Методы обогащения полезных ископаемых

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 полезных ископаемых, в ходе которого происходит базовая обработка породы, предусматривающая отделение ценного минерала от пустых сред.

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.

На этом этапе производится измельчение материала на отдельные частицы. В процессе дробления задействуются механические силы, с помощью которых преодолеваются внутренние механизмы сцепления.

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.

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 обработке угля, 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.

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 технологических процессов 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

источник

По виду среды, в которой производят обогащение, различают обогащение:

сухое обогащение (в воздухе и аэросуспензии),

мокрое (в воде, тяжёлых средах),

Гравитационные методы обогащения основываются на различии в плотности, крупности и скорости движения кусков породы в водной или воздушной среде. При разделении в тяжёлых средах преимущественное значение имеет разница в плотности разделяемых компонентов.

Для обогащения наиболее мелких частиц применяют способ флотации, основанный на разнице в поверхностных свойствах компонентов (избирательной смачиваемости водой, прилипании частиц минерального сырья к пузырькам воздуха).

В результате обогащение полезное ископаемое разделяется на несколько продуктов: концентрат (один или несколько) и отходы. Кроме того, в процессе обогащения могут быть получены промежуточные продукты.

Концентраты — продукты обогащения, в которых сосредоточено основное количество ценного компонента. Концентраты в сравнении с обогащаемым материалом характеризуются значительно более высоким содержанием полезных компонентов и более низким содержанием пустой породы и вредных примесей.

Отходы — продукты с малым содержанием ценных компонентов, дальнейшее извлечение которых невозможно технически или нецелесообразно экономически. (Данный термин равнозначен употреблявшемуся ранее термину отвальные хвосты, но не термину хвосты, которые, в отличие от отходов, присутствуют практически в каждой операции обогащения)

Промежуточные продукты (промпродукты) — это механическая смесь сростков с раскрытыми зёрнами полезных компонентов и пустой породы. Промпродукты характеризуются более низким в сравнении с концентратами и более высоким в сравнении с отходами содержанием полезных компонентов.

Качество полезных ископаемых и продуктов обогащения определяется содержанием ценного компонента, примесей, сопутствующих элементов, а также влажностью и крупностью.

Обогащение полезных ископаемых идеальное

Под идеальным обогащением полезных ископаемых (идеальным разделением) понимается процесс разделения минеральной смеси на компоненты, при котором полностью отсутствует засорение каждого продукта посторонними для него частичками. Эффективность идеального обогащения полезных ископаемых составляет 100 % по любым критериям.

Частичное обогащение полезных ископаемых

Частичное обогащение — это обогащение отдельного класса крупности полезного ископаемого, или выделение наиболее легко отделяемой части засоряющих примесей из конечного продукта с целью повышения концентрации в нём полезного компонента. Применяется, например, для снижения зольности неклассифицированного энергетического угля путём выделения и обогащения крупного класса с дальнейшим смешиванием полученного концентрата и мелкого необогащённого отсева.

Потери полезных ископаемых при обогащении

Под потерями полезного ископаемого при обогащении понимается количество пригодного для обогащения полезного компонента, которое теряется с отходами обогащения вследствие несовершенства процесса или нарушения технологического режима.

Установлены допустимые нормы взаимозасорения продуктов обогащения для разных технологических процессов, в частности, для обогащения угля. Допустимый процент потерь полезного ископаемого сбрасывается с баланса продуктов обогащения для покрытия расхождений при учёте массы влаги, выноса полезных ископаемых с дымовыми газами сушилен, механических потерь.

Граница обогащения полезных ископаемых

Граница обогащения полезных ископаемых — это наименьший и наибольший размеры частичек руды, угля, эффективно обогащаемых в обогатительной машине.

Глубина обогащения — это нижняя граница крупности материала, который подлежит обогащению.

При обогащении угля применяются технологические схемы с границами обогащения 13; 6; 1; 0,5 и 0 мм. Соответственно выделяется необогащённый отсев крупностью 0-13 или 0-6 мм, или шлам крупностью 0-1 или 0-0,5 мм. Граница обогащения 0 мм означает, что все классы крупности подлежат обогащению.

источник

Обогаще́ние поле́зных ископаемых

Совокупность процессов первичной переработки твёрдого минерального сырья с целью выделения продуктов, пригодных для дальнейшей технически возможной и экономически целесообразной химической или металлургической переработки или использования. К О. п. и. относятся процессы, в которых происходит разделение минералов без изменения их химического состава, структуры или агрегатного состояния. Эти процессы всё в большей степени сочетаются с гидрометаллургией и химической переработкой (комбинированные схемы).

