeiden
Rikastekouru
kerääntyminen
Pieni ominaispaino
Suuri ominaispaino
Kuva 3.9 Spiraalierottimen toimintaperiaate ja
ryhmä erottimia. [Outotec]
Vaahdotus
Vaahdotus on hienojakoisten malmien tärkeimpiä rikastusmenetelmiä.
Vaahdotus tapahtuu malmilietteellä
täytetyissä säiliöissä, vaahdotuskennoissa. Kennon keskelle johdetaan
ilmaa ja kennossa olevien sekoittimien
pyöriessä syntyy ilmakuplia. Sopivan
lisäaineen avulla saadaan tietyt malmirakeet kiinnittymään ilmakupliin ja
kohoamaan pinnalle, josta ne kuoritaan
pois. Rakeet, jotka eivät ko. olosuhteissa kiinnity ilmakupliin, laskeutuvat
kennon pohjalle ja poistetaan kennosta
lietteenä.
Rikaste
Ilmaa
Rikaste
Syöttöputki
Jäteputki
Kuva 3.10 Vaahdotuskenno
17