Методы обогащения полезных ископаемых. Классификация методов и процессов обогащения Обогащение полезных ископаемых применение физики

11.03.2020

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.

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.

Некоторые полезные ископаемые, добытые из недр земли, непосредственно используются в отдельных отраслях народного хозяйства (камень, глина, известняк для строительных целей, слюда для электроизоляции и др.), но большая часть их предварительно подвергается обогащению.

Обогащением полезных ископаемых называется совокупность операций механической обработки полезного ископаемого с целью получения продуктов, годных для использования в народном хозяйстве.

Процесс обогащения полезных ископаемых осуществляется на специально оборудованных, высокомеханизированных предприятиях. Эти предприятия называются обогатительными фабриками , если основной задачей их является разделение минералов и дробильно-сортировочными фабриками , если обогащение сводится в основном к дроблению горных пород и разделению их по крупности и прочности.

Полезные ископаемые на обогатительных фабриках проходят целый ряд последовательных операций, в результате полезные компоненты отделяются от примесей. Процессы обогащения полезных ископаемых по своему назначению делятся на подготовительные, основные и вспомогательные.

К подготовительным относят процессы дробления, измельчения, грохочения и классификации. Их задача - привести минеральные компоненты в такое состояние, при котором возможно вести разделение (уменьшение крупности, разделение по крупности и др.);

К основным относят следующие процессы:

гравитационные;

флотационные;

магнитные;

электрические;

специальные;

комбинированные.

Задача основных процессов обогащения - разделить полезный минерал и пустую породу.

К вспомогательным относят обезвоживание, пылеулавливание, очистку сточных вод, опробование, контроль и автоматизацию, разгрузку, транспортирование материала в сухом виде и с водой, перемешивание, распределение материала и реагентов по машинам и др.

Задача этих процессов - обеспечить оптимальное протекание основных процессов.

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.

Все, что поступает на обогащение или в отдельную операцию обогащения, называется исходным материалом, или питанием.

Исходным материалом для обогатительного предприятия является руда. Процентное содержание ценного компонента в исходном материале (руде) обычно обозначается через (альфа). Продуктами обогащения (или операции) называют материалы, получаемые в результате обогащения - концентрат , промежуточный продукт (промпродукт) и хвосты .

Концентратом называется продукт обогащения, в котором содержание ценного компонента больше, чем в исходном материале. Процентное содержание ценного компонента в концентрате обозначается через (бэта).

Хвостами называется продукт обогащения, имеющий незначительное содержание ценного компонента по сравнению с исходной рудой. Процентное содержание ценного компонента в хвостах принято обозначать через (тэта). Хвосты представляют собой, главным образом, пустую породу и вредные примеси.

Промежуточным продуктом (промпродуктом) называется продукт, в котором содержание ценного компонента меньше, чем в концентрате, и больше, чем в хвостах. Содержание в нем ценного компонента обозначается через . Промпродукты обычно направляются на дополнительную переработку.

Концентраты и хвосты могут являться как продуктами отдельных операций, так и конечными продуктами процесса обогащения. Качество конечных или так называемых товарных концентратов должно соответствовать государственному стандарту (ГОСТу). Каждым ГОСТом предусматривается минимальное содержание в концентратах ценного компонента и допускаемые содержания примесей.

Для оценки результатов обогащения применяются следующие основные технологические показатели и их условные обозначения:

Выход (гамма) - количество полученного продукта, выраженное в процентах (или долях единицы) к исходному материалу.

Выход концентрата , промпродукта , хвостов определяется из следующих выражений:

где С - количество концентрата;

М - количество переработанной руды;

П - количество промпродукта.

Степень извлечения е (эпсилон) - выраженное в процентах отношение количества ценного компонента в данном продукте (обычно в концентрате) к количеству его в исходном материале (руде), принятому за 100%. Степень извлечения в концентрат , промпродукт , хвосты определяется из формул:

Степень концентрации (или коэффициент обогащения) К - отношение содержания ценного компонента в концентрате к содержанию его в исходном материале (руде):

Часто неизвестна масса продуктов. А вот содержание полезного компонента в продуктах известно практически всегда.

