процессы разделения минералов, при которых полезные минералы выделяются в концентраты, а пустая порода— в хвосты.
Процессы разделения минералов при обогащении полезных ископаемых весьма многочисленны и классифицируются по их принадлежности к тому или иному методу обогащения, разделительному признаку, характеру разделяющих сил и конструктивному исполнению аппаратов.
Методы обогащения классифицируют в зависимости от того, какое свойство минералов используется в качестве разделительного признака и каковы основные разделяющие силы. Различают следующие методы обогащения (рис. 2.1).
Метод гравитационного обогащения (гравитационное обогащение), основанный на различии в плотности разделяемых зерен минералов, осуществляемый в поле гравитационных сил.
Метод магнитного обогащения (магнитное обогащение), основанный на различии в магнитной восприимчивости разделяемых минералов, осуществляемый в поле магнитных сил.
Метод электрического обогащения (электрическое обогащение), основанный на различии электропроводности разделяемых минералов, осуществляемый в поле электрических сил.
Метод флотационного обогащения (флотационное обогащение, или флотация), основанный на различии физико-химических свойств (смачиваемости) разделяемых минералов.
Специальные методы обогащения, основанные на различии комбинаций свойств разделяемых минералов. К последним относятся разделение по различию радиоспектроскопических свойств, растворимости, механической прочности, декрипитации, форме и трению, упругости отскока и др. Наибольшее значение имеют методы радиометрического и химического обогащения.
Метод радиометрического обогащения (радиометрическое обогащение), основанный на различии радиоспектроскопических свойств разделяемых минералов, осуществляемый с использованием механических разделяющих сил.
Метод химического обогащения (химическое обогащение), основанный на различии химических свойств (растворимости) разделяемых минералов или вредных примесей.
Метод механического обогащения (механическое обогащение), основанный на различии физико-механических свойств минералов (механической прочности, форме и трению, упругости отскока и др.).
Процессы обогащения, относящиеся к тому или иному методу обогащения, отличаются разнообразием дополнительно используемых разделяющих сил, а также конструктивным исполнением машин и аппаратов (см. рис. 2.1).
Вспомогательные процессы. К вспомогательным относятся процессы обезвоживания продуктов обогащения (путем их сгущения, фильтрования и сушки) для доведения их влажности до установленной нормы или для получения оборотной воды; процессы облагораживания продуктов и подготовки их к металлургическому или химическому переделу (агломерация, окомкование, брикетирование и др.).
Процессы производственного обслуживания. К процессам производственного обслуживания относятся операции, обеспечивающие непрерывность и стабильность технологических процессов: внутрифабричный транспорт сырья и продуктов обогащения, водоснабжение, электроснабжение, снабжение сжатым воздухом, механизация и автоматизация, технический контроль и др.
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.
КУРС ЛЕКЦИЙ
| Введение. Значение и роль обогащения при использовании различных ПИ…6 |
| Классификация процессов обогащения………………………………………..14 |
| Типы и схемы обогащения и их применения………………………………….21 |
| Процессы грохочения. Конструкции и принцип работы грохотов…………..27 |
| Способы и процессы дробления полезных ископаемых……………………...38 |
| Типы дробилок и схемы дробления…………………………………………….45 |
| Процесс измельчения. Типы и принцип работы мельниц…………………….58 |
| Классификация продуктов………………………………………………………70 |
| Конструкция и принцип работы гидравлических классификаторов. Конструкция и принцип работы воздушных классификаторов………………74 |
| Гравитационные методы обогащения………………………………………….82 |
| Обогащение в тяжелых средах………………………………………………….89 |
| Обогащение на отсадочных машинах……………………………………….....99 |
| Обогащение на концентрационных столах…………………………………..110 |
| Флотационные методы обогащения. Типы флотационных реагентов их применение в производстве…………………………………………………..118 |
| Конструкции и принцип работы флотационных машин…………………….127 |
| Магнитные методы обогащения………………………………………………137 |
| Электрическое обогащение. Обезвоживание продуктов обогащения……..145 |
| Применение различных сгустителей и принцип их работы. Механическое оборудование для фильтрования……………………………………………..154 |
| Список рекомендуемых источников…………………………………………168 |
ВЕДЕНИЕ. ЗНАЧЕНИЕ И РОЛЬ ОБОГАЩЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.
Цель: Получение студентами начальных навыков в терминах и названиях, а так же в значении самого предмета и его ценности в практическом применении.
