При виде товарных ценных минералов справедливо возникает вопрос о том, каким образом из первичной руды или ископаемого может получиться столь привлекательное ювелирное изделие. Особенно с учетом того, что переработка породы как таковая представляет собой если не один из финальных, то как минимум предшествующий заключительному этапу процесс облагораживания. Ответом же на вопрос будет обогащение в ходе которого происходит базовая обработка породы, предусматривающая отделение ценного минерала от пустых сред.
Общая технология обогащения
Переработка ценных ископаемых осуществляется на специальных предприятиях по обогащению. Процесс предусматривает выполнение нескольких операций, среди которых подготовка, непосредственное расщепление и разделение породы с примесями. В ходе обогащения получают разные минералы, в том числе графит, асбест, вольфрам, рудные материалы и т. д. Не обязательно это должны быть ценные породы - есть немало фабрик, выполняющих переработку сырья, которое в дальнейшем используется в строительстве. Так или иначе, основы обогащения полезных ископаемых базируются на анализе свойств минералов, которые обуславливают и принципы разделения. К слову, необходимость отсечения разных структур возникает не только с целью получения одного чистого минерала. Распространена практика, когда из одной структуры выводится несколько ценных пород.
Дробление породы
На этом этапе производится измельчение материала на отдельные частицы. В процессе дробления задействуются механические силы, с помощью которых преодолеваются внутренние механизмы сцепления.
В результате порода делится на мелкие твердые частицы, носящие однородный характер структуры. При этом стоит различать непосредственное дробление и технику измельчения. В первом случае минеральное сырье подвергается менее глубокому разделению структуры, в ходе которого формируются частицы фракцией более 5 мм. В свою очередь измельчение обеспечивает образование элементов диаметром менее 5 мм, хотя и этот показатель зависит от того, с какой породой приходится иметь дело. В обоих случаях ставится задача максимального расщепления зерен полезного вещества так, чтобы освобождался чистый компонент без микста, то есть пустой породы, примесей и т. д.
Процесс грохочения
После завершения процесса дробления заготовленное сырье подвергается другому технологическому воздействию, которое может представлять собой и просеивание, и выветривание. Грохочение в сущности является способом классификации полученных зерен по характеристике крупности. Традиционный способ реализации данного этапа предусматривает использование решета и сита, обеспеченных возможностью калибрования ячеек. В процессе грохочения отделяются надрешетчатые и подрешетчатые частицы. В некотором роде обогащение полезных ископаемых начинается уже на этой стадии, поскольку часть примесей и миксты отделяются. Мелкая фракция размером менее 1 мм отсеивается и с помощью воздушной среды - выветриванием. Масса, напоминающая мелкофракционный песок, поднимается искусственными воздушными потоками, после чего оседает.
В дальнейшем частицы, которые оседают медленнее, отделяются от совсем маленьких пылевых элементов, задерживающихся в воздухе. Для дальнейшего сбора производных такого грохочения используют воду.
Обогатительные процессы
Процесс обогащения ставит целью выделение из исходного сырья частиц полезного ископаемого. В ходе выполнения таких процедур выделяется несколько групп элементов - полезный концентрат, отвальные хвосты и другие продукты. Принцип разделения этих частиц основывается на различиях между свойствами полезных минералов и пустой породы. Такими свойствами могут выступать следующие: плотность, смачиваемость, магнитная восприимчивость, типоразмер, электропроводность, форма и т. д. Так, процессы обогащения, использующие разницу в плотности, задействуют гравитационные методы разделения. Такой подход используется при рудного и нерудного сырья. Весьма распространено и обогащение на основе характеристик смачиваемости компонентов. В данном случае применяется флотационный метод, особенностью которого является возможность разделения тонких зерен.
Также используется магнитное обогащение полезных ископаемых, которое позволяет выделять железистые примеси из тальковых и графитовых сред, а также очищать вольфрамовые, титановые, железные и другие руды. Базируется эта техника на разнице в воздействии магнитного поля на частицы ископаемых. В качестве оборудования задействуются специальные сепараторы, которые также используют для восстановления магнетитовых суспензий.
Заключительные этапы обогащения
К основным процессам этого этапа стоит отнести обезвоживание, сгущение пульпы и сушку полученных частиц. Подбор оборудования для обезвоживания осуществляется на основе химико-физических характеристик минерала. Как правило, данная процедура выполняется в несколько сеансов. При этом необходимость в ее выполнении возникает не всегда. Например, если в процессе обогащения использовалась электрическая сепарация, то обезвоживание не требуется. Помимо подготовки продукта обогащения к дальнейшим процессам переработки, должна быть предусмотрена и соответствующая инфраструктура для обращения с частицами минерала. В частности, на фабрике организуется соответствующее производственное обслуживание. Вводятся внутрицеховые транспортные средства, организуется снабжение водой, теплом и электроэнергией.
