Основные (обогатительные) процессы

Основные (обогатительные) процессы предназначены для разделения исходного минерального сырья с раскрытыми или открытыми зёрнами полезного компонента на соответствующие продукты. В результате основных процессов полезные компоненты выделяют в виде концентратов, а породные минералы удаляют в виде отходов, которые направляют в отвал. В процессах обогащения используют отличия минералов полезного компонента и пустой породы в плотности, магнитной восприимчивости, смачиваемости, электропроводности, крупности, форме зёрен, химических свойствах и др.

Различия в плотности минеральных зёрен используются при обогащении полезных ископаемых гравитационным методом. Его широко применяют при обогащении угля, руд и нерудного сырья.

Магнитное обогащение полезных ископаемых основывается на неодинаковом воздействии магнитного поля на минеральные частички с разной магнитной восприимчивостью и на действии коэрицитивной силы. Магнитным способом, используя магнитные сепараторы, обогащают железные, марганцевые, титановые, вольфрамовые и другие руды. Кроме того, этим способом выделяют железистые примеси из графитовых, тальковых и других полезных ископаемых, применяют для регенерации магнетитовых суспензий.

Различия в смачиваемости компонентов водой используется при обогащении полезных ископаемых флотационным способом. Особенностью флотационного способа является возможность штучного регулирования смоченности и разделения очень тонких минеральных зёрен. Благодаря этим особенностям флотационный способ является одним из наиболее универсальных, он используется для обогащения разнообразных тонковкрапленных полезных ископаемых.

Различия в смачиваемости компонентов используется также в ряде специальных процессов обогащения гидрофобных полезных ископаемых - в масляной агломерации, масляной грануляции, полимерной (латексной) и масляной флокуляции.

Полезные ископаемые, компоненты которых имеют различия в электропроводности или имеют способность под действием тех или иных факторов приобретать разные по величине и знаку электрические заряды, могут обогащаться способом электрической сепарации. К таким полезным ископаемым относятся апатитовые, вольфрамовые, оловянные и другие руды.

Обогащение по крупности используется в тех случаях, когда полезные компоненты представлены более крупными или, наоборот, более мелкими зёрнами в сравнении с зёрнами пустой породы. В россыпях полезные компоненты находятся в виде мелких частичек, поэтому выделение крупных классов позволяет избавиться от значительной части породных примесей.

Различия в форме зёрен и коэффициенте трения позволяет отделять плоские чешуйчатые частички слюды или волокнистые агрегаты асбеста от частичек породы, которые имеют округлую форму. При движении по наклонной плоскости волокнистые и плоские частички скользят, а округлые зёрна скатываются вниз. Коэффициент трения качения всегда меньше коэффициента трения скольжения, поэтому плоские и округлые частички движутся по наклонной плоскости с разными скоростями и по разным траекториям, что создаёт условия для их разделения.

Различия в оптических свойствах компонентов используется при обогащении полезных ископаемых способом фотометрической сепарации. Этим способом осуществляется механическое рудоразделение зёрен, имеющих разный цвет и блеск (например, отделение зёрен алмазов от зёрен пустой породы).

Отличия в адгезионных и сорбционных свойствах минералов полезного компонента и пустой породы лежит в основе адгезионного и сорбционного способов обогащения золота и адгезионного обогащения алмазов (способы принадлежат к специальным способам обогащения).

Разные свойства компонентов полезного ископаемого взаимодействовать с химическими реагентами, бактериями и (или) их метаболитами обуславливает принцип действия химического и бактериального выщелачивания ряда полезных ископаемых (золото, медь, никель).

Разная растворимость минералов лежит в основе современных комплексных (совмещённых) процессов типа “добыча-обогащение” (скважинное растворение солей с дальнейшим выпариванием раствора).

Использование того или иного метода обогащения зависит от минерального состава полезных ископаемых, физических и химических свойств разделяемых компонентов.

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.

2.3 Операции и процессы обогащения

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;

Собственно обогатительные;

Вспомогательные.

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:

Принципиальные (рис. 2.2);

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

Качественно-количественные;

Водно-шламовые;

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.