В подавляющем большинстве случаев из природных руд и углей экономически невыгодно, а часто и технически невозможно непосредственно извлекать полезные компоненты. Важность О. п. и. определяется тем, что металлургические, химические и др. промышленные процессы основаны на переработке обогащенных полезными компонентами продуктов — концентратов. Например, содержание Pb в рудах обычно меньше 1,5%, тогда как по условиям металлургической плавки оно должно составлять 30—70%. Ещё больше разрыв у руд редких металлов. Например, содержание Mo в рудах не превышает десятых долей процента, а металлургия требует 40—50%, да ещё при очень малом включении вредных примесей — As, Cu и др., что в природе не встречается.

В результате О. п. и. получается два основных продукта: Концентрат и хвосты. В некоторых случаях (например, при обогащении асбеста или антрацита) концентраты отличаются от хвостов в основном крупностью минеральных частиц. Если в руде содержится ряд полезных компонентов, то из неё получают несколько концентратов. Например, при обогащении полиметаллических руд, содержащих минералы Pb, Zn, Cu и S, получают соответственно свинцовый, цинковый, медный и серный концентраты. Возможно также получение концентратов различных сортов. В ряде случаев получают комплексные концентраты, например медно-золотые или никель-кобальтовые, компоненты которых разделяются уже в металлургическом процессе.

В большинстве случаев вследствие очень тонкого взаимного срастания минералов в концентратах присутствует небольшое количество примесей, а в хвостах — полезных минералов. О. п. и. характеризуется двумя основными показателями: содержанием в концентрате полезного компонента и его извлечением (в процентах). При О. п. и. (1974) из руд извлекают до 92—95% полезных компонентов. При этом их концентрация возрастает в десятки и сотни раз. Например, из молибденовых руд с содержанием 0,1% Mo получают 50%-ные концентраты.

О. п. и. осуществляется с помощью ряда последовательных операций, составляющих схему обогащения. Вначале производится дробление и измельчение исходного материала с целью доведения его до размеров, пригодных для существующих обогатительных процессов и аппаратов, а также для разделения сростков и образования частиц индивидуальных минералов. Дробление и измельчение осуществляется в несколько стадий, между которыми может производиться выделение готового продукта для уменьшения ненужного переизмельчения. Для дробления применяются дробилки (См. Дробилка), доводящие материал до крупности 20—30 мм. Тонкое измельчение осуществляется в Мельницах. Выделение продуктов нужной крупности производится с помощью Грохотов для крупных зёрен и Классификаторов для мелких зёрен.

Собственно обогащение осуществляется с использованием различных физических и физико-химических свойств минералов.

Чисто внешние различия, например в цвете и блеске разделяемых кусков, используются для рудоразборки с помощью автоматических аппаратов. Различие в естественной и наведённой радиоактивности минералов положено в основу радиометрического обогащения (См. Радиометрическое обогащение). При разной плотности разделяемых минералов применяются многообразные методы гравитационного обогащения (См. Гравитационное обогащение), использующие различие в скорости движения частиц в водной или воздушной среде под действием гравитационных или центробежных сил. К этим методам относятся: Отсадка, обогащение в тяжёлых суспензиях, концентрация на столах (см. Концентрационный стол), обогащение на Шлюзах. Различие в физико-химических свойствах поверхности разделяемых минералов лежит в основе флотационного метода обогащения (см. Флотация). Если минералы обладают различной магнитной восприимчивостью, то их разделяют магнитной сепарацией (см. Магнитное обогащение). При различии в электрических свойствах (электрической проводимости, диэлектрической проницаемости, способности заряжаться при трении) минералы разделяют электрической сепарацией (См. Электрическая сепарация).

Если руды содержат минералы, изменяющиеся при высокой температуре, например выделяющие кристаллизационную воду, CO₂, меняющие магнитную восприимчивость, плотность, растрескивающиеся и т.п., то их можно подготовить к последующему обогащению посредством Обжига. В ряде случаев обжиг применяется и для удаления вредных примесей. Различие зёрен по крупности, форме, хрупкости и коэффициент трения позволяет разделить их по этим признакам. Однако такие процессы менее эффективны. Наибольшее распространение имеют гравитационный и флотационный методы.

Все перечисленные методы О. п. и. применяются каждый в отдельности и в разных сочетаниях. При наличии в полезном ископаемом загрязняющих примесей (главным образом глинистых) в схему обогащения включают промывку (См. Промывка). Полученные в результате применения мокрых методов О. п. и. концентраты подвергаются обезвоживанию. Крупнозернистые продукты обычно обезвоживаются на грохотах и дренированием с последующей сушкой. Мелкозернистые продукты вначале сгущают (см. Сгущение), затем фильтруют и сушат (см. Фильтр).