Оборудование для обогащения
На этапах измельчения и дробления задействуются специальные установки. Это механические агрегаты, которые с помощью различных приводных сил оказывают разрушающее воздействие на породу. Далее в процессе грохочения используют решето и сито, в которых предусматривается возможность калибрования отверстий. Также для просеивания применяют более сложные машины, которые называются грохотами. Непосредственно обогащение выполняют электрические, гравитационные и магнитные сепараторы, которые используются в соответствии с конкретным принципом разделения структуры. После этого для обезвоживания используют технологии дренирования, в реализации которых могут применяться те же грохоты, элеваторы, центрифуги и аппараты для фильтрации. Заключительный этап, как правило, предполагает использование средств термической обработки и сушки.
Отходы процесса обогащения
В результате процесса обогащения образуется несколько категорий продуктов, которые можно разделить на два вида - полезный концентрат и отходы. Причем ценное вещество вовсе не обязательно должно представлять одну и ту же породу. Также нельзя сказать, что отходы представляют собой ненужный материал. В таких продуктах может содержаться ценный концентрат, но в минимальных объемах. При этом дальнейшее обогащение полезных ископаемых, которые находятся в структуре отходов, зачастую не оправдывает себя технологически и финансово, поэтому вторичные процессы такой переработки редко выполняются.
Оптимальное обогащение
В зависимости от условий проведения обогащения, характеристик исходного материала и самого метода может различаться качество конечного продукта. Чем выше содержание в нем ценного компонента и меньше примесей, тем лучше. Идеальное обогащение руды, к примеру, предусматривает полное отсутствие отходов в продукте. Это значит, что в процессе обогащения смеси, полученной дроблением и грохочением, из общей массы полностью были исключены частицы сора от пустых пород. Однако достичь такого эффекта удается далеко не всегда.
Частичное обогащение полезных ископаемых
Под частичным обогащением понимается разделение класса крупности ископаемого или же отсечение легко выделяемой части примесей из продукта. То есть данная процедура не ставит целью полное очищение продукта от примесей и отходов, а лишь повышает ценность исходного материала путем увеличения концентрации полезных частиц. Такая обработка минерального сырья может использоваться, к примеру, в целях понижения зольности угля. В процессе обогащения выделяется крупный класс элементов при дальнейшем смешивании концентрата необогащенного отсева с мелкой фракцией.
Проблема потерь ценной породы при обогащении
Как ненужные примеси остаются в массе полезного концентрата, так и ценная порода может выводиться вместе с отходами. Для учета таких потерь используются специальные средства, позволяющие рассчитать допустимый уровень оных для каждого из технологических процессов. То есть для всех методов отделения разрабатываются индивидуальные нормы допустимых потерь. Допустимый процент учитывается в балансе обрабатываемых продуктов с целью покрытия расхождений в расчете коэффициента влаги и механических потерь. Особенно такой учет важен, если планируется обогащение руды, в процессе которого используется глубокое дробление. Соответственно, повышается и риск потерь ценного концентрата. И все же в большинстве случаев утрата полезной породы происходит из-за нарушений в технологическом процессе.
Заключение
За последнее время технологии обогащения ценных пород сделали заметный шаг в своем развитии. Совершенствуются и отдельные процессы переработки, и общие схемы реализации отделения. Одним из перспективных направлений дальнейшего продвижения является использование комбинированных схем обработки, которые повышают качественные характеристики концентратов. В частности, комбинированию подвергаются магнитные сепараторы, в результате чего оптимизируется процесс обогащения. К новым методикам этого типа можно отнести магнитогидродинамическую и магнитогидростатическую сепарацию. При этом отмечается и общая тенденция ухудшения рудных пород, что не может не сказываться на качестве получаемого продукта. Бороться с повышением уровня примесей можно активным применением частичного обогащения, но в общем итоге увеличение сеансов переработки делает технологию неэффективной.
7. Что подразумевается под терминами химическое и радиометрическое обогащение?
8. Что называется обогащением по трению, декрипитацией?
9. Какие формулы технологических показателей обогащения?
10. Какова формула степени сокращения?
11. Как вычислить степень обогащения руды?
Темы семинаров:
Основная характеристика методов обогащения.
Основные отличия от подготовительных, вспомогательных и основных методов обогащения.
Краткая характеристика основных методов обогащения.
Краткая характеристика подготовительных и вспомогательных методов обогащения.
Степень сокращения проб, основная роль данного метода при обогащении полезных ископаемых.
Домашнее задание :
Изучить термины, правила и основные методы обогащения, закрепить, полученные знания на семинарском занятии самостоятельно.