Вещественный состав полезных ископаемых.

Вещественный состав полезных ископаемых – это совокупность данных о содержании полезных компонентов и примесей минеральных формах проявления и характера срастания зерен важнейших элементов, их кристаллохимических и физических свойствах.

Химический состав

Химический состав полезных ископаемых характеризует содержание основных и сопутствующих полезных ископаемых, а так же полезных и вредных примесей.

Полезный компонент – содержится в п.и. в промышленных концентрациях определяя их основную ценность, назначение и название. Например железо в железных рудах.

Сопутствующие полезные компоненты –составные части п.и. извлечение которых экономически целесообразны лишь совместно с основными п.к. например золото и серебро в полуметаллических сульфидных рудах.

Полезными примесями называют ценные элементы, содержащиеся в п.и., которые могут быть выделены и использованы совместно с основным п.к, улучшая его качества. Например. Хром и вольфрам в железных рудах итд.

Вредными примесями называются элементы, присутствующие в п.и. совместно с основным полезным компонентом и ухудшающие его качества. Например сера и фосфор в железных рудах, сера в углях.

Химический состав п.и. определяется спектральным, химическо-пробирным, ядерно-физическим, активационным и другими видами анализа.

Минералогический состав.

Минералогический состав характеризует минеральные формы проявления элементов, входящих в состав полезных ископаемых

В соответствии с минеральными формами проявления основных ценных компонентов руды цветных металлов руды цветных металлов различают как сульфидные, окисленных, смешанные.

Руды железа: магнетитовые, титаномагнетитовые, гематитомартитовые, бурожелезняковые, сидеритовые.

Руды марганца: браунитовые, псиломелановадовые, пиролюзитовые, смешанные комплексные.

Горно – химическое сырье: апатитовые, апатит – нефелиновые, фосфоритовые, сильвинитовые руды.

1.1.3. Текстурно – структурные характеристики.

Текстурные и структурные особенности в строении полезного ископаемого характеризуются крупностью, формой, пространственным распределением минеральных включений и агрегатов.

Основными формами минеральных зерен являются идиоморфная (ограниченная гранями кристалла), аллотриоморфная (ограниченная формой заполняемого пространства), коллоидная, эмульсионная, пластинчатая -- реликтово-остаточная, осколки и обломки.

В зависимости от преобладающего размера минеральных выделений различают крупную (20-2 мм), мелкую (2-0,2 мм), тонкую (0,2-0,02 мм), весьма тонкую или эмульсионную (0,02-0,002 мм), субмикроскопическую (0,002-0,0002 мм) и коллоидно-дисперсную (менее 0,0002 мм) вкрапленность минералов.

Текстура руды характеризует взаимное расположение минеральных агрегатов и может быть самой разнообразной. Например, в полосчатых и слоистых структурах агрегаты примыкают друг к другу; в конкреционных - располагаются один внутри другого; в петельчатых - взаимно проникают друг в друга; в кокардовых - последовательно окаймляют одними минераль-ными агрегатами другие.

Характеристика минеральных выделений является основой для разработки технологии и прогноза показателей переработки полезных ископаемых.

Чем крупнее вкрапленность минералов и совершеннее форма их выделений, тем проще технология и выше показатели обогащения полезного ископаемого.

Физические свойства

Каждый минерал руды обладает определенным химическим составом и имеет характерное для него строение. Это обусловливает довольно постоянные и индивидуальные физические свойства минералов: цвет; плотность; электропроводность; магнитную восприимчивость и др.

Создавая определенным образом условия, при которых наиболее контрастно проявляются те или иные свойства минералов, можно их отделить друг от друга, в том числе выделить из общей массы ценные минералы. .",. ,

В качестве признаков разделения минеральных компонентов при обогащении полезных ископаемых используют их физические и химические свойства, важнейшими из которых являются: механическая прочность; плотность; магнитная проницаемость; электропроводность и диэлектрическая проницаемость; различные виды излучений; смачиваемость; растворимость и др.