План:
1.
Основные термины предмета и их значение.
2.
Общие сведения о рудах и минералах цветных и редких металлов.
Подразделения и группировка руд.
3.
Характеристика Месторождений. Концентраты, промпродукты, хвосты.
4.
Значение и роль обогатительных фабрик при использовании полезных ископаемых.
Ключевые слова: руда, минерал, монометаллическая руда, полиметаллическая, полезный компонент, ценный компонент, концентрат, промпродукт, хвосты, пустая порода, окисленные руды, самородные, тонковкрапленные, сульфидные, обогащение полезных ископаемых, обогатительная фабрика, значение (социальное, экономическое).
1. «Основными направлениями экономического и социального развития Республики Узбекистан на современный период, предусматривается дальнейшее совершенствование технологии добычи и переработки руд и концентратов, повышение комплексности использования минерального сырья, ускорение внедрения эффективных технологических процессов, улучшение качества и ассортимента выпускаемой продукции.
Развитие экономической стабильности страны является развитие современных технологий и техники различных отраслей промышленности, в том числе обогащения полезных ископаемых.
Источником получения металлов, многих видов сырья, топлива, а так же строительных материалов являются полезные ископаемые.
Полезные ископаемые в зависимости от характера и назначения ценных компонентов принято подразделять на: рудные, нерудные и горючие.
Рудами называют полезные ископаемые, которые содержат ценные компоненты в количестве, достаточном для того, чтобы их извлечение при современном состоянии технологии и техники было экономически выгодным. Руды делятся на металлические и неметаллические.
К металлическим относятся руды, являющиеся сырьем для получения черных, цветных, редких, драгоценных и других металлов.
К неметаллическим – асбестовые, баритовые, апатитовые, фосфоритовые, графитовые, тальковые и другие.
К нерудным относится сырье для производства строительных материалов (песок, глина, гравий, строительный камень, цементное сырье и другие).
К горючим относятся ископаемое твердое топливо, нефть и природный горючий газ.
Ценными компонентами называются отдельные химические элементы или минералы, входящие в состав полезного ископаемого и представляющие интерес ля их дальнейшего использования.
Полезными примесями называют отдельные химические элементы или их природные соединения, которые входят в состав полезного ископаемого в небольших количествах и могут быть выделены и использованы совместно с основным ценным компонентом, улучшая его качество. Например: полезными примесями в железных рудах являются хром, вольфрам, ванадий, марганец и другие.
Сопутствующими компонентами называются ценные химические элементы и отдельные минералы, содержащиеся в полезных ископаемых в сравнительно небольших количествах, выделяемые при обогащении попутно в самостоятельный или комплексный продукт совместно с основным ценным компонентом, и извлекаемые из него в дальнейшем в процессе металлургической плавки или химической переработки. Например: в некоторых рудах цветных металлов сопутствующими являются золото, серебро, молибден и другие.
Вредными примесями называют отдельные примеси и элементы, или природные химические соединения, содержащиеся в полезных ископаемых и оказывающие отрицательное влияние в полезных ископаемых на качество извлекаемых ценных компонентов.
2. По составу руды бывают простые (полезный компонент представлен одним минералом) и сложные (полезный компонент представлен различными по свойствам минералами).
Минералы, не содержащие ценных компонентов, называют пустой породой. При обогащении они удаляются в отходы (хвосты) совместно с вредными примесями.
В результате обогащения основные составные компоненты полезного ископаемого могут выделяться в виде самостоятельных продуктов: концентратов (одного или нескольких) и хвостов. Кроме того, в процессе обогащения из полезного ископаемого могут выделяться так же промежуточные продукты.
Источниками добычи цветных и редких металлов являются месторождения руд или полезных ископаемых, содержащие один или несколько ценных металлов (компонентов), представленных соответствующими минералами в сочетании с вмещающей породой. В очень редких случаях в земной коре встречаются самородные элементы (медь, золото, серебро) в виде зерен, имеющих кристаллическое или аморфное строение. Содержание золота и серебра в руде очень низкое, всего несколько граммов на 1 т руды. На 1 г золота в земной коре приходится около 2 т породы.
Руда - это такая порода, из которой на данном этапе развития техники экономически выгодно извлекать ценные компоненты. Руда состоит из отдельных минералов; те из них, которые надо извлечь, называют ценными (полезными), а те, которые в данном случае не используются, являются минералами вмещающей (пустой) породы.