ЛЕКЦИЯ №3.
ТИПЫ И СХЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ.
Цель: Объяснить студентам основные типы и схемы обогащения и применение таких схем на производстве. Дать понятие о методах и процессах обогащения полезных ископаемых.
План:
Методы и процессы обогащения полезных ископаемых, область их применения.
Обогатительные фабрики и их промышленное значение. Основные типы технологических схем.
Ключевые слова: основные процессы, вспомогательные процессы, подготовительные методы, применение процессов, схема, технологическая схема, количественная, качественная, качественно-количественная, водно-шламовая, схема цепи аппаратов.
1. На обогатительных фабриках полезные ископаемые подвергаются последовательным процессам переработки, которые по назначению в технологическом цикле фабрики разделяются на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные.
К подготовительным операциям обычно относят дробление, измельчение, грохочение и классификацию, т.е. процессы, в результате которых достигается раскрытие минерального состава, пригодной для их последующего разделения в процессе обогащения, а так же операции усреднения полезных ископаемых, которые могут проводиться на рудниках, карьерах, в шахтах и на обогатительных фабриках. При дроблении и измельчении достигается уменьшение крупности кусков руды и раскрытие минералов в результате разрушения сростков полезных минералов с пустой породой (или сростков одних ценных минералов с другими). Грохочение и классификация применяются для разделения по крупности полученных при дроблении и измельчении механических смесей. Задача подготовительных процессов - доведение минерального сырья до крупности, необходимой для последующего обогащения.
К основным обогатительным операциям относят те физические и физико-химические процессы разделения минералов, при которых полезные минералы выделяются в концентраты, а пустая порода – в хвосты.К основнымобогатительным процессам, относятся процессы разделения минералов по физическим и физико-химическим свойствам (по форме, плотности, магнитной восприимчивости, электропроводности, смачиваемости, радиоактивности и др.): сортировка, гравитация, магнитное и электрическое обогащение, флотация, радиометрическое обогащение и др. В результате проведения основных процессов получают концентраты и хвосты. Применение того или другого способа обогащения зависит от минералогического состава руды.
К вспомогательным процессам относят процедуры удаления влаги из продуктов обогащения. Такие процессы называются обезвоживанием, которое проводится с целью доведения влажности продуктов до установленных норм.
На обогатительной фабрике исходное сырье при обработке подвергается ряду последовательных технологических операций. Графическое изображение совокупности и последовательности этих операций так же называют технологической схемой обогащения.
При обогащении полезных ископаемых используют различия их физических и физико-химических свойств, существенное значение из которых имеют цвет, блеск, твердость, плотность, спайность, излом и т.д.
Цвет минералов разнообразен. Различие в цвете используется при ручной рудоразборке или пробовыборке из углей и других видах обработки.
Блеск минералов определяется характером их поверхностей. Различие в блеске можно использовать, как и в предыдущем случае, при ручной рудоразборке из углей или пробовыборке из углей и других видах обработки.
Твердость минералов, входящих в состав полезных ископаемых, имеет важное значение при выборе способов дробления и обогащения некоторых руд, а так же углей.
Плотность минералов изменяется в широких пределах. Различие в плотности полезных минералов и пустой породы широко используется при обогащении полезных ископаемых.
Спайность минералов заключается в их способности раскалываться от ударов по строго определенному направлению и образовывать по плоскостям раскола гладкие поверхности.
Излом имеет существенное практическое значение в процессах обогащения, так как характер поверхности минерала, полученного при дроблении и измельчении, оказывает влияние при обогащении электрическими и другими методами.
2. Технология обогащения полезных ископаемых состоит из ряда последовательных операций, осуществляемых на обогатительных фабриках.
Обогатительными фабриками называют промышленные предприятия, на которых методами обогащения обрабатывают полезные ископаемые и выделяют из них один или несколько товарных продуктов с повышенным содержанием ценных компонентов и пониженным содержанием вредных примесей. Современная обогатительная фабрика – это высокомеханизированное предприятие со сложной технологической схемой переработки полезного ископаемого.
Совокупность и последовательность операций, которым подвергается руда при переработке, составляют схемы обогащения, которые принято изображать графически
Технологическая схема включает сведения о последовательности технологических операций по переработки полезных ископаемых на обогатительной фабрике.
Качественная схема содержит сведения о качественных измерениях полезного ископаемого, в процессе его переработки, а так же данные о режиме отдельных технологических операций. Качественная схема (рис. 1.) дает представление о принятой технологии переработки руды, последовательности процессов и операций, которым подвергается руда при обогащении.
рис. 1. Качественная схема обогащения
Количественная схема включает количественные данные о распределении полезного ископаемого по отдельным технологическим операциям и выход получаемых продуктов.