Механическая прочность (крепость) руд и углей характеризуется дробимостью, хрупкостью, твердостью, абразивностью, временным сопротивлением сжатию и определяет энергетические затраты при их дроблении и измельчении, а также выбор дробильно-измельчительного и обогатительного оборудования.

Ядерно-физические свойства минералов проявляются при взаимодействии их с электромагнитным излучением (люминесценция, фотоэффект, эффект Комптона, флюоресценция и др.).

Разделение минералов основано на различии в интенсивности испускания или ослабления ими излучений.

Магнитные свойства минералов возникают и проявляются в магнитном поле. Мерой оценки магнитных свойств минералов служит их магнитная проницаемость и связанная с ней магнитная восприимчивость, равная 1/|1м. Магнитные свойства определяются в основном химическим составом и отчасти структурой минералов. Повышенная магнитная восприимчивость свойственна минералам, в состав которых входят железо, никель, марганец, хром, ванадий, титан.

Угольное вещество является диамагнитным, а минеральные примеси в нем парамагнитные.

Различия в магнитных свойствах минералов используют для их разделения с помощью методов магнитного обогащения.

Электрические свойства минералов определяются электропроводностью и диэлектрической проницаемостью.

Различия в электрических свойствах минералов используют для их разделения с помощью методов электрического обогащения.

Смачивание - проявление межмолекулярного взаимодействия на границе соприкосновения грех фаз - твердого тела, жидкости и газа, выражающееся в растекании жидкости по по-верхности твердого тела.

Различия в смачиваемости поверхности тонкоизмельченных минеральных частиц используют для их разделения методами флотационного обогащения.

Растворимость минералов - способность минералов растворяться в неорганических и органических растворителях. Перевод твердой фазы в жидкое состояние может осуществляться растворением в результате диффузии и межмолекулярного взаимодействия или за счет химических реакций.

Реальная растворимость твердых тел определяется эмпирически. Различия в растворимости минеральных компонентов используют в химических методах обогащения руд.

Характеристика вещественных составов приведена на рисунке 1.

Рис 1. Характеристика вещественного состава.

Классификация методов и процессов обогащения.

На обогатительных фабриках п.и. подвергаются ряду последовательных процессов обработки, которые по своему назначению делятся на:

Подготовительные

Основные обогатительные

Вспомогательные и процессы производственного обслуживания

Подготовительные процессы. К подготовительным относятся процессы дробления и измельчения, при которых достигается раскрытие минералов в результате разрушения сростков полезных минералов с пустой породой (или сростков одних полезных минералов с другими) с образованием механической смеси частиц и кусков разного минерального состава, а также процессы грохочения и классификации, применяемые для разделения по крупности полученных при дроблении и измельчении механических смесей. Задача подготовительных процессов - доведение минерального сырья до крупности, необходимой для последующего обогащения, а в некоторых случаях- получение конечного продуют заданного гранулометрического состава для непосредственного использования в народном хозяйстве, (сортировка руд и углей).

7. Что подразумевается под терминами химическое и радиометрическое обогащение?

8. Что называется обогащением по трению, декрипитацией?

9. Какие формулы технологических показателей обогащения?

10. Какова формула степени сокращения?

11. Как вычислить степень обогащения руды?

Темы семинаров:

Основная характеристика методов обогащения.

Основные отличия от подготовительных, вспомогательных и основных методов обогащения.

Краткая характеристика основных методов обогащения.

Краткая характеристика подготовительных и вспомогательных методов обогащения.

Степень сокращения проб, основная роль данного метода при обогащении полезных ископаемых.

Домашнее задание :

Изучить термины, правила и основные методы обогащения, закрепить, полученные знания на семинарском занятии самостоятельно.

ЛЕКЦИЯ №3.

ТИПЫ И СХЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ.

Цель: Объяснить студентам основные типы и схемы обогащения и применение таких схем на производстве. Дать понятие о методах и процессах обогащения полезных ископаемых.

План:

Методы и процессы обогащения полезных ископаемых, область их применения.

Обогатительные фабрики и их промышленное значение. Основные типы технологических схем.

Ключевые слова: основные процессы, вспомогательные процессы, подготовительные методы, применение процессов, схема, технологическая схема, количественная, качественная, качественно-количественная, водно-шламовая, схема цепи аппаратов.

