Mijnbouw
Wilson Trigueiro de Sousa
Mineral Engineering Graduate Program
Federal University at Ouro Preto-UFOP, Brazilië
E-mail: [email protected]
Luiz Henrique de Campos Merschmann
COPPE Graduate Program
Federale Universiteit van Rio de Janeiro-UFRJ, Brazilië
E-mail: [email protected]
José Thomaz Gama da Silva
Mineral Engineering Graduate Program
Federal University at Ouro Preto-UFOP, Brazilië
E-mail: [email protected]
Samenvatting
Een van de grootste ijzerertsreserves ter wereld bevindt zich in Brazilië. Het land is een van de belangrijkste producenten en exporteurs van ijzererts en kan bogen op moderne mijnen, een efficiënt netwerk van spoorwegen en havens, en geschoolde mijnwerkers. Hierna volgt een studie naar de verschillende aspecten van de mijnbouw in de wereld: definities, geologie, reserves in de wereld, granulometrische specificaties, lavage, verwerking, transport en een analyse van de wereldmarkt in 1990.
Begrippen: ferro-mijn, lavra, transoceânico-transport.
Abstract
Een van ’s werelds grootste ijzerertsreserves ligt in Brazilië. Het land is een belangrijke producent en exporteur van ijzererts dankzij moderne mijnen, een efficiënt spoorweg- en havennet en geschoold mijnpersoneel. In dit document wordt een overzicht gegeven van deze realiteit. In dit overzicht komen de algemene aspecten van ijzererts aan de orde, zoals definities, geologie, wereldvoorraden en reserves, ertsgroottespecificaties, mijnbouw, ertsbehandeling en vervoer. Bovendien wordt een overzicht gegeven van de wereldwijde ijzerertsmarkt in de jaren negentig.
Keywords: ijzererts, mijnbouw, transoceanisch ertstransport.
1. Definities
Het ijzer komt voor als oxiden, carbonaten, sulfiden en silicaten. Commercieel gezien zijn oxiden het belangrijkst. De voornaamste mineralen die ijzer bevatten zijn:
- Magnetiet: Fe3O4, met 72,4% ijzergehalte.
- Hematiet: Fe2O3, met 69,9% ijzergehalte.
- Sideriet: FeCO3, met 42,8% ijzergehalte.
- Limoniet en Goethiet: Fe2O3.H2O, met 62,9% ijzergehalte.
- Pyriet: FeS2, met 46,5% ijzergehalte.
Magnetiet heeft, ondanks dat het het grootste percentage ijzer bevat, weinig marktwaarde, terwijl hematiet, dat een kleiner percentage ijzer bevat, op grotere schaal wordt gebruikt. Limoniet, sideriet en andere ijzermineralen hebben weinig toepassing vanwege hun geringe ijzergehalte.
2. Geologie van ijzer
Stratiforme afzettingen vormen het grootste deel van de ijzerafzettingen in de wereld. Zij worden onderverdeeld in drie hoofdtypen: Algoma, Superior en Minette. Deze karakterisering komt overeen met de plaats waar zij voor het eerst werden vastgesteld.
Vele andere typen afzettingen zijn weliswaar plaatselijk van belang, maar kunnen op wereldschaal niet worden vergeleken met de afzettingen van het Superior-type. Afzettingen van het Superior-type worden aangetroffen in Lake Superior (VS en Canada), Labrador (Canada), het Krivoy Rog-district (voormalige Sovjet-Unie), Hammersley Range en Iron Knob (Australië). Afzettingen van het Minette-type worden aangetroffen in het oosten van de VS, Europa (Engeland, Frankrijk en Spanje), China en Kerch (voormalige Sovjet-Unie). De belangrijkste afzettingen van het Algoma-type komen voor in Ontario (Canada). Afzettingen van het vulkanische type komen voor in het westen van de VS (Iron Springs en Mt. Eagle), Zweden (Kirunavara, Svapavara en Gallivare), Australië (Savage River) en de voormalige Sovjet-Unie (Magnitogorski).
In Brazilië bevinden de grootste ijzerertsafzettingen zich in de Quadrilátero Ferrífero, in de deelstaat Minas Gerais. Het gaat om afzettingen van het type Superior, die hun oorsprong vinden in het vroege Proterozoïcum. Er zijn aanzienlijke afzettingen van het Superior-type in de Carajás-regio (zuiden van de deelstaat Pará) en in de Corumbá-regio (deelstaat Mato Grosso do Sul). Afzettingen van het Algoma-type in Minas Gerais liggen in de buurt van de steden Ganhães, Nova Era en Ipatinga.