Качественно–количественная схема совмещает в себе данные качественной и количественной схем обогащения.
Если в схеме имеются данные о количестве воды в отдельных операциях и продуктах обогащения, о количестве добавляемой воды в процесс, то схема называется шламовой. Распределение твердого и воды по операциям и продуктам указывается в виде отношения твердого к жидкому Т: Ж, например, Т: Ж = 1: 3, или в процентах твердого, например 70% твердого. Соотношение Т:Ж численно равно количеству воды (м³), приходящейся на 1 т твердого. Количество воды, добавляемой в отдельные операции, выражается в кубических метрах в сутки или в кубических метрах в час. Часто эти виды схем совмещаются и тогда схема называется качественно-количественной шламовой.
Вводно-шламовая схема содержит данные о соотношении воды и твердого в продуктах обогащения.
Схема цепи аппаратов – графическое изображение пути движения полезного ископаемого и продуктов обогащения через аппараты. На таких схемах аппараты, машины и транспортные средства изображаются условно и указывается их число, тип и размер. Движение продуктов от агрегата к агрегату обозначается стрелками (см. рис.2):
Рис. 2. Схема цепи аппаратов:
1,9- бункер; 2, 5, 8, 10, 11 - транспортер; 3, 6 - грохоты;
4 - щековая дробилка; 7 - конусная дробилка; 12 - классификатор;
13 - мельница; 14 - флотомашина; 15 - сгуститель; 16 - фильтр
По схеме на рисунке видно подробно, как руда проходит полное обогащение, включая подготовительные и основные процессы обогащения.
В качестве самостоятельных процессов чаще всего применяют флотацию, гравитационные и магнитные методы обогащения. Из двух возможных методов, дающих одинаковые показатели обогащения, обычно выбирают наиболее экономичный и экологически безопасный метод.
Выводы:
Процессы обогащения подразделяются на подготовительные, основные вспомогательные.
При обогащении полезных ископаемых используют различия их физических и физико-химических свойств, существенное значение из которых имеют цвет, блеск, твердость, плотность, спайность, излом и т.д.
Совокупность и последовательность операций, которым подвергается руда при переработке, составляют схемы обогащения, которые принято изображать графически. В зависимости от назначения схемы могут быть качественными, количественными, шламовыми. Кроме указанных схем обычно составляют схемы цепи аппаратов.
В качественной схеме обогащения изображается путь движения руды и продуктов обогащения последовательно по операциям с указанием некоторых данных о качественных изменениях руды и продуктов обогащения, например, крупности. Качественная схема дает представление о стадиальности процесса, количестве перечистных операций концентратов и контрольных перечисток хвостов, о виде процесса, способе обработки промпродуктов и количестве конечных продуктов обогащения.
Если на качественной схеме указать количество перерабатываемой руды, получаемых в отдельных операциях продуктов и содержание в них ценных компонентов, то схема уже будет называться количественной или качественно-количественной.
Совокупность схем дает нам полное понятие о происходящем процессе обогащения и переработки полезных ископаемых.
Контрольные вопросы:
1. Что относится к подготовительным, основным и вспомогательным процессам обогащения?
2. Какие различия в свойствах минералов используются при обогащении полезных ископаемых?
3. Что называют обогатительными фабриками? Каково их применение?
4. Какие типы технологических схем Вы знаете?
5. Что такое схема цепи аппаратов.
6. Что означает качественная схема технологического процесса?
7. Как Вы можете охарактеризовать качественно-количественную схему обогащения?
8. Что означает водно-шламовая схема?
9. Какие характеристики можно получить, следуя технологическим схемам?
Подготовительные процессы обогащения полезных ископаемых
Введение
Назначение обогащения полезных ископаемых
Добываемая горная масса представляет собой смесь кусков минеральных комплексов, сростков минералов с различными физическими, физико-химическими и химическими свойствами. Для получения конечных продуктов (концентратов металлов, кокса, строительных материалов, хим. удобрений и т.д.) ее необходимо подвергнуть ряду процессов обработки: механических, термических, химических.
Переработка полезных ископаемых на ОФ включает ряд операций, в результате которых достигается отделение полезных компонентов от примесей, т.е. доведение полезного ископаемого до качества, пригодного для последующего передела, например,необходимо повышение содержания: железа от 30-50% до 60-70 % ; марганца от 15-25 % до 35-45 % , меди от 0,5-1,5 % до 45-60 % , вольфрама от 0,02-0,1 % до 60-65 %.
По своему назначению процессы переработки полезных ископаемых разде-ляют на подготовительные, основные (обогатительные) и вспомогательные .