Однако понятие «пустая порода» условно. По мере развития техники обогащения и способов последующей переработки получаемых при обогащении продуктов минералы пустой породы, содержащиеся в руде, становятся полезными. Так, в апатитонефелиновой руде нефелин долгое время являлся минералом пустой породы, но после того как была разработана технология получения глинозема из нефелиновых концентратов, он стал полезным компонентом.
По минеральному составу руды подразделяются на самородные, сульфидные, окисленные и смешанные.
Руды также разделяются на монометаллические и полиметаллические.
Монометаллические руды содержат только один ценный металл. Полиметаллические - два и более, например, Си, РЬ, Zn, Fe и др. В природе полиметаллические руды встречаются значительно чаще, чем монометаллические. В большинстве руд содержится несколько металлов, но не все они имеют промышленное значение. В связи с развитием техники обогащения становится возможным извлекать и те металлы, содержание которых в руде мало, но их попутное извлечение экономически целесообразно.
Различают также руды вкрапленные и сплошные. Во вкрапленных рудах зерна ценных минералов распределены в массе вмещающей породы. Сплошные руды (колчеданные) состоят на 50...100 % из сульфидов, главным образом пирита (серного колчедана) и небольшого количества минералов вмещающей породы.
По размеру вкрапленности зерен полезных минералов руды бывают крупновкрапленные (> 2 мм), мелковкрапленные (0,2...2 мм), тонковкрапленные (< 0,2 мм) и весьма тонковкрапленные (< 0,02 мм). Последние являются труднообогатимыми рудами.
Месторождения промышленных руд по характеру происхождения бывают коренными и россыпными. Коренные месторождения залегают в месте первоначального образования. Ценные минералы и минералы вмещающей породы в этих рудах находятся в тесной ассоциации между собой.
Россыпями называют вторичные месторождения, образовавшиеся в результате разрушения первичных коренных месторождений и вторичного отложения материала из первичных руд. В россыпных месторождениях присутствуют несульфидные, труднорастворимые минералы в виде зерен округлой формы (скатанных). Сростки отсутствуют, что облегчает и удешевляет процесс обогащения россыпей .
В земной коре содержится около 4 тысяч различных минералов, которые представляют собой более или менее устойчивые природные химические соединения. Одни из них, такие как кварц, полевые шпаты, алюмосиликаты, пирит составляют основную массу земной коры, другие, например, минералы Сu, Рb, Zn, Мо, Ве, Sn находятся в больших количествах только в определенных участках - рудных телах, третьи, такие как германит (минерал германия), гринокит (минерал кадмия) встречаются еще реже, сопутствуя различным минералам в рудах.
К сульфидным относятся минералы, представляющие собой соединения металлов с серой. Например, халькопирит СиРе$2 является основным минералом меди, сфалерит 2п8 - цинка, молибденит МоS 2 - молибдена.
К оксидам относится значительная часть цветных и редкометальных минералов, например, куприт Сu 2 О, ильменит FеТiО 3 , рутил ТiO 2 , касситерит SnО 2 .
Силикаты представляют собой самую большую группу минералов, залегающих в земной коре. В верхней мантии земли они составляют до 92 %. К силикатам относится основная масса минералов вмещающей (пустой) породы (непригодной для промышленного потребления), а также минералы лития, бериллия, циркона и др. Среди силикатов наиболее распространен кварц SiO 2 ; его можно извлекать в самостоятельный продукт и использовать в производстве стекла, хрусталя, в строительной промышленности.
К алюмосиликатам относятся сподумен LiAlSi 2 О б и берилл Ве 3 Аl 6 О 18 , являющиеся основными минералами в производстве 1 лития и бериллия, а также шпаты, - альбит NaAlSiзО 8 и микроклин КАlSi 3 О 8 , - основные минералы вмещающей породы (в среднем 60 %).
К карбонатам относятся минералы, содержащие углекислоту: кальцит СаСОз (минерал вмещающей породы), церуссит РbСО 3 .
3. Месторождения промышленных руд по характеру происхождения бывают коренными и россыпными. Коренными называют руды, залегающие в месте первоначального образования и расположенные внутри общего массива горных пород. Эти руды после добычи из шахты или из открытого рудника требуют предварительно перед обогащением дробления и измельчения. Ценные минералы и минералы пустой породы в таких рудах находятся в тесной ассоциации между собой.