Выход концентрата и хвостов, его извлечение определяются через содержания следующими формулами:

По таким формулам в процессе работы на фабриках можно производить оценку обогащения, имея лишь данные химического анализа руды () и продуктов обогащения ( , ). Аналогичным путем могут быть получены уравнения и формулы для случая, когда в процессе обогащения получаются два концентрата и хвосты, т. е. для двух ценных компонентов.

Эти уравнения являются различными выражениями общего правила, заключающегося в том, что количество материала, поступающего на обогащение, равно сумме получаемых продуктов

Горную массу, подразделяют на: основные (собственно обогатительные); подготовительные и вспомогательные.

Все существующие методы обогащения основаны на различиях в физических или физико-химических свойствах отдельных компонентов полезного ископаемого. Существует, например, гравитационное , магнитное , электрическое , флотационное , бактериальное и др. способы обогащения.

Технологический эффект обогащения

Предварительное обогащение полезных ископаемых позволяет:

увеличить промышленные запасы минерального сырья за счёт использования месторождений бедных полезных ископаемых с низким содержанием полезных компонентов;
повысить продуктивность труда на горных предприятиях и снизить стоимость добываемой руды за счёт механизации горных работ и сплошной выемки полезного ископаемого вместо выборочной;
повысить технико-экономические показатели металлургических и химических предприятий при переработке обогащённого сырья за счёт снижения затрат топлива, электроэнергии, флюсов, химических реактивов, улучшения качества готовых продуктов и снижения потерь полезных компонентов с отходами;
осуществить комплексное использование полезных ископаемых, потому что предварительное обогащение позволяет извлечь из них не только основные полезные компоненты, но и сопутствующие, которые содержатся в малых количествах;
снизить затраты на транспортировку к потребителям продукции горного производства за счёт транспортирования более богатых продуктов, а не всего объёма добытой горной массы, содержащей полезное ископаемое;
выделить из минерального сырья вредные примеси, которые при дальнейшей их переработке могут ухудшать качество конечной продукции, загрязнять окружающую среду и угрожать здоровью людей.

Переработка полезных ископаемых осуществляется на обогатительных фабриках , представляющих собой сегодня мощные высокомеханизированные предприятия со сложными технологическими процессами.

Классификация процессов обогащения

Переработка полезных ископаемых на обогатительных фабриках включает ряд последовательных операций, в результате которых достигается отделение полезных компонентов от примесей. По своему назначению процессы переработки полезных ископаемых разделяют на подготовительные, основные (обогатительные) и вспомогательные (заключительные).

Подготовительные процессы

Подготовительные процессы предназначены для раскрытия или открытия зёрен полезных компонентов (минералов), входящих в состав полезного ископаемого, и деления его на классы крупности, удовлетворяющие технологическим требованиям последующих процессов обогащения. К подготовительным относят процессы дробления, измельчения, грохочения и классификации.

Дробление и измельчение

Дробление и измельчение - процесс разрушения и уменьшения размеров кусков минерального сырья (полезного ископаемого) под действием внешних механических, тепловых, электрических сил, направленных на преодоления внутренних сил сцепления, связывающих между собой частички твёрдого тела.

По физике процесса между дроблением и измельчением нет принципиальной разницы. Условно принято считать, что при дроблении получают частицы крупнее 5 мм , а при измельчении - мельче 5 мм . Размер наиболее крупных зёрен, до которого необходимо раздробить или измельчить полезное ископаемое при его подготовке к обогащению, зависит от размера включений основных компонентов, входящих в состав полезного ископаемого, и от технических возможностей оборудования, на котором предполагается проводить следующую операцию переработки раздробленного (измельчённого) продукта.

Раскрытие зёрен полезных компонентов - дробления или (и) измельчения сростков до полного освобождения зёрен полезного компонента и получения механической смеси зёрен полезного компонента и пустой породы (микста). Открытие зёрен полезных компонентов - дробление или (и) измельчения сростков до высвобождения части поверхности полезного компонента, что обеспечивает доступ к нему реагента.