Подготовительные процессы предназначены для раскрытия или открытия зерен полезных компонентов (минералов), входящих в состав полезных ископаемых, и разделения их на классы крупности, удовлетворяющие технологическим требованиям последующих процессов обогащения.
К подготовительным относятся процессы дробления, измельчения, грохочения и классификации.
Обогащением полезных ископаемых называется совокупность процессов механической обработки минерального сырья, позволяющая отделить полезные минералы (концентрат) от пустой породы.
Специалисты инженеры-обогатители должны решать следующие задачи:
Комплексное освоение минеральных ресурсов;
Утилизация продуктов переработки;
Создание новых процессов безотходной технологии разделения полезного ископаемого на конечные товарные продукты для их использования в промыш-ленности;
Охрана окружающей среды.
Разделение смесей минералов производят на основе различий в физических, физико-химических и химических свойствах с получением ряда продуктов с повышенным содержанием ценных компонентов (концентраты ) , низким (промпродукты ) и незначительным (отходы, хвосты ) .
Процесс обогащения направлен не только на повышение содержания ценного компонента в концентрате, но и на удаление вредных примесей:
сера в угле, фосфор в марганцевом концентрате, мышьяк в буром железняке и сульфидных полиметаллических рудах. Эти примеси, попадая в чугун и затем в сталь, ухудшают механич. свойства металла.
Краткие сведения о полезных ископаемых
Полезными ископаемыми называют руды, нерудные и горючие ископаемые материалы, используемые в промышленном производстве в естественном или переработанном виде.
К рудам относят полезные ископаемые, которые содержат ценные компоненты в количестве, достаточном для того, чтобы их извлечение было экономически выгодным.
Руды подразделяются на металлические и неметаллические .
Металлические руды - сырье для получения черных, цветных, редких, драгоценных и других металлов – вольфрамо-молибденовые, свинцово-цинковые, марганцевые, железные, кобальтовые, никелевые, хромитовые, золотосодержащие;
неметаллическиеруды - асбестовые, баритовые, апатитовые, фосфоритовые, графитовые, тальковые, сурьмяные и др.
Нерудные полезные ископаемые - сырье для производства строительных материалов (песок, глина, гравий, строительный камень, портландцемент, строительный гипс, известняк и др.)
Горючие полезные ископаемые - твердое топливо, нефть и горючий газ.
Полезные ископаемые состоят из минералов, отличающихся своей ценностью, физическими и химическими свойствами (твердостью, плотностью, магнитной проницаемостью, смачиваемостью, электропроводностью, радиоактивностью и т.д.).
Минералами - называются самородные (т.е. встречающиеся в природе в чистом виде) элементы и природные химические соединения.
Полезным минералом (или компонентом) - называют элемент или его природное соединение, с целью получения которого производится добыча и переработка полезного ископаемого. Например: в железной руде полезные минералы - магнетит Fe 3 O 4 , гематит Fe 2 O 3 .
Полезными примесями - называют минералы (элементы), содержание которых в небольших количествах приводит к улучшению качества продуктов, получаемых из полезных минералов. Например, примеси ванадия, вольфрама, марганца, хрома в железной руде положительно влияют на качество металла, выплавляемого из нее.
Вредными примесями - называют минералы (элементы), содержание которых в небольших количествах приводит к ухудшению качества продуктов, получаемых из полезных минералов. Например, примеси серы, фосфора, мышьяка негативно влияют на процесс выплавки стали.
Элементами-спутниками называют компоненты, содержащиеся в полезном ископаемом в небольших количествах, выделяемые в процессе обогащения в отдельные продукты или продукт основного компонента. Дальнейшая металлургическая или химическая переработка элементов-спутников позволяет извлечь их в отдельный продукт.
Минералами пустой породы - называют компоненты, не имеющие промыш-ленной ценности. В железной руде к ним могут быть отнесены SiO 2 , Al 2 O 3 .
В зависимости от структуры различают полезные ископаемые вкрапленные и сплошные , например, во вкрапленных - отдельные мелкие зерна полезного минерала рассеяны среди зерен пустой породы; в сплошных - зерна полезного минерала представлены в основном сплошной массой, а минералы пустой породы в виде прослоек, включений.
(конспект лекций)
В.Б.Кусков
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
ВЕДЕНИЕ 2
1. подготовительные процессы 8
1.1. ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ 8
1.2 ДРОБЛЕНИЕ 10
1.3. грохочение 14
1.4. ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ 17
1.5. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ 20
2. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ 23
2.1. ГРАВИТАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ 23
2.3. МАГНИТНЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ 35
2.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОГАЩЕНИЕ 39
2.5. специальные МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ 43
2.6. КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ 48
3 ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ 49
3.1. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ 49
3.2. ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЕ 53
3.3. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД 54
3.3 ОПРОБОВАНИЕ, КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ 55
4. ОБОГАТИТЕЛЬНЫЕ ФАБРИКИ 55
Ведение
Полезные ископаемые - природные минеральные образования земной коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их в сфере материального производства. Месторождение полезного ископаемого – скопление минерального вещества в недрах или на поверхности Земли, по количеству, качеству и условиям залегания пригодного для промышленного использования. (При больших площадях распространения месторождения образуют районы, провинции и бассейны). Различают твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые.
