Extraction de minerais de fer

Extraction de minerais de fer

Le minerai de fer est un type de minéral et de roche dont le fer métallique est extrait économiquement. Ce minerai est normalement riche en oxydes de fer et sa couleur varie du gris foncé, jaune vif et violet foncé au rouge rouille. Le fer lui-même se trouve généralement sous forme de magnétite (Fe3O4), d'hématite (Fe2O3), de goethite (FeO(OH)), de limonite (FeO(OH).n(H2O)) ou de sidérite (FeCO3).

Le processus d'exploitation minière consiste en la découverte d'un gisement de minerai de fer grâce à l'extraction du minerai de fer et enfin au retour de la terre à son état naturel. Il se compose de plusieurs étapes distinctes. Le premier est la découverte du gisement de minerai de fer qui est réalisée par la prospection ou l'exploration pour trouver puis définir l'étendue, l'emplacement et la valeur du corps minéralisé. Cela conduit à une estimation mathématique des ressources de la taille et de la teneur du gisement. L'exploration et l'évaluation consistent en l'identification et la quantification des corps minéralisés à l'aide d'une gamme de techniques géologiques, géophysiques et métallurgiques. Dans ses formes les plus simples, l'exploration consiste à forer dans des zones éloignées pour échantillonner des zones. Les données des activités d'exploration sont enregistrées, cartographiées, analysées et interprétées souvent à l'aide de modèles.

Après l'évaluation du corps minéralisé, un plan détaillé d'exploitation est élaboré. Ce plan détaillé identifie les corps minéralisés à exploiter et dans quel ordre afin de livrer le produit de minerai de fer requis à un coût approprié. Le processus de planification de la mine est une étape importante avant le début du développement de la mine et il se poursuit au jour le jour une fois que la mine devient opérationnelle.

Pour accéder au gisement de minerai de fer dans une zone, il est souvent nécessaire d'extraire ou d'enlever des déchets (également appelés morts-terrains) qui ne présentent pas d'intérêt. Le mouvement total du minerai et des déchets constitue le processus d'extraction. Souvent, plus de déchets que de minerai sont extraits pendant la durée de vie d'une mine, selon la nature et l'emplacement du gisement de minerai. L'enlèvement et le placement des morts-terrains représentent un coût majeur dans l'exploitation minière.

Techniques minières

Les techniques d'exploitation minière se composent généralement de deux types basés sur des méthodes d'excavation. Il s'agit de l'exploitation à ciel ouvert et de l'exploitation souterraine (exploitation souterraine). Le minerai de fer est presque exclusivement extrait par des opérations de surface. Les méthodes d'exploitation à ciel ouvert les plus prédominantes utilisées pour l'extraction des minerais de fer sont les méthodes d'exploitation à ciel ouvert et les méthodes d'exploitation à ciel ouvert. Cependant, quelques mines souterraines de minerai de fer sont également en activité dans le monde. La décision d'employer l'exploitation minière à ciel ouvert ou l'exploitation minière souterraine dépend de la proximité du corps minéralisé par rapport à la surface. L'exploitation à ciel ouvert et à ciel ouvert sont les techniques les moins coûteuses pour l'extraction du minerai. Les ratios de mort-terrain et de décapage sont importants pour déterminer si un gisement doit être exploité. Le taux de décapage décrit l'unité de mort-terrain qui doit être enlevée pour chaque unité de minerai brut extrait. Une mine de minerai de fer à ciel ouvert typique est illustrée à la figure 1

Fig 1 Une mine de fer à ciel ouvert typique

Sur la base des méthodes d'extraction, l'extraction du minerai de fer peut être globalement divisée en deux catégories, à savoir l'extraction manuelle et l'extraction mécanisée. Les grandes mines de minerai de fer sont des mines mécanisées tandis que les méthodes d'extraction manuelles sont employées dans les petites mines.

La méthode d'extraction manuelle est normalement limitée aux minerais flottants. L'extraction du minerai de récif se fait également manuellement à petite échelle. La zone de minerai flottant est creusée manuellement avec des pioches, des barres à mine et des bêches, puis le matériau est criblé manuellement pour séparer + 10 mm de minerai flottant qui est ensuite empilé. Les déchets sont rejetés dans les fosses. En ce qui concerne les minerais récifaux, des trous de 0,6 m de profondeur et de 30 à 40 mm de diamètre sont forés avec des marteaux-piqueurs manuels actionnés par des compresseurs portables. Ces trous sont espacés d'environ 0,6 m et chaque trou est chargé de 150 à 200 grammes de poudre à canon ou de cartouches de gélatine. Le minerai brisé dynamité est criblé manuellement, empilé pour être chargé dans des tombereaux pour expédition.

La plupart des grandes mines de minerai de fer sont des mines mécanisées. Dans ces exploitations minières, on extrait le minerai de fer des gisements de surface. Dans ces mines, toutes les opérations sont mécanisées et l'extraction se fait invariablement par la formation systématique de bancs par forage et dynamitage.

Processus de minage

La récupération des matériaux se fait à partir d'une fosse à ciel ouvert dans le sol. Les morts-terrains constitués de végétation de surface, de sol et de matériaux rocheux sont enlevés (dénudés) pour atteindre les gisements de minerai enfouis. Les morts-terrains sont continuellement enlevés pendant la durée de vie de la mine, car le haut mur est réduit pour permettre l'approfondissement de la fosse. Dans le processus d'exploitation minière, des bancs de minerai sont développés dans le but de forer, de dynamiter et de transporter le minerai vers l'usine de concassage. La hauteur des bancs dépend de plusieurs facteurs tels que les exigences de production, la forme, la taille et la profondeur d'occurrence du corps minéralisé, les perturbations géologiques subies par le corps minéralisé, la dureté et la compacité du corps minéralisé, le type et la taille du gisement déployé pour le opérations minières, etc. La longueur du front dépend de divers facteurs tels que les contours du gisement, la production requise, la variation de la teneur, les exigences de mélange et la capacité des machines de chargement, etc. La largeur du banc est régie dans une large mesure par la taille des plus gros engins déployés.