In de belangrijkste ijzerertsproducerende districten van Brazilië is de beschrijving van de ijzerformatie als volgt:
- In de Quadrilátero Ferrífero zijn de beddingen metamorfe gesteenten van de Minas-groep (die van onder naar boven de Caraça-groep, de Itabira-groep en de Piracicaba-groep omvat).
- In Mato Grosso do Sul zijn de ertslagen van de Urucum-formatie 300 meter dik.
- In Marabá, Pará, zijn de ijzerertsafzettingen van de Carajás Metallogenetic Province, geassocieerd met plateaus. De ijzerertssequentie verschilt van die van andere ijzerertsdistricten en komt alleen voor in facies oxiden (itabiriet) geassocieerd met twee sequenties van basisch vulkanisch gesteente. De chemisch-vulkanische opeenvolging, die de Grão Pará Groep wordt genoemd, ligt direct op het basement. Er is ten minste 200 meter dik inferieur basisch gesteente, 250 meter itabiriet en 200 meter superieur basisch gesteente.
3. IJzerertsreserves in de wereld
Wereldvoorraden ijzererts worden geschat op meer dan 800 miljard ton, waarvan 306 miljard ton gemeten en aangegeven reserves zijn. Brazilië bevat 6,4% van de reserves in de wereld en behoort tot de top zes van landen die over grote ijzerertsreserves beschikken. Tabel 1 geeft een overzicht van de ijzerertsreserves in de wereld in 1998.
Tabel 1 – Wereldreserves ijzererts in 1998.
4. Specificaties omvang
Bijna 97% van het ijzerverbruik in Brazilië wordt gebruikt voor de fabricage van ruwijzer, 2% voor de fabricage van sponsijzer en 1% voor de fabricage van andere grondstoffen, zoals cement, zwaar middelzwaar materiaal, enz. Tabel 2 geeft een overzicht van het verbruik van ijzererts in Brazilië in de periode 1986-2000.
Tabel 2 – IJzerertsverbruik in Brazilië 1986-2000 Eenheid:103t
Tabel 3 – Specificaties omvang ijzererts.
De grootte van de deeltjes is een zeer belangrijke variabele in de handel in ijzererts. De belangrijkste soorten ijzererts die in de internationale handel worden verhandeld, bestaan voornamelijk uit:
- klomp erts: deeltjes van 1/4 inch of groter,
- sinter feed: fijnheden groter dan 100 mesh,
- pellet feed: fijnheden kleiner dan 100 mesh.
Direct verladend erts is bulkerts dat zonder bewerking of met minimale bewerking, zoals breken en zeven, op de markt wordt gebracht. Fijne concentraten of natuurlijk erts worden geagglomereerd om het vervoer en het smelten te vergemakkelijken. De belangrijkste agglomeratieprocessen die worden gebruikt zijn sinteren en pelletiseren, wanneer het ijzererts bestaat uit deeltjes die minder dan 1/4 inch groot zijn.
Agglomereren wordt gedaan om de doorlaatbaarheid van de ovenlading te verbeteren en te voorkomen dat fijn erts via de schoorsteen verloren gaat. De deeltjes tussen 1/4 inch en 100 mesh worden gesinterd. In de meeste landen is sinter de belangrijkste grondstof voor hoogovens, met een hoog rendement. Het sinteren is een belangrijk proces omdat daarbij fijne ertsen worden gebruikt die vroeger geen economische waarde hadden. Pelletiseren is een proces dat wordt uitgevoerd met fijngemalen concentraat.
5. Winning, behandeling en vervoer van ijzererts
Izererts ondergaat een behandelingsfase om het ijzergehalte te verhogen en het gehalte aan onzuiverheden te verlagen, al naar gelang de noodzaak. De verwerkingsgraad hangt af van het type afzetting en economische overwegingen. Hoogwaardige ertsen worden behandeld om producten van uniforme afmetingen te verkrijgen, om fijne deeltjes te verwijderen en vooral om onzuiverheden te verminderen. Laagwaardige ertsen worden behandeld om concentraten te verkrijgen die op de markt kunnen concurreren met hoogwaardige ertsen.
Voor de behandeling van het erts moeten de waardevolle mineralen worden vrijgemaakt van hun ganggesteente. Allereerst wordt het erts verkleind (vermalen – breken en malen). Wegens de hoge kosten van het verkleinen (malen is vaak de grootste energieverbruiker) moet het maalproces onder controle worden gehouden. Overmaat wordt vermeden door gebruik te maken van groottescheiding (zeven, hydraulische classificeerders). Nadat het erts mineraalvrij is gemaakt, kan het worden onderworpen aan scheidingsprocessen, wat via de eenvoudigste procedure resulteert in een concentraat en een afvalstof.