Россыпями называют вторичные месторождения, образовавшиеся в результате разрушения руд первичных коренных месторождений и вторичного отложения материала из первичных руд. В россыпях минералы претерпели очень сильные изменения по химическому составу и физическим свойствам. Все минералы и крупные куски руды подверглись разрушению водными потоками, выветриванию, изменениям температуры, воздействию химических соединений и т. п.
Речными водными потоками или волнами моря и океана куски руды и минералы обычно переносятся на большие расстояния. Перекатываясь, они принимают округлую форму. Сульфиды при этом разрушаются и в месторождениях полностью отсутствуют, а несульфидные труднорастворимые минералы освобождаются от сростков с минералами пустой породы (песок, галечник). Поэтому руды россыпных месторождений не подвергают дроблению и измельчению, и процессы обогащения их значительно проще и дешевле.
С помощью обогащения удаляют вредные примеси из концентратов, поступающих на металлургический завод, затрудняющие процессы плавки и ухудшающие качество получаемых металлов. Удаление вредных примесей позволяет значительно улучшить технико-экономические показатели металлургических процессов. Например, вредной примесью в свинцовом концентрате является цинк. Повышение содержания его в свинцовом концентрате с 10 до 20% увеличивает потери свинца при плавке почти в 2 раза. В процессе обогащения руды получают концентраты (один или несколько), отвальные хвосты и промежуточные продукты.
Концентраты – продукты, в которых сосредоточено основное количество того или иного ценного компонента. Концентраты, по сравнению с обогащаемой рудой характеризуются значительно более высоким содержанием полезных компонентов и более низким содержанием пустой породы и вредных примесей.
Промпродукты – продукты, получаемые при обогащении полезных ископаемых и представляющие собой смесь зерен, содержащих полезные компоненты, с зернами пустой породы. Промпродукты характеризуются более низким по сравнению с концентратами и более высоким по сравнению с хвостами содержанием полезных компонентов.
Хвосты – продукты, в которых сосредоточено основное количество пустой породы, вредных примесей и небольшое (остаточное) количество полезного компонента.
Обогащением полезных ископаемых называют совокупность процессов первичной обработки минерального сырья из недр, в результате которых происходит отделение полезных компонентов (минералов) от пустой породы.
Концентраты и хвосты являются окончательными продуктами, а промежуточные продукты - оборотными. Качество концентратов, выдаваемых обогатительными фабриками, должно отвечать требованиям, определяемым ГОСТами или техническими условиями. Эти требования зависят от назначения концентратов и условий их дальнейшей переработки. В ГОСТах указано наименьшее допустимое содержание полезного компонента и наибольшее допустимое содержание вредных примесей для концентратов различных сортов.
Результаты обогащения оцениваются несколькими показателями и прежде всего полнотой извлечения ценных компонентов и качеством получаемых концентратов.
Извлечением называется отношение количества полезного компонента, переведенного в концентрат, к его количеству в руде, выраженное в процентах. Извлечение характеризует полноту перевода полезного компонента из руды в концентрат и является одним из важнейших технологических показателей работы обогатительной фабрики.
Выходом называется отношение массы какого-либо продукта обогащения к массе переработанной руды, выраженной в процентах.
4.
Обогащением руд называется совокупность процессов первичной обработки минерального сырья, имеющих целью отделение всех полезных минералов (а при необходимости и их взаимное разделение) от пустой породы. В результате обогащения получают один или несколько богатых концентратов и отвальные хвосты. Концентрат содержит в десятки, иногда и в сотни раз больше полезного минерала по сравнению рудой. Он пригоден для металлургической переработки или может служить сырьем для других отраслей промышленности. Отвальные хвосты содержат главным образом минералы пустой породы, которые при данных технико-экономических условиях извлекать нецелесообразно или же в этих минералах нет потребности.
Необходимость процессов обогащения полезных ископаемых подтверждается зависимостью технико-экономических показателей металлургической переработки от содержания металла в сырье, поступающем в плавку.
Еще больший экономический эффект получается при обогащении бедных руд, содержащих редкие и другие дорогостоящие металлы (молибден, олово, тантал, ниобий и др.).
Значение обогащения полезных ископаемых обуславливается тем, что:
во первых – во многих случаях лишь после него становятся возможными многие технологические процессы (металлургические, химические и другие);
во вторых – переработка обогащаемого продукта осуществляется с большим экономическим эффектом, чем природного: уменьшается объем перерабатываемого материала, улучшается качество готовой продукции, сокращаются потери ценного компонента с отходами производства и расходы на транспортирование сырья, повышается производительность труда, снижаются расходы топлива, электроэнергии и т. д.