Твердые полезные ископаемые (руды), в свою очередь, подразделяются на горючие (торф, сланец, уголь) и негорючие, которые бывают: агрономические (апатитовые и фосфоритовые и др.), неметаллические (кварцевые, баритовые и др.) и металлические (руды черных и цветных металлов). Эффективность использования того или иного полезного ископаемого зависит, прежде всего, от содержания в нем ценного компонента и наличия вредных примесей. Непосредственная металлургическая или химическая переработка полезного ископаемого целесообразна (технически и экономически выгодна) только в том случае, если содержание в нем полезного компонента не ниже некоторого предела, определяемого уровнем развития техники и технологии (и потребности в данном сырье) в настоящее время. В большинстве случаев непосредственное использование добытой горной массы или её переработка (металлургическая, химическая и др.) экономически нецелесообразны, а иногда и технически невозможны, т.к. годные к непосредственной переработке полезные ископаемые в природе встречаются редко в большинстве случаев их подвергают специальной обработке – обогащению.
Обогащение полезных ископаемых совокупность процессов механической переработки минерального сырья с целью извлечения полезных (ценных) компонентов и удаления пустой породы и вредных примесей. В результате обогащения из руды получают концентрат (концентраты) и хвосты.
Концентрат – это продукт, куда выделяется (концентрируется) большая часть полезных минералов (и незначительное количество минералов пустой породы). Качество концентрата в основном характеризуется содержанием ценного компонента (оно всегда выше, чем в руде , концентрат богаче по цененному компоненту отсюда и название - обогащение), а также содержанием полезных и вредных примесей, влажностью и гранулометрической характеристикой.
Хвосты – продукт, в который выделится большая часть минералов пустой породы, вредных примесей и незначительное количество полезного компонента (содержание ценного компонентов в хвостах ниже, чем в концентратах и руде)..
Кроме концентрата и хвостов возможно получение промпродуктов , т.е. продуктов, характеризующихся более низким по сравнению с концентратами и более высоким по сравнению с хвостами содержанием полезных компонентов.
Полезными (ценными) компонентами называются химические элементы или природные соединения, для получения которого добывается и перерабатывается данное полезное ископаемое. Как правило, ценный компонент в руде находится в виде минерала (самородных элементов в природе мало: медь, золото, серебро, платина, сера, графит).
Полезными примесями называют химические элементы или природные соединения, которые входят в состав полезного ископаемого в небольших количествах и улучшают качество готовой продукции (либо выделяются в ходе дальнейшей переработки). Например, полезными примесями в железных рудах являются такие легирующие добавки как хром, вольфрам, ванадий, марганец и др.
Вредными примесями называют отдельные элементы и природные химические соединения, содержащиеся в полезных ископаемых в небольших количествах и оказывающие отрицательное влияние на качество готовой продукции. Например, в железных рудах вредными примесями являются сера, мышьяк, фосфор, в коксующихся углях – сера, фосфор, в энергетических углях – сера и т.д.
Обогащение полезных ископаемых позволяет повысить экономическую эффективность их дальнейшей переработки , также, в некоторых случаях, без стадии обогащения дальнейшая переработка становится вообще невозможной. Например, медные руды (содержащие, как правило, весьма мало меди) нельзя непосредственно переплавить в металлическую медь, так как медь при плавке переходит в шлак. Кроме того, обогащение полезных ископаемых позволяет:
увеличить промышленные запасы сырья за счет использования месторождений бедных полезных ископаемых с низким содержанием ценных компонентов;
повысить производительность труда на горных предприятиях и снизить стоимость добываемой руды за счет механизации горных работ и сплошной выемки полезного ископаемого вместо выборочной;
комплексно использовать полезные ископаемые, так как предварительное обогащение позволяет извлечь не только основные полезные компоненты, но и сопутствующие, содержащиеся в малых количествах;
снизить расходы на транспортирование к потребителям более богатых продуктов, а не всего объема добываемого полезного ископаемого;
выделить из минерального сырья те вредные примеси, которые при дальнейшей его переработке могут загрязнять окружающую среду и тем самым угрожать здоровью людей и ухудшать качество конечной продукции.
Обогатительные методы также можно использовать при переработке твердых бытовых отходов (их образуется 350 – 400 кг/год на человека).