De concentratiebewerkingen bestaan uit het fysisch scheiden van de korrels waardevolle mineralen van de ganggesteente mineralen. De belangrijkste fysische methoden voor ertsconcentratie zijn:
- Scheiding die afhangt van optische en radioactieve eigenschappen.
- Scheiding die gebruik maakt van verschillen in soortelijke massa.
- Scheiding die gebruik maakt van het verschil in oppervlakte-eigenschappen van de mineralen.
- Scheiding die afhangt van magnetische eigenschappen.
- Scheiding die elektrische geleidbaarheidseigenschappen toepast.
Op enkele uitzonderingen na wordt bij de meeste scheidingsprocessen van mineralen een aanzienlijke hoeveelheid water gebruikt. Het eindconcentraat moet worden gescheiden van een pulp waarin de verhouding water/vaste stof hoog kan zijn.
Waterafscheiding of vast-vloeibaar scheiding levert een betrekkelijk droog concentraat op voor verzending, dat eventueel thermisch moet worden gedroogd om een eindproduct van ongeveer 95% vast gewicht te verkrijgen.
Een voorbeeld van behandeling is schematisch weergegeven in figuur 1.
Figuur 1- Vereenvoudigd stroomschema van de behandeling van ijzererts in Carajás – Brazilië.
Over 85% van de ijzerertsproductie in de wereld komt uit dagbouwmijnen en de rest uit ondergrondse mijnen. De mijnbouwmethode hangt af van de toegankelijkheid van het ertslichaam, de grootte van het erts en de vorm van de afzetting.
Het transportsysteem is de belangrijkste component in de prijs van ijzererts. Daarom maken de meeste mijnen gebruik van het mijn/spoor/zeehavensysteem om transoceanische handel mogelijk te maken.
6. Een studie van de ijzerertshandel in de jaren 90
De ijzerertshandel bereikte zijn topprestatie in 1997 en overtrof zelfs de meest optimistische vooruitzichten voor dat jaar. De wereldstaalproductie is de laatste zes jaar snel gegroeid, vooral in Azië, West-Europa en Noord-Amerika, en ging gepaard met een stijging van het verbruik.
Voor het eerst bereikte de ijzerertsproduktie het niveau van 900 Mt. De wereldexport bereikte een niveau van meer dan 470 miljoen ton.
Als gevolg van de veranderingen in de vraag naar staal daalde de wereldijzerertsproductie in 1998 met naar schatting -1,8% ten opzichte van de recordhoogte van 1997. Om het doel van 1997 te bereiken, werd de produktiecapaciteit verhoogd en de bestaande technologie beter gebruikt. Na een daling in 1991 en 1992 is de wereldijzerertsproduktie in de daaropvolgende drie jaar met 12% gestegen.
De grootste produktiestijging deed zich voor in landen die het grootste deel van hun binnenlandse produktie verbruiken (VS, Russische Federatie en China) en in landen waarvan de uitvoer het binnenlandse verbruik ruimschoots overtreft (Brazilië, Australië en Venezuela).
Brazilië heeft de positie van grootste producent van verhandelbaar erts behouden. China is weliswaar een grote producent, maar heeft erts van lage kwaliteit en kan dus op de internationale markt niet echt concurreren.
Een groot deel van de stijging van de Braziliaanse produktie was te danken aan de extra produktie van de Carajás-mijn van CVRD. In Australië was de produktiestijging voornamelijk te danken aan de uitbreiding van BHP’s Yandi-mijn. De uitbreiding van de ijzerertsproduktie in Brazilië en Australië veroorzaakte een aanzienlijke stijging van de export.
De Chinese productie van ijzererts steeg in 1998 tot 260 miljoen ton. Deze extra productie was bestemd voor de export. In India bleef de ijzerertsproductie toenemen en bereikte 70 miljoen ton. Dit werd bereikt door optimalisering van de exploitatie in bestaande mijnen. Ten gevolge van politieke veranderingen in de voormalige Sovjet-Unie daalde de Russische ijzerertsproduktie. Deze situatie werd uiteindelijk in 1995 omgekeerd en daalde opnieuw in de daaropvolgende jaren. In de VS leidde de operationele snelheid van de staalindustrie tot een toename van de produktiecapaciteit van ijzerertsmijnen. De Zweedse ijzerertsproduktie steeg in het midden van het decennium met 8% en bereikte in de tweede helft van het decennium historische niveaus, dankzij de groei van de pelletproduktie. De produktie in Zuid-Afrika is niet significant gestegen.