Разнообразие видов и минералого-петрографических характеристик полезных ископаемых почти полностью исключает возможность применения однотипных схем и режимов О. п. и. В каждом случае рациональный вариант устанавливается на основе лабораторных и полупромышленных исследований на Обогатимость.

Главные направления развития О. п. и.: совершенствование отдельных процессов обогащения и применение комбинированных схем с целью максимального повышения качества концентратов; увеличение производительности отдельных предприятий путём интенсификации процессов и укрупнения оборудования; комплексность использования полезных ископаемых с извлечением из них всех ценных компонентов и утилизацией отходов (чаще всего для производства строительных материалов); максимальная автоматизация производства. Одна из важных задач — сведение к минимуму загрязнения окружающей среды за счёт использования оборотной воды и более широкое применение сухих методов обогащения. Масштаб использования полезных ископаемых непрерывно возрастает, а их качество систематически ухудшается. Снижается содержание в рудах полезных минералов, ухудшается их обогатимость, возрастает зольность углей. Всё это предопределяет дальнейшее увеличение роли О. п. и. в промышленности.

О. п. и. известно с древнейших времён. Первое обстоятельное описание многих (естественно, примитивных) процессов О. п. и. дал Г. Агрикола (1556). В России зарождение О. п. и. связано с выделением золота из руд. В 1488 Иван III привлекал мастеров, умеющих отделить золотую руду от пустой породы. В 1748 на р. Исети была построена первая обогатительная фабрика для извлечения золота, а в 1763 М. В. Ломоносов в труде «Первые основания металлургии или рудных дел» дал описание ряда обогатительных процессов. Его современники И. И. Ползунов, К. Д. Фролов, В. А. Кулибин построили несколько обогатительных фабрик. До 1917 Россия располагала 16 очень небольшими фабриками.

В СССР работают сотни фабрик, обогащающих разные руды. Среди них десятки перерабатывают ежедневно более 25 тыс. т руды каждая. В 1971 в СССР подверглось обогащению около 900 млн. т различных руд и 300 млн. т углей.

Развитие теории и практики О. п. и. в СССР неразрывно связано с организацией и деятельностью многих крупнейших исследовательских, учебных и проектных институтов. Первый научно-исследовательский институт механической обработки руд (Механобр) создан в Ленинграде в 1920. Крупный вклад в совершенствование О. п. и. внесли многие советские учёные и инженеры: С. Е. Андреев, О. С. Богданов, К. Ф. Белоглазов, И. М. Верховский, В. А. Глембоцкий, В. А. Гуськов, В. Г. Деркач, Л. Б. Левенсон, П. В. Лященко, С. И. Митрофанов, В. А. Мокроусов, В. Я. Мостович, М. Т. Ортин, И. Н. Плаксин, С. И. Полькин, К. А. Разумов, П. А. Ребиндер, А. В. Троицкий, В. И. Трушлевич, М. А. Эйгелес, Г. И. Юденич, С. М. Ясюкевич и др.; за рубежом значительные исследования проведены американским учёными А. М. Годеном, А. Ф. Таггартом, австралийским учёным И. Уорком.

Лит.: Разумов К. А., Проектирование обогатительных фабрик, 3 изд., М., 1970; Эйгелес М. А., Обогащение неметаллических полезных ископаемых, М., 1952; Полькин С. И., Обогащение руд, М., 1953; его же, Обогащение руд и россыпей редких металлов, М., 1967; Таггарт А. Ф., Основы обогащения руд, пер. с англ., М., 1958; Прейгерзон Г. И., Обогащение угля, 2 изд., М., 1969; Глембоцкий В. А., Классен В. И., Флотация, М., 1973; Sutherland К. L., Wark I. W., Principles of flotation, Melbourne, 1955; Caudin A. М., Flotation, N. Y.— L., 1957; Schubert Н., Aufbereitung fester mineralischer Rohstoffe, Bd 1—3, Lpz., 1964—72.

Принципиальная схема обогащения полезных ископаемых.

источник

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 свойства 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.

Для полной характеристики обогатительной фабрики составляют также схемы цепи аппаратов (рис. 7.1), на которых показывают пути следования полезного ископаемого и продуктов обогащения (в соответствии с технологической схемой) с условным изображением обогатительных аппаратов.

В качестве самостоятельных процессов чаще всего применяются флотация, гравитационные и магнитные методы обогащения.

Дата добавления: 2016-10-30 ; просмотров: 1259 | Нарушение авторских прав

источник

Обогащение руд основано на использовании различий в физических и физико-химических свойствах минералов, от величины вкрапленности ценных минералов.