1. На обогатительных фабриках полезные ископаемые подвергаются последовательным процессам переработки, которые по назначению в технологическом цикле фабрики разделяются на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные.

К подготовительным операциям обычно относят дробление, измельчение, грохочение и классификацию, т.е. процессы, в результате которых достигается раскрытие минерального состава, пригодной для их последующего разделения в процессе обогащения, а так же операции усреднения полезных ископаемых, которые могут проводиться на рудниках, карьерах, в шахтах и на обогатительных фабриках. При дроблении и измельчении достигается уменьшение крупности кусков руды и раскрытие минералов в результате разрушения сростков полезных минералов с пустой породой (или сростков одних ценных минералов с другими). Грохочение и классификация применяются для разделения по круп­ности полученных при дроблении и измельчении механических сме­сей. Задача подготовительных процессов - доведение минерального сырья до крупности, необходимой для последующего обогащения.

К основным обогатительным операциям относят те физические и физико-химические процессы разделения минералов, при которых полезные минералы выделяются в концентраты, а пустая порода – в хвосты.К основнымобогатительным процессам, относятся процессы разделения минералов по физическим и физико-химическим свойствам (по фор­ме, плотности, магнитной восприимчивости, электропроводности, смачиваемости, радиоактивности и др.): сортировка, гравитация, магнитное и электрическое обогащение, флотация, радиометриче­ское обогащение и др. В результате проведения основных процессов получают концентраты и хвосты. Применение того или другого спо­соба обогащения зависит от минералогического состава руды.

К вспомогательным процессам относят процедуры удаления влаги из продуктов обогащения. Такие процессы называются обезвоживанием, которое проводится с целью доведения влажности продуктов до установленных норм.

На обогатительной фабрике исходное сырье при обработке подвергается ряду последовательных технологических операций. Графическое изображение совокупности и последовательности этих операций так же называют технологической схемой обогащения.

При обогащении полезных ископаемых используют различия их физических и физико-химических свойств, существенное значение из которых имеют цвет, блеск, твердость, плотность, спайность, излом и т.д.

Цвет минералов разнообразен. Различие в цвете используется при ручной рудоразборке или пробовыборке из углей и других видах обработки.

Блеск минералов определяется характером их поверхностей. Различие в блеске можно использовать, как и в предыдущем случае, при ручной рудоразборке из углей или пробовыборке из углей и других видах обработки.

Твердость минералов, входящих в состав полезных ископаемых, имеет важное значение при выборе способов дробления и обогащения некоторых руд, а так же углей.

Плотность минералов изменяется в широких пределах. Различие в плотности полезных минералов и пустой породы широко используется при обогащении полезных ископаемых.

Спайность минералов заключается в их способности раскалываться от ударов по строго определенному направлению и образовывать по плоскостям раскола гладкие поверхности.

Излом имеет существенное практическое значение в процессах обогащения, так как характер поверхности минерала, полученного при дроблении и измельчении, оказывает влияние при обогащении электрическими и другими методами.

2. Технология обогащения полезных ископаемых состоит из ряда последовательных операций, осуществляемых на обогатительных фабриках.

Обогатительными фабриками называют промышленные предприятия, на которых методами обогащения обрабатывают полезные ископаемые и выделяют из них один или несколько товарных продуктов с повышенным содержанием ценных компонентов и пониженным содержанием вредных примесей. Современная обогатительная фабрика – это высокомеханизированное предприятие со сложной технологической схемой переработки полезного ископаемого.

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

Технологическая схема включает сведения о последовательности технологических операций по переработки полезных ископаемых на обогатительной фабрике.

Качественная схема содержит сведения о качественных измерениях полезного ископаемого, в процессе его переработки, а так же данные о режиме отдельных технологических операций. Качественная схема (рис. 1.) дает представление о приня­той технологии переработки руды, последовательности процессов и операций, которым подвергается руда при обогащении.

рис. 1. Качественная схема обогащения

Количественная схема включает количественные данные о распределении полезного ископаемого по отдельным технологическим операциям и выход получаемых продуктов.