Le forage dans les bancs d'exploitation à ciel ouvert est effectué pour la production de minerai de fer avec des foreuses mécanisées spécifiques à chaque méthode d'exploitation. L'objectif principal des opérations de forage est de créer un trou d'un diamètre, d'une profondeur et d'une direction appropriés dans la roche pour les explosifs à placer pour les activités de dynamitage. Le forage des trous se fait normalement selon un schéma particulier qui dépend de la hauteur du banc, du diamètre du trou, de la machinerie de forage déployée, de la nature de la roche et des types d'explosifs utilisés. Les trous de mine sont généralement verticaux mais peuvent être inclinés pour obtenir de meilleurs résultats de sautage.

L'objectif du dynamitage est d'exposer le corps minéralisé pour l'extraction ainsi que de briser le minerai. La principale exigence pour qu'un explosif soit utilisé dans une mine est la capacité d'obtenir une combustion complète sans alimentation externe en oxygène. Les matériaux explosifs utilisés lors du dynamitage des premiers jours sont principalement la nitroglycérine, des matériaux carbonés et un agent oxydant. Parfois, des cartouches explosives à émulsion ou à gel sont utilisées comme matière explosive. Cependant, de nos jours, les explosifs les plus couramment utilisés sont un mélange de nitrate d'ammonium et de mazout (ANFO). Les explosifs sont déclenchés par un détonateur hautement explosif et/ou un amorceur. Maintenant, un jour nonel est utilisé comme détonateur. Nonel est un détonateur à tube à choc conçu pour déclencher des explosions. Au lieu de fils électriques, un tube en plastique creux transmet l'impulsion de tir au détonateur, le rendant insensible à la plupart des dangers associés au courant électrique vagabond. Il se compose d'un tube en plastique à trois couches de petit diamètre recouvert sur la paroi la plus interne d'un composé explosif réactif qui, lorsqu'il est allumé, propage un signal de faible énergie, semblable à une explosion de poussière. La réaction se déplace à environ 2 000 m/s le long du tube avec une perturbation minimale à l'extérieur du tube. La conception des détonateurs nonel intègre une technologie brevetée, y compris le disque de coussin (CD) et le tampon d'allumage retardé (DIB) pour fournir fiabilité et précision dans toutes les applications de dynamitage

Les zones d'exploitation à ciel ouvert sont sélectionnées à l'aide du plan minier. Les zones identifiées sont ensuite étiquetées. Le minerai est extrait de grandes fosses à ciel ouvert par extraction progressive le long de marches ou de bancs. Les bancs permettent d'accéder à un minerai de plus en plus profond, au fur et à mesure que le niveau supérieur est retiré. Une fois le sol et la roche sus-jacente dégagés, le minerai est foré et dynamité. La partie du corps minéralisé à enlever est d'abord forée à l'aide d'appareils de forage selon un modèle approprié. Les trous forés sont ensuite chargés de mélanges explosifs, chargés et dynamités. L'explosion qui en résulte brise le matériau à une taille requise pour creuser.

Après le dynamitage, le minerai brisé est chargé pour être transporté par des pelles, des excavatrices ou des chargeuses frontales sur de gros camions à benne pour son transport vers l'usine de concassage et de lavage. Le transport est facilité par l'entretien des routes de transport de la mine. Les convoyeurs à bande terrestres sont utilisés pour transporter le minerai là où il y a de longues distances entre les fosses et les installations de concassage et entre les installations de concassage et les sites de chargement. Les larges trous dans le sol créés par le forage, le dynamitage et l'extraction du minerai sont appelés « fosses à ciel ouvert ».

Concassage et lavage des minerais

Dans les installations de concassage et de lavage, le traitement du minerai est effectué. Le traitement du minerai va du simple concassage et criblage et de la séparation de diverses fractions de taille du minerai aux procédés qui améliorent ou améliorent la qualité des produits de minerai de fer. Cela se fait par des processus physiques, qui éliminent les impuretés par différence de densité de particules ou de gravité de taille ou de séparation de taille. Le traitement peut être humide ou sec. D'autres opérations de manutention, de lavage et de criblage du minerai sont mécanisées dans les installations de concassage et de lavage.

Le minerai traité est stocké et mélangé pour répondre aux exigences de qualité du produit avant d'être récupéré et chargé soit dans des wagons de chemin de fer, soit dans des tombereaux pour être expédié aux clients.

Problèmes environnementaux

Les déchets générés par l'exploitation à ciel ouvert comprennent les morts-terrains, les stériles et l'eau de mine contenant des solides en suspension et des matières dissoutes. D'autres déchets peuvent comprendre de petites quantités d'huile et de graisse déversées lors de l'extraction. L'eau de mine contient des constituants dissous ou en suspension similaires à ceux trouvés dans le corps minéralisé lui-même. Ceux-ci peuvent inclure des traces d'aluminium, d'antimoine, d'arsenic, de béryllium, de cadmium, de chrome, de cuivre, de manganèse, de nickel, de sélénium, d'argent, de soufre, de titane et de zinc, etc.