Физические свойства минералов — это цвет, блеск, плотность, магнитная восприимчивость, электропроводность, смачиваемость поверхности минерала.

Существуют различные методы обогащения.

Гравитационный метод обогащения основан на использовании разницы в плотностях, размеров и форм минералов. Применяется этот метод для золота, олова, вольфрама, россыпей, редких металлов, железа, марганца, хрома, угля, фосфоритов, алмазов.

Разделение минералов по плотности можно производить в воде, воздухе и тяжелых средах. К гравитационным процессам относятся:

— обогащение в тяжелых средах – применяется для руд с крупной вкрапленностью 100-2 мм;

— отсадка – основана на разности в скоростях падения частиц в вертикальной струе воды, применяется для крупно вкрапленных руд 25-5 мм;

— обогащение на концентрационных столах – связано с разделением минералов под действием сил, возникающих в результате движения стола и потока воды, текущего по наклонной плоскости стола, применяется для руд крупностью 3-0,040 мм;

— обогащение на шлюзах – разделение минералов происходит под действием горизонтального потока воды и улавливания тяжелых минералов покрытием дна шлюзов, применяется для руд крупностью 300-0,1 мм;

— обогащение на винтовых, струйных и конусных сепараторах – разделение происходит под действием потока воды, движущейся по наклонной плоскости для руд крупностью 16-1 мм.

Магнитный метод обогащения основан на разделении минералов за счет разницы минералов в удельной магнитной восприимчивости и различии траекторий их движения в магнитном поле.

Флотационный метод обогащения основан на различии в смачиваемости отдельных минералов и как следствие избирательном прилипании их к воздушным пузырькам. Это универсальный метод обогащения, применяется для всех руд, особенно для полиметаллических. Крупность обогащаемого материала 50-100% класса –0,074 мм.

Электростатическое обогащение основано на различии в электропроводности минералов.

Кроме того, существуют специальные методы обогащения, к которым относятся:

— декрипитация, основана на способности минералов растрескиваться по плоскостям спайности при сильном нагревании и сильном охлаждении;

— рудоразборка по цвету, блеску, бывает ручная, механическая, автоматизированная; применяется обычно для крупного материала >25 мм;

— радиометрическая сортировка, основана на различной способности минералов испускать, отражать и поглощать те или иные лучи;

— обогащение по трению, основано на различии в коэффициентах трения;

— химическое и бактериальное обогащение, основано на свойствах минералов (например, сульфидов) окисляться и растворяться в сильно кислых растворах. Металл растворяется, и затем его извлекают химико-гидрометаллургическими методами. Присутствие в растворах некоторых типов бактерий интенсифицирует процесс растворения минералов.

Обогатительная фабрика является промежуточным звеном между рудником и металлургическим заводом. Обогатительная фабрика — это сложное сочетание всевозможных машин и аппаратов. Мощность фабрики определяется обычно количеством переработанной руды и бывает, различна от 15 тыс. т до 50 млн. т в год. Крупные фабрики располагаются в нескольких зданиях.

Руда различной крупности (D_max = 1500-2000 мм – характерна для открытых горных работ, D_max = 500-600 мм – характерна для подземных горных работ), поступающая с рудника на обогатительной фабрике проходит различные процессы, которые по своему назначению можно разделить на:

Подготовительные процессы включают, прежде всего, операции уменьшения размеров кусков руды: дробление, измельчение и связанную с ними классификацию руды на грохотах, в классификаторах и гидроциклонах. Конечная крупность измельчения определяется крупностью вкрапленности минералов.

К собственно обогатительным процессам относятся процессы разделения руды и других продуктов по физическим и физико-химическим свойствам минералов, входящих в их состав. К этим процессам относятся гравитационное обогащение, флотация, магнитная и электрическая сепарация и другие процессы.

Большинство процессов обогащения проводится в воде, поэтому на определенной стадии возникает необходимость ее сокращения или удаления, что возможно осуществить с помощью вспомогательных процессов. К вспомогательным процессам относятся операции обезвоживания: сгущение, фильтрация, сушка.

Совокупность и последовательность операций, которым подвергается руда при переработке, составляют схемы обогащения, которые принято изображать графически. Схемы бывают:

— качественные (если не приводятся данные о количестве и качестве продуктов) (рис. 2.3);

— схемы цепи аппаратов (рис. 2.4).