Качественно–количественная схема совмещает в себе данные качественной и количественной схем обогащения.

Если в схеме имеются данные о количестве воды в от­дельных операциях и продук­тах обогащения, о количестве добавляемой воды в процесс, то схема называется шламовой. Распределение твердого и воды по операциям и продуктам ука­зывается в виде отношения твердого к жидкому Т: Ж, например, Т: Ж = 1: 3, или в процентах твердого, например 70% твердого. Соотношение Т:Ж численно равно коли­честву воды (м³), приходящейся на 1 т твердого. Количество воды, добавляемой в отдельные операции, выражается в куби­ческих метрах в сутки или в ку­бических метрах в час. Часто эти виды схем совмещаются и тогда схема называется качественно-количественной шламовой.

Вводно-шламовая схема содержит данные о соотношении воды и твердого в продуктах обогащения.

Схема цепи аппаратов – графическое изображение пути движения полезного ископаемого и продуктов обогащения через аппараты. На таких схемах аппараты, машины и транспортные средства изображаются условно и указывается их число, тип и размер. Движение продуктов от агрегата к агрегату обозначается стрелками (см. рис.2):

Рис. 2. Схема цепи аппаратов:

1,9- бункер; 2, 5, 8, 10, 11 - транспортер; 3, 6 - грохоты;

4 - щековая дробилка; 7 - конусная дробилка; 12 - классификатор;

13 - мельница; 14 - флотомашина; 15 - сгуститель; 16 - фильтр

По схеме на рисунке видно подробно, как руда проходит полное обогащение, включая подготовительные и основные процессы обогащения.

В качестве самостоятельных процессов чаще всего применяют флотацию, гравитационные и магнитные методы обогащения. Из двух возможных методов, дающих одинаковые показатели обогащения, обычно выбирают наиболее экономичный и экологически безопасный метод.

Выводы:

Процессы обогащения подразделяются на подготовительные, основные вспомогательные.

При обогащении полезных ископаемых используют различия их физических и физико-химических свойств, существенное значение из которых имеют цвет, блеск, твердость, плотность, спайность, излом и т.д.

Совокупность и последовательность операций, которым под­вергается руда при переработке, составляют схемы обога­щения, которые принято изображать графически. В зависи­мости от назначения схемы могут быть качественными, количе­ственными, шламовыми. Кроме указанных схем обычно соста­вляют схемы цепи аппаратов.

В качественной схеме обогащения изображается путь движе­ния руды и продуктов обогащения последовательно по операциям с указанием некоторых данных о качественных изменениях руды и продуктов обогащения, например, крупности. Качественная схема дает представление о стадиальности процесса, коли­честве перечистных операций концентратов и контрольных пере­чисток хвостов, о виде процесса, способе обработки промпродуктов и количестве конечных продуктов обогащения.

Если на качественной схеме указать количество перерабаты­ваемой руды, получаемых в отдельных операциях продуктов и со­держание в них ценных компонентов, то схема уже будет назы­ваться количественной или качественно-количественной.

Совокупность схем дает нам полное понятие о происходящем процессе обогащения и переработки полезных ископаемых.

Контрольные вопросы:

1. Что относится к подготовительным, основным и вспомогательным процессам обогащения?

2. Какие различия в свойствах минералов используются при обогащении полезных ископаемых?

3. Что называют обогатительными фабриками? Каково их применение?

4. Какие типы технологических схем Вы знаете?

5. Что такое схема цепи аппаратов.

6. Что означает качественная схема технологического процесса?

7. Как Вы можете охарактеризовать качественно-количественную схему обогащения?

8. Что означает водно-шламовая схема?

9. Какие характеристики можно получить, следуя технологическим схемам?

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

При обогащении:

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 (%):

10 3 10 2 10 -1

d, мм

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:

Флотационный,

Гравитационный,

Магнитный,

Электрический.

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

(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 Fe 3 O 4 , пирротин Fe 1-n S 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:

Проводники – рутил, пирит,

Полупроводники – магнетит,

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.

Похожие статьи