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.
Технологическая схема включает сведения о последовательности технологических операций по переработки полезных ископаемых на обогатительной фабрике.
Выводы:
Источником добычи цветных и редких металлов являются месторождения руд или полезных ископаемых, содержащих один или несколько цветных или редких металлов, представленных соответствующими минералами в сочетании с минералами пустой породы.
В очень редких случаях встречаются в земной коре самородные элементы (медь, золото, серебро и сера). Обычно они образуют различные химические соединения - минералы, являющиеся естественными продуктами процессов, происходящих в земной коре. Самородные элементы встречаются главным образом в твердом состоянии и представляют собой зерна, имеющие кристаллическое или аморфное строение.
Полезные ископаемые - это природные минеральные вещества, которые при данном уровне и состоянии техники могут быть с достаточной эффективностью использованы в народном хозяйстве в естественном виде или после предварительной обработки.
Ископаемые, добываемые из недр земли, бывают твердыми (руда, уголь, торф), жидкими (нефть) и газообразными (природные газы).
По вещественному составу металлические полезные ископаемые подразделяются на руды черных, цветных, редких, благородных и радиоактивных металлов.
По минеральному составу руды подразделяются на самородные, сульфидные, окисленные и смешанные.
Концентраты и хвосты являются окончательными продуктами, а промежуточные продукты - оборотными. Качество концентратов, выдаваемых обогатительными фабриками, должно отвечать требованиям, определяемым ГОСТами или техническими условиями.
Из руд цветных и редких металлов, обычно содержащих очень небольшой процент полезного минерала, выплавлять металл без предварительного обогащения экономически невыгодно, а часто и практически невозможно. Поэтому более 95% добываемых руд подвергаются обогащению.
Контрольные вопросы:
1.
На какие группы подразделяются полезные ископаемые?
2.
Что такое руда и какие руды относят к металлическим, неметаллическим, нерудным, горючим?
3.
Что называют ценными компонентами, полезными примесями, сопутствующими компонентами, вредными примесями?
4.
Основное значение обогащения полезных ископаемых и обогатительных фабрик.
5. На какие составляющие делятся руды?
6. Простые и сложные руды.
Что называют концентратом, промпродуктами и хвостами?
Что такое обогащение полезных ископаемых?
Как характеризуются месторождения?
Каковы основные показатели экономической выгоды обогащения полезных ископаемых?
1.
Подготовиться к опросу по заданной лекционной теме.
2.
Подготовить краткий тезис по тематике семинарского задания.
3.
Ответить на вопросы к лекции.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕСОВ ОБОГАЩЕНИЯ.
Цель: Знание краткого описания процессов обогащения, для первичного восприятия студентами данного предмета.
План:
1.
Общие сведения по классификации процессов обогащения.
2.
Краткая характеристика основных процессов обогащения.
3.
Краткая характеристика специальных методов обогащения.
4.
Технологические показатели обогащения
Ключевые слова: основные процессы, специальные, грохочение; дробление; измельчение; классификация, гравитационные процессы обогащения; флотационные методы; магнитные методы обогащения; электрическое обогащение, ручная и механизированная рудоразработка, пробовыработка, декрипитация, радиометрические методы обогащения.
1.
Обогащение полезных ископаемых является весьма важным аспектом в добыче и переработки руд. Оно подразделяется на множество методов обогащения, что подразумевает под собой наиболее качественный и полный процесс обогащения.
Подготовительные процессы имеют целью подготовить руду к обогащению. Подготовка включает прежде всего операции уменьшения размеров кусков руды - дробление и измельчение и связанную с ними классификацию руды на грохотах, в классификаторах и гидроциклонах. Конечная крупность измельчения определяется крупностью вкрапленности минералов, так как при измельчении необходимо максимально раскрыть зерна ценных 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 др.
Большинство процессов обогащения проводится в воде и получаемые продукты содержат большое количество ее. Поэтому возникает необходимость во вспомогательных процессах. К ним относится обезвоживание продуктов обогащения, включающее сгущение, фильтрование и сушку.
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.
Таким образом, обогащение полезных ископаемых можно разделить на основные и вспомогательные процессы (методы) обогащения.