Рис. 2.2 Принципиальная схема обогащения

(отражает только главные особенности технологии)

Рис. 2.3 Качественная схема обогащения

(на качественной схеме представлены операции, продукты обогащения и путь движения их по схеме)

Рис. 2.4 Схема цепи аппаратов

1 – бункер исходной руды; 2, 5, 8, 10 и 11 – конвейеры; 3 и 6 – грохоты; 4 – щековая дробилка; 7 – конусная дробилка; 9 – бункер дробленой руды; 12 – мельница; 13 – спиральный классификатор; 14 – флотационная машина; 15 – сгуститель; 16 – вакуум-фильтр; 17 – сушильный барабан.

источник

Обогащение полезных ископаемых – это совокупность технологических процессов предварительной обработки минерального сырья с целью придания ему качеств, удовлетворяющих требованиям потребителей.

— повышается содержание полезного компонента в сырье,

— удаляются из сырья вредные примеси,

— достигается однородность сырья по крупности и составу.

В результате обогащения получают:

— концентрат – продукт обогащения, имеющий более высокое по сравнению с рудой содержание полезного компонента. По его содержанию, по содержанию примесей, влаги, концентраты должны удовлетворять требованиям ГОСТов, ОСТов, ТУ;

— отвальные хвосты – отходы обогащения, состоящие их пустой породы с незначительным содержанием полезных компонентов, извлечение которых технологически невозможно или экономически невыгодно.

Обогащение уменьшает расходы на транспортировку сырья, а также на его переработку, т.к. удаляется большой объем пустой породы.

В результате обогащения значительно повышается содержание полезных компонентов (%):

Первые этапы обогащения – дробление и измельчение. Руда на обогащение поступает кусками до 1500мм, а выходит после дробления дисперсностью 10-15мм. При этом зерна минералов и пустой породы находятся в свободном виде и могут быть разделены.

Между дроблением и измельчением принципиальной разницы нет. Измельчение может доходить до размеров 0,074мм и менее.

Процессы дробления и измельчения очень энергоемки.

На рисунке показана зависимость удельного расхода энергии при дроблении и измельчении материала средней прочности от различной конечной крупности.

Степень дробления (измельчения) – это отношение диаметра наибольших кусков руды (D) к диаметру кусков продукта измельчения (d):

В зависимости от свойств руды применяется:

1 – раздавливание – разрушение в результате сжатия кусков между двумя давящими телами;

2 – раскалывание – разрушение в результате расклинивания между остриями дробящих тел;

3 – удар – разрушение под действием кратковременных динамических нагрузок;

4 – истирание – разрушение в результате воздействия смещающихся относительно друг друга поверхностей.

В зависимости от способа и механизма разрушения кусков руды различают:

— щековые дробилки (раздавливают и раскалывают куски между периодически сближающимися плитами – щеками) – аппараты периодического действия: дробление руды чередуется с разгрузочно-загрузочным циклом, что является основным недостатком этого типа дробилок, снижающим их производительность;

— конусные дробилки (раздавливают и истирают куски между движущимся и неподвижным конусами) – дробилки непрерывного действия;

— валковые дробилки (раздавливают и раскалывают куски между двумя гладкими иди зубчатыми валами, движущимися навстречу друг другу) – дробилки непрерывного действия;

— дробилки ударного действия используются для дробления мягких и вязких материалов.

Измельчение материала проводится в мельницах различного типа:

— барабанные мельницы используют для измельчения материала до крупности частиц 1-2 мм. Это стальной барабан, в который вместе с рудой загружают мелющие тела. В зависимости от вида дробящих тел различают мельницы шаровые, стержневые, галечные и самоизмельчения.

После каждой стадии дробления (измельчения) от полученного продукта с помощью грохочения (просеивания) отделяется мелкая фракция. Грохочение обычно применяют для разделения материалов с крупностью частиц выше 1-2 мм.

Методы гидравлической классификации используют для разделения материалов с размером частиц менее 100 мкм. Гидравлическая классификация – процесс разделения смеси минеральных зерен по крупности на основе различия в скоростях их осаждения в воде.

Затем идет собственно обогащение. Наиболее распространенные методы обогащения:

С помощью флотации обогащается более 90% всех руд черных и цветных металлов, а также неметаллические полезные ископаемые: сера, графит, фосфатные руды, уголь.

Флотационная система гетерогенна, включает в себя три фазы: твердую, жидкость, газ. Флотация основана на способности твердых частиц удерживаться на границе раздела жидкой и газовой фаз, т.е. на гидрофобности, несмачиваемости частиц. Наиболее распространена пенная флотация. Несмачиваемые водой минеральные зерна прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность. Изменяя условия флотации можно добиться, например, следующего: при флотации железных руд в пенный продукт будет выделяться магнетит (железорудный концентрат) – прямая флотация, а может выделяться кварц (пустая порода) – обратная флотация, т.е. флотационные процессы универсальны из-за разнообразных способов ведения и широких возможностей регулирования.