Полезные ископаемые на обогатительных фабриках проходят целый ряд последовательных операций, в результате которых полезные компоненты отделяются от примесей. Процессы обогащения полезных ископаемых по своему назначению делятся на подготовительные, вспомогательные и основные.
К подготовительным относят процессы дробления, измельчения, грохочения и классификации. Их задача разъединить полезный минерал и пустую породу («раскрыть» сростки) и создать нужную гранулометрическую характеристику перерабатываемого сырья.
Задача основных процессов обогащения разделить полезный минерал и пустую породу. Для разделения минералов используются различия в физических свойствах разделяемых минералов. Сюда относят:
|
Наименование метода обогащения |
Физические свойства, используемые для разделения |
Основные виды полезных ископаемых, обогащаемые данным методом |
|
Гравитационный метод обогащения |
Плотность (с учетом крупности и формы) |
Угли (+1 мм), сланцы, золотосодержащие, оловянные руды… |
|
Флотационный метод обогащения |
Смачиваемость поверхности |
Руды цветных металлов, апатитовые, фосфоритовые, флюоритовые руды... |
|
Магнитный метод обогащения |
Удельная магнитная восприимчивость |
Железные руды… |
|
Электрический метод обогащения |
Электрические свойства (электропроводность, трибозаряд, диэлектрическая проницаемость, пирозаряд) |
Доводка алмазных руд, редкометальных: титан-циркониевых, тантало-ниобиевых, оловянно-вольфрамовых, редкоземельных (монацит-ксенотимовых). Стекольные пески, электронный лом… |
|
Рудосортировка: Рудоразборка Радиометрическое обогащение |
Внешние признаки: цвет, блеск, форма Способность частиц испускать, отражать поглощать различные виды энергии |
Драгоценные камни, листовая слюда, длинноволокнистый асбест Руды черных и цветных металлов, алмазосодержащие, флюоритовые и др. руды |
|
Избирательное дробление |
Различие по прочности |
Фосфоритовые руды, угли и сланцы |
|
Обогащение по форме | ||
|
Комбинированные методы |
В схему помимо традиционных процессов обогащения (не затрагивающих химического состава сырья) включены пиро- или гидрометаллургические операции, изменяющие химический состав сырья. |
Урановые, золотосодержащие (коренные) руды, медно-никелевые руды… |
Кроме перечисленных есть и другие методы обогащения. Также, иногда к обогатительным относят процессы окускования (увеличения крупности материалов).
К вспомогательным относят обезвоживание, пылеулавливание, очистку сточных вод, опробование, контроль и автоматизацию. Задача этих процессов обеспечить оптимальное протекание основных процессов, довести продуты разделения до необходимых кондиций.
Совокупность последовательных технологических операций обработки, которым подвергают полезные ископаемые на обогатительных фабриках, называется схемой обогащения . В зависимости от характера сведений, которые содержатся в схеме обогащения, ее называют технологической, качественной, количественной, качественно-количественной, водно-шламовой и схемой цепи аппаратов.
Обогащение, как и любой другой технологический процесс, характеризуется показателями. Основные технологические показатели обогащения следующие:
Q масса продукта (производительность); P – масса (производительность) расчетного компонента в продукте. Выражаются обычно в тоннах в час, тоннах в сутки и т.д.;
содержание расчетного компонента в продукте – , это отношение массы расчетного компонента в продукте к массе продукта; содержание различных компонентов в полезном ископаемом и в полученных продуктах принято вычислять в процентах (иногда содержание в исходном материале обозначают , в концентрате – , в хвостах – ). Содержание полезных компонентов в добываемом сырье (руде) может составлять от долей процента (медь, никель, кобальт и др.) до нескольких процентов (свинец, цинк и др.) и нескольких десятков процентов (железо, марганец, ископаемый уголь и некоторые другие неметаллические полезные ископаемые);
выход продукта – и, к, хв это отношение массы продукта к массе исходной руды; выход любого продукта обогащения выражают в процентах, реже в долях единицы;
извлечение ценного компонента – и, к, хв это отношение массы расчетного компонента в продукте к массе этого же компонента в исходной руде; извлечение выражается в процентах, реже в долях единицы.
Выход i – го продукта вычисляется по формуле:
i = (Q i /Q исх)100,%
Также, для случая разделения на два продукта – концентрат и хвосты их выход можно определить через содержания по следующим формулам:
к
=
100,%; хв
=
100,%;
Сумма выходов концентрата и хвостов равна:
к + хв = 100 %.
Очевидно, что
Q кон + Q хв = Q исх.;
Р кон + Р хв = Р исх.
1 + 2 +…+ n = 100 %.
Аналогично для Q иР .