Tabel 4 toont de ijzerertsproductie per belangrijk producerend land van 1990 tot 1998. In deze periode hebben de vier grootste ijzerertsproducerende landen hun aandeel in de wereldproductie langzaam opgevoerd. In 1990 produceerden deze vier landen 65,8% van de totale wereldproductie, in 1998 was dat nog maar 66,2%. De twee grootste landen hebben hun aandeel in de wereldproductie echter sterk opgevoerd, van 30,1% in 1990 tot 38,1% in 1998.
Tabel 4 – IJzerertsproductie door de belangrijkste producerende landen 1990-1998.
7. Transoceanische handel in ijzererts
De handel in ijzererts heeft positieve cijfers te zien gegeven. In 1997 werd een nieuw record van 472 miljoen ton uitgevoerd erts bereikt. Na de crisis op de ijzerertsmarkt in 1992 is de transoceanische handel de drie daaropvolgende jaren steeds toegenomen. De grote expansie van de uitvoer werd veroorzaakt door een toegenomen vraag naar ijzererts in de grootste importerende markten van Azië (Japan, China en Korea) en de Europese Unie. De groei van de vraag was hoofdzakelijk te danken aan de expansie van de staalproduktie op deze markten. Japan blijft een leider op het gebied van de invoer en neemt meer dan 25 % van de totale invoer in de wereld voor zijn rekening, met een niveau van 120 miljoen ton. De Europese Unie bleef een belangrijke invoermarkt voor ijzererts. Duitsland voert de invoer in de Europese Unie aan als het tweede ijzererts invoerende land ter wereld. China en Korea zijn belangrijke importeurs van hoogwaardig ijzererts.
Tabel 5 toont de ijzerertsinvoer door de belangrijkste importerende landen van 1990 tot 1998. In deze periode is het aandeel van de vier grootste importerende landen in de wereldinvoer gestegen. In 1990 importeerden deze landen 51,5% van de totale wereldinvoer, in 1998 was dat 55,9%.
Tabel 5 – Invoer van ijzererts door de belangrijkste importerende landen 1990-1998.
Tabel 6 toont de uitvoer van ijzererts door de belangrijkste exporterende landen van 1990 tot 1998. Gedurende deze periode hebben Brazilië en Australië hun aandeel in de wereldmarkt jaar na jaar vergroot. In 1990 exporteerden beide landen 53,9% van de totale wereldexport en in 1998 62,6%. De Zuid-Afrikaanse export is de laatste jaren echter het sterkst gestegen.
Tabel 6 – Uitvoer van ijzererts door de belangrijkste exporterende landen 1990-1998.
p>De huidige situatie op de ijzerertsmarkt heeft te kampen met lage prijzen, overaanbod, teruglopende vraag en een lage produktie van ruwstaal. Als gevolg van deze situatie moeten maatregelen worden genomen om concurrerend te blijven. De belangrijkste zichtbare optie zijn de huidige fusieprocessen tussen toonaangevende Braziliaanse en Australische mijnbouwbedrijven, die resulteren in minder en grotere ondernemingen.
Erkenningen
De auteurs zijn erkentelijk voor FAPEMIG, het agentschap dat wetenschappelijk onderzoek in de Braziliaanse deelstaat Minas Gerais sponsort. Haar financiële steun vormde een belangrijke ondersteuning voor deze studie.
ANUÁRIO ESTATÍSTICO. Instituto Brasileiro de Siderurgia. Rio de Janeiro, 1997.
ANNUELE compilatie van ijzerertstransporten door bedrijven. Skillings’ Mining Review, v. 84, n. 26, p. 4-6, 1 juli 1995.
Jaarlijks overzicht. Metals & Minerals, p. 50-1, 1996.
BONDI, W. De minerale rijkdom van Brazilië en de Philips Organisatie, 1985.
QUARESMA, L.F. Ferro. Mineral Summary, v.16, p. 50-1, 1996.
SOUSA, G. S. De dynamiek van de transoceanische ijzerertsmarkt: historische ontwikkeling en vooruitzichten in het jaar 2000. Campinas: Instituut voor Geowetenschappen, Staatsuniversiteit van Campinas. 1991. 150 p. (MSc. Dissertation)
SOUSA, W. T. Substitutie van staal door polymeren en composieten in de Braziliaanse automobielindustrie: determinanten en gevolgen voor de ijzerertsmarkt. São Paulo: Polytechnische School, Universiteit van São Paulo. 1995. 156 p. (Doctoraalscriptie).