Для ведения процесса флотации необходимо использование различных химических соединений:

— — собиратели – резко повышают гидрофобность поверхности извлекаемых частиц. При флотации сульфидных материалов применяют

ксантогенаты R-O-C-S-Me и дитиофосфаты RO S

║ P

(R – спиртовый или фенольный радикал; Me – Na или K);

— несульфидные минералы флотируют с Na-мылами жирных кислот (олеат Na – С17Н33СООNa) или аминами (RNH2);

— уголь, сера и другие природногидрофобные минералы флотируются при помощи керосина и других неполярных реагентов.

— — вспениватели – вещества, которые облегчают диспергирование воздуха, препятствуют слиянию пузырьков и повышают прочность пены (различные ПАВы, сосновое масло);

— — регуляторы среды – создают оптимальную рН среды (известь, сода, серная кислота).

Процесс флотации проводят во флотационных машинах. Пенный продукт подают на обезвоживание.

Гравитационные процессы основаны на различии характера и скорости движения минеральных частиц с разными плотностями в водной или воздушной среде:

— промывка – разделение путем разрыхления и удаления с помощью воды глинистых материалов, которыми скреплены зерна полезного ископаемого (железные и марганцевые руды, фосфориты, россыпи цветных, редких и благородных металлов, промывка золотого песка, высококачественного строительного материала);

Обогащение в тяжелых средах – разделение добытых ископаемых по плотностям. Образующиеся продукты (тяжелые и легкие фракции) имеют плотность больше или меньше плотности разделяющей среды и из-за этого или всплывают или тонут в ней. Такое обогащение – основное в угольной промышленности. В качестве тяжелых сред применяют органические жидкости, водные растворы солей и суспензии:

— органические жидкости: трихлорэтан С2Н3С13 (плотность 1460 кг/м3), хлороформ СС14 (1600), дибромэтан С2Н4Br2 (2170), ацетилентетрабромид С2Н1Br2 (2930);

— водные растворы неорганических солей: СаСд2 (1654), ZnС12 (2070);

— суспензии: в качестве утяжелителей используют измельченные менее чем до 0,1мм различные вещества – глину (1490), пирит (2500), галенит PbS (3300). При обогащении углей применяется суспензия магнетита (2500).

Магнитное обогащение применяют при переработке руд черных, редких и цветных металлов. Основано оно на использовании различий в магнитных свойствах минералов и пустой породы. При движении частиц через магнитное поле магнитный и немагнитный продукты движутся по разным траекториям. По удельной магнитной восприимчивости минералы делятся на:

— сильномагнитные – магнетит Fe₃O₄, пирротин Fe_1-nS_n — χ >380*10 -7 м3/кг,

— слабомагнитные – гидроксиды и карбонаты Fe и Mn — χ = (7,5-1,2)* 10-7 м3/кг,

— немагнитные кварц SiO2, апатит Ca5(F,Cl)(PO4)3, рутил TiO2, полевой шпат (Na,K,Ca)(AlSi3O8).

Электрическое обогащение основано на различной электропроводности пород и их свойствах электризоваться. Электрическая сепарация применяется для обогащения зернистых сыпучих тел крупностью 0,05-3 мм , компоненты которых не имеют значительных различий в других свойствах (плотности, магнитной восприимчивости, физико-химических свойствах поверхности).

В зависимости от удельной электропроводности минералы делят на:

— непроводники – кварц, циркон (ZrSO4).

При соприкосновении частиц минерала-проводника с электродом они заряжаются одноименным зарядом. Частица диэлектрика при этом не заряжается. Затем частицы проходят через постоянное электрическое поле и меняют свои траектории в зависимости от заряда на их поверхности.

Обогатительные фабрики – источник значительных выбросов пыли и сточных вод.

Пылеобразование происходит в процессе переработки и хранения твердого минерального сырья. Сильное пылевыделение наблюдается при сухом дроблении, грохочении, при сухих методах обогащения, транспортировке и перегрузке продуктов обогащения.

При работе дробилок основное пылевыделение происходит в местах разгрузки продукта и достигает для валковых дробилок 4г/с, для конусных и щековых – 10 г/с, для молотковых – 120 г/с. При работе мельниц выделяется до 80 г/с пыли.

Сточные воды сбрасываются в хвостохранилища вместе с хвостами обогащения, откуда могут попадать в водоемы.

Основные загрязняющие вещества – грубодисперсные примеси (гравитационные хвосты обогащения), соли в растворенном виде, флотационные реагенты в виде эмульсий, продукты взаимодействия реагентов между собой и с минералами.