(При обогащении полезных ископаемых, как правило, получают всего два продукта – концентрат и хвосты, но не всегда, иногда продуктов может быть больше).
.
На практике содержания обычно определяют химическим анализом.
Извлечение полезного компонента в i – ий продукт:
i
=
100,%,
или
i
= 
%.
Сумма извлечений концентрата и хвостов равна:
к + хв = 100 %.
Эта формула справедлива и для любого количества продуктов:
1 + 2 +… n = 100 %.
Для нахождения содержания в продукте смешения можно использовать так называемое уравнение баланса (для случая разделения на два продукта):
к кон + хв кон = исх исх.
Уравнение справедливо также для любого числа продуктов:
1 1 + 2 2 +…+ n n = исх исх.
Следует отметить, что исх = 100 %.
Пример. Руда разделяется на два продукта (рис. 1.1)– концентрат и хвосты. Производительность по руде Q исх = 200 т/ч, по концентрату – Q кон = 50 т/ч. Производительность по расчетному компоненту Р исх = 45 т/ч, по компоненту в концентрате Р кон = 40 т/ч.
Q хв = Q исх – Q кон = 200 – 50 = 150 т/ч;
кон = (Q кон /Q исх)100 = (50/200)100 = 25 %;
хв = исх – к = 100 – 25 = 75%,
или хв = (Q хв /Q исх)100 =(150/200) . 100=75%;
очевидно, что Q хв = ( хв Q исх)/100 = (75200)/100 = 150 т/ч;
=
=
=
22,5 %;
=
=
=
80 %;
Р хв = Р исх – Р кон = 45 – 40 = 5,
тогда
=
=
=3,33 %.
Либо воспользовавшись, уравнение баланса имеем:
к кон + хв кон = исх исх,
хв
=
=
=
3,33 %.
Процессы переработки полезных ископаемых по назначению в технологическом цикле фабрики разделяются на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные .
К подготовительным операциям относят дробление, измельчение, грохочение и классификацию, а также операции усреднения полезных ископаемых, которые могут проводиться на рудниках, карьерах, в шахтах и на обогатительных фабриках.
К основным обогатительным процессам относят те физические и физико-химические процессы разделения минералов, при которых полезные минералы выделяются в концентраты, а пустая порода - в отходы.
К вспомогательным процессам относят процессы удаления влаги из продуктов обогащения. Такие процессы называются обезвоживанием, которое проводится с целью доведения влажности продуктов до установленных норм. К вспомогательным процессам относят очистку сточных производственных вод (для повторного их использования или сброса в водоемы) и процессы пылеулавливания.
При обогащении полезных ископаемых используют различия их физических и физико-химических свойств, существенное значение из которых имеют цвет, блеск, твердость, плотность, спайность, излом, магнитные, электрические и некоторые другие свойства.
Цвет минералов разнообразен. Различие в цвете используется при ручной рудоразборке или породовыборке из углей и других видах обработки.
Блеск минералов определяется характером их поверхностей. Различие в блеске можно использовать, как и в предыдущем случае, при ручной рудоразборке или породовыборке из углей или при других видах обработки.
Твердость минералов, входящих в состав полезных ископаемых, имеет важное значение при выборе способов дробления и обогащения некоторых руд, а также углей. Минералы, обладающие меньшей твердостью, дробятся и измельчаются быстрее минералов, обладающих большей твердостью. Применив избирательное дробление или измельчение, можно осуществить последующее разделение таких минералов на грохоте.
Плотность минералов изменяется в широких пределах. Различие в плотности полезных минералов и пустой породы широко используется при обогащении руд и углей.
Спайность минералов заключается в их способности раскалываться от ударов по строго определенным направлениям и образовывать по плоскостям раскола гладкие поверхности. Спайность имеет значение для выбора способа дробления и измельчения, а также удаления измельченных материалов из продуктов обогащения грохочением и классификацией.
Излом имеет существенное практическое значение в процессах обогащения, так как характер поверхности минерала, полученного при дроблении и измельчении, оказывает влияние при обогащении электрическими и другими методами.
Магнитные свойства минералов используются при обогащении минералов различной магнитной восприимчивостью в магнитном поле различной напряженности.
Электрические свой ства минералов используются при электрических методах обогащения, связанных с различным отношением минеральных частиц к действию электрических и механических сил при перемещении в электрическом поле.
Физико-химические свойства поверхности минеральных частиц используются при флотационных процессах, заключающихся в различном отношении их к водной среде и воздействию на них химических веществ (реагентов.
На обогатительной фабрике исходное сырье при обработке подвергается ряду последовательных технологических операций. Графическое изображение совокупности и последовательности этих операций называется технологической схемой обогащения .
Загрузка...