К основным методам обогащения относятся:
1.грохочение; 2.дробление; 3.измельчение; 4.классификация; 5.гравитационные процессы обогащения; 6.флотационные методы; 7.магнитные методы обогащения; электрическое обогащение.
К вспомогательным методам относят:
1.ручную и механизированную рудоразработку и промывку. Избирательное дробление и декрипитацию;
2.обогащение по трению, форме и упругости;
3.радиометрические методы обогащения;
4. химические методы обогащения.
2 Грохочением называют процесс разделения кусковых и зернистых материалов на продукты различной крупности, называемые классами, с помощью просеивающих поверхностей с калиброванными отверстиями (колосниковые решетки, листовые и проволочные решета).
В результате грохочения исходный материал разделяется на надрешетный (верхний) продукт, зерна (куски) которого больше размера отверстий просеивающей поверхности, и подрешетный (нижний продукт), зерна (куски) которого меньше размера отверстий просеивающей поверхности.
Дробление и измельчение – процесс разрушения полезных ископаемых под действием внешних сил до заданной крупности, требуемого гранулометрического состава или необходимой степени раскрытия материалов. При дроблении и измельчении нельзя допускать переизмельчения материалов, так как это ухудшает процесс обогащения полезного ископаемого.
Классификация – процесс разделения смеси минеральных зерен на классы различной крупности по скоростям их осаждения в водной или воздушной средах. Классификация осуществляется в специальных аппаратах, называемых классификаторами, если разделение происходит в водной среде (гидроклассификация), и воздушными сепараторами, если разделение происходит в воздушной среде.
Гравитационными процессами обогащения называют процессы обогащения, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.
К гравитационным процессам относятся отсадка, обогащение в тяжелых средах, концентрация на столах, обогащение в шлюзах, желобах, струйных концентраторах, конусных, винтовых и противоточных сепараторах, пневматическое обогащение.
Флотационные методы обогащения – процесс разделения тонкоизмельченных полезных ископаемых, осуществляемый в водной среде и основанный на различии их способности, естественной или искусственно создаваемой, смачиваться водой, что определяет избирательное прилипание частиц минералов к поверхности раздела двух фаз. Большую роль при флотации играют флотационные реагенты – вещества, позволяющие процессу идти без особых осложнений и ускоряющие сам процесс флотации, а так же выход концентрата.
Магнитные методы обогащения полезных ископаемых основаны на различии магнитных свойств разделяемых минералов. Разделение по магнитным свойствам осуществляется в магнитных полях.
При магнитном обогащении используются только неоднородные магнитные поля. Такие поля создаются соответствующей формой и расположением полюсов магнитной системы сепаратора. Таким образом магнитное обогащение осуществляется в специальных магнитных сепараторах.
Электрическим обогащением называется процесс разделения минералов в электрическом поле, основанный на различии их электрических свойств. Этими свойствами являются электропроводность, диэлектрическая проницаемость, трибоэлектрический эффект.
3. Ручная рудоразработка и породовыборка как способ обогащения основаны на использовании различия во внешних признаках разделяемых минералов – цвете, блеске, форме зерен. Из общей массы полезного ископаемого отбирают обычно тот материал, которого содержится меньше. В том случае, когда из полезного ископаемого отбирается ценный компонент, операция называется рудоразработкой, когда пустая порода – породовыработкой.
Декрипитация основана на способности отдельных минералов растрескиваться (разрушаться) при их нагревании и последующем быстром охлаждении.
Обогащение по трению, форме и упругости основано на использовании различий в скоростях движения разделяемых частиц по плоскости под действием сил тяжести. Основным параметром движения частиц по наклонной плоскости, является коэффициент трения, зависящий в основном от характера поверхности самих частиц и их формы.
Адиометрическая сортировка , основанная на различии радиоактивных свойств минералов или силе их излучения
Радиометрические методы обогащения основаны на различной способности минералов, испускать, отражать, или поглощать различные виды излучения.
К химическим методам обогащения относят процессы, связанные с химическими превращениями минералов (или только их поверхности) в другие химические соединения, в результате чего изменяются их свойства, или с переводом минералов из одного состояния в другое.
Химическое и бактериальное обогащение, основанное на способности минералов, например сульфидов, окисляться и растворяться в сильно кислых растворах. При этом металлы переходят в раствор, из которого извлекаются различными химико-металлургическими методами. Присутствие в растворах некоторых типов бактерий, например тионовых, значительно интенсифицирует процесс растворения минералов.