Сточные воды могут содержать:

— кислоты, применяемые в технологическом процессе,

— ионы Fe, Cu, Ni, Zn, Pb, Al, Co, Cd, Sb, Hg и другие, которые попадают в сточные воды из-за растворения их соединений кислотами,

— цианиды – основное загрязняющее вещество золотоизвлекающих фабрик и фабрик, применяющих в качестве флотационного реагента циан-плав,

— фториды, если флотореагентами являются NaF, NaSiF6,

— нефтепродукты, чаще всего – керосин, флотоагент в обогащении угля, серы, Cu-Mo, Mo-W рудБ

— фенолы, как флотоагенты, ксантогенаты и дитиофосфаты – флотоагенты с неприятным запахом.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9051 — | 7273 — или читать все.

193.124.117.139 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

источник

Обогащение сырья и топлива — первоначальный этап их переработки. Его проводят в тех случаях, когда получить необходимый продукт непосредственно из сырья невозможно, или экономически нецелесообразно. Обогащению подвергаются почти все руды цветных металлов, нерудное сырье химической промышленности, основная часть железных руд, около половины угля. Сущность его заключается в отделении полезного компонента от пустой породы, вредных примесей, или в разделении полезных веществ сырья с целью повышения их содержания.

Необходимость обогащения руд обусловлено низким содер­жанием полезного компонента. Так, в отдельных рудах цветных металлов его удельный вес составляет десятые доли процента (содержание свинца в руде составляет 1,5-3 %, меди – 0,7- 7 %, цинка – 2-4 %, молибдена – 0,1- 0,5 %) . Получить металл из таких руд экономически невыгодно, так как требуется плавить значительное количество пустой породы. На это дополнительно требуется вспомогательное сырье, топливо, энергия, трудовые ресурсы, что увеличивает себестоимость готовой продукции (табл.1). При значительном содержании пустой породы невыгодно также транспортировка сырья, так как для этого требуются дополнительные транспортные средства. Для перевозки пустой породы каждого миллиона тонн угля зольностью 10 % необходимо 15-20, а 15 % — 20-30 эшелонов. С развитием производства возрастает значение обогащения ископаемых в связи с понижением доли полезного вещества в добываемой руде. Обогащение позволяет использовать в хозяйственных целях «бедные» руды, отходы производства и тем самым расширить сырье­вую базу промышленности, лучше использовать природные ресур­сы в экономике.

Извлечение свинца из сырья, %

Особенность обогащения твердых полезных ископаемых состо­ит в предварительной подготовке сырья. Сущностью этой стадии является измельчение и сортировка сырья с целью наиболее полного раскрытия полезного вещества из пустой породы. Поэтому размеры минералов определяют и степень дробления руды *. Для измельчения используют различные дробилки, мельницы (рис.5). В дробилках получают более крупные куски руды и не всегда полностью раскрывают минерал. Более мелкий материал получают на мельницах, где измельчение осуществляется под воздействием удара, как и на дробилках, так и трения. Так, в шаровых мельницах породу загружают во вращающийся барабан. В нем имеются шары, которые падают на руду и ударом, трением измельчают ее. Дробление не дает продукт одинаковых размеров. Поэтому измельченую руду сортируют на грохотах, которые представляют сито. На его подается порода. Крупные куски больше размеров ячеек сита скатываются по поверхности, а частицы меньше отверстий проваливаются. Кусочки породы необходимых размеров подаются на обогащение, а более крупные — на дополнительное измельчение. Приглашаем вам поучаствовать в конкурсе для блоггеров на сайте runetbiz.com на самые смешные истории, которые произошли с вами во время отпуска или на отдыхе. Победитель самой смешной истории получит 2000 рублей, а остальные получат разнообразные ценные призы:)

Обогащение сырья основано на использовании различных физических и химических свойств составляющих компонентов породы: удельного веса, размеров и формы частиц породы, коэффициента трения, цвета, магнитных качеств и др. Разнообра­зие свойств минералов определяет и различные способы обогащения. Простейшим способом является ручная отборка, при кото­рой минералы выбирают из общей массы по внешнему виду. Это весьма трудоемкий процесс и для его механизации применяются различные манипуляторы, фотоэлементы. Разделить породу на части в зависимости от размеров кусков возможно простым грохочением. Таким способом разделяют песчано-гравийную смесь на, валуны, гравий и песок. Обогащение трением применяется для пород с различными коэффициентами трения минералов. Частицы руды с более гладкой поверхностью скатываются быстрее и дальше перемещаются от центра, сепаратора. И наоборот, руда с большим коэффициентом трения двигается с меньшей скоростью, имеет другую траекторию и падает ближе к сепаратору во вторую камеру.

* Дробление каменного угля проводится до кусков размером 50-100 мм, марганцевой руды — 10-25, большинства руд цвет­ных металлов — 0,07-0,2 мм.

РИС. 5. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ОСНОВНЫХ ТИПОВ ДРОБИЛОК И МЕЛЬНИЦ

Одно из основных свойств вещества — плотность. На основе различного удельного веса частицы породы двигаются в воздухе или жидкой среде с определенной скоростью и траекторией. На этом принципе основано гравитационное разделение руды на полезные вещества и пустую породу. Наиболее простым видом гравитационного обогащения является ручная промывка золота старателями. Этот вид разделения породы распространен и в

Промышленности, где он еще называется отсадкой или промывкой.

При этом руду дробят и помещают на сито в воде (рис.6.). Поршнем, диафрагмой и другими способами изменяют уровень воды, который поднимается и опускается. При этом легкие фракции вымываются и уносятся водой, а тяжелые остаются на сите и выгружаются с него. Промывку проводят и на наклонных столах, в спе­циальных желобах.

В промышленности гравитационное обогащение проводят в жидкой среде следующим образом. Измельченную породу смешивают с водой. Получают вещество, которое называется пульпа. Ее подают в отстойник, который разделен перегородками на секции. Самые тяжелые частицы руды оседают в ближайшей камере, более легкие в последующих, а самые легкие могут выноситься водой из отстойника (рис.7.). Таким образом, руду разделяют на различные вещества. Более качественное обогащение проводят в тяжелых средах, что уменьшает потери полезных компонентов в отходах по сравнению с простой гравитацией. В этом случае вместо однородной жидкости используют ее смесь с различными добавками тяжелых веществ — измельченного до порошкового состояния кварца, глины — суспензию. В результате повышается плотность жидкости. Суспензию смешивают с подготовленной породой и смесь подают в отстойник. Получают в зависимости от плотности породы осевшую и всплывшую фракции, которые разделяют. Гравитационное обогащение возможно проводить с использованием центробежных сил. В этом случае разделение руды происходит под влиянием сил, возникающих при вращательном движении породы. Тяжелые и легкие частицы имеют различную скорость движения и располагаются в определенных частях машины. Гравитационное обогащение отдельных ископаемых (слюд, асбеста и др.) проводят в воздушной среде. При этом легкие частицы породы переносятся струей воздуха, а тяжелые остаются на месте.

РИС. 7. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА МОКРОГО ГРАВИТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ

Работа пневматических установок сопровождается значительным пыле образованием, что ухудшает санитарно-гигиенические условия труда и требует дополнительных затрат на вентиляцию. Эти обстоятельства сдерживают использование гравитационного обогащения в воз­душной среде.

Один из распространенных способов обогащения — флотация. Она основана на различной смачиваемости жидкостью компонентов руды. Этим способом обогащают руды цветных металлов, апатит, графит, серу, железные и марганцевые руды, уголь, соли и др. Широкое распространение флотация получила из-за использования весьма мелкого состава вещества (до 10 мк), а также возможности разделять руды, в которых компоненты имеют одинаковую плотность, цвет, электропроводимость и другие свойства. В природе преимущественно встречаются вещества с хорошей смачиваемостью. Плохие эти свойства, природную флотируемость имеют только сера, графит, каменный уголь, озокерит. Однако, если два минерала имеют даже одинаковую смачиваемость, то различные эти свойства возможно создать искусственно использованием специальных веществ-реагентов. По назначению они подразделяются на пенообразователи (спирты, растительные масла, фенолы и др.), которые в пульпе способствуют образованию устойчивых пузырьков воздуха; собиратели вещества, которые уменьшают смачиваемость компонентов, создают на поверхности минерала воздушную пленку, что облегчает прилипание частиц воздуха до породы. В качестве собирателей в основном используют органические кислоты, растительные масла, каменноугольную, сланцевую смолы. Другие вещества — подавители (депресаторы) — увеличивают смачиваемость отдельных частиц руды. В их качестве применяют соли натрия, крахмал. На основе различного соединения реагентов возможно выделить из руды все ценные компоненты в определенной последовательности (селективности). При этом в зависимости от вещества руды каждый реагент может выполнять различные функции. Сущность производственного процесса сводится к подаче во флотационную машину пульпы — смеси измельченной руды с водой. Во флотационной камере осуществляется механическое и воздушное перемешивание пульпы. В результате плохой смачиваемости водой частицы одних минералов прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность, где образуют пену. При этом частицы руды всплываю на поверхность независимо от плотности. Может быть, что более тяжелые вещества всплывают, а легкие тонут (рис.8.).