В технологических схемах обогащения сложных комплексных руд часто используют одновременно два или три различных метода обогащения, например: гравитационный и флотационный, гравитационный и магнитный и т. п. Применяются также комбинированные методы обогащения в сочетании с гидрометаллургическими.
Для успешного применения того или иного метода обогащения необходимо наличие у минералов достаточного различия тех свойств, которые используются в данном методе.
4. Процесс обогащения характеризуется следующими технологическими показателями: содержанием металла в руде или продукте обогащения; выходом продукта; степенью сокращения и извлечением металла.
Содержание металла в руде или продукте обогащения - это отношение массы этого металла в руде или продукте обогащения к массе сухой руды или продукта, выраженное в процентах. Содержание металла принято обозначать греческими буквами α (в исходной руде), β (в концентрате) и θ (в хвостах). Содержание драгоценных металлов выражается обычно в единицах массы (г/т).
Выход продукта - отношение массы продукта, полученного -при обогащении, к массе переработанной исходной руды, выраженное в долях единицы или процентах. Выход концентрата (γ) показывает, какую долю от общего количества руды составляет концентрат.
Степень сокращения - величина, обозначающая во сколько раз выход полученного концентрата меньше количества переработанной руды. Степень сокращения (К) выражает количество тонн; руды, которое нужно переработать, чтобы получить 1 т концентрата, и рассчитывается по формуле:
К= 100/ γ
Для руд цветных и редких металлов характерен малый выход концентрата и, следовательно, высокая степень сокращения. Выход концентрата определяется прямым взвешиванием или по данным химического анализа по формуле:
γ =(α - θ/β - θ)100,%.
Степень обогащения, или степень концентрации показывает, во сколько раз увеличилось содержание металла в концентрате по сравнению с содержанием металла в руде. При обогащении бедных руд этот показатель может составлять 1000... 10000.
Извлечение металлаε - это отношение массы металла в концентрате к массе металла в исходной руде, выраженное в процентах
ε=γβ/α
Уравнение баланса металла
εα=γβ
связывает основные технологические показатели процесса и позволяет рассчитать степень извлечения металла в концентрат, которая, в свою очередь, показывает полноту перехода металла из руды в концентрат.
Выход продуктов обогащения можно определить по данным химических анализов продуктов. Если обозначить:- выход концентрата; - содержание металла в руде; - содержание металла в концентрате; - содержание металла в хвостах, а - извлечение металла в концентрат, то можно составить баланс металла по руде и продуктам обогащения, т. е. количество металла в руде равно сумме его количеств в концентрате и хвостах
Здесь за 100 принят выход исходной руды в процентах. Отсюда выход концентрата
Извлечение металла в концентрат можно подсчитать по формуле
Если выход концентрата неизвестен, то
Например, при обогащении свинцовой руды, содержащей 2,5% свинца, получен концентрат с содержанием 55% свинца и хвосты, содержащие 0,25% свинца. Подставляя результаты химических анализов в приведенные выше формулы, получим:
выход концентрата
извлечение в концентрат
выход хвостов
степень обогащения:
Качественно-количественные показатели обогащения характеризуют техническое совершенство технологического процесса на фабрике.
Качество конечных продуктов обогащения должно соответствовать требованиям, предъявляемым потребителями к их химическому составу. Требования к качеству концентратов называются кондициями и регламентируются ГОСТ, техническими условиями (ТУ) или временными нормами и разрабатываются с учетом технологии и экономики I переработки данного сырья и его свойств. Кондициями устанавливается минимально или максимально допустимое содержание различных составных компонентов полезного ископаемого в конечных продуктах обогащения. Если качество продуктов соответствует кондициям, то эти продукты называются кондиционными.
Выводы:
Обогатительная фабрика является промежуточным звеном между рудником (шахтой) и металлургическим заводом. Руда различной крупности, поступающая с рудника, при переработке на обогатительной фабрике проходит различные процессы, которые по своему назначению можно разделить на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные.
Подготовительные процессы имеют целью подготовить руду к обогащению. Подготовка включает прежде всего операции уменьшения размеров кусков руды - дробление и измельчение и связанную с ними классификацию руды на грохотах, в классификаторах и гидроциклонах. Конечная крупность измельчения определяется крупностью вкрапленности минералов, так как при измельчении необходимо максимально раскрыть зе
(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 | |
|
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 %.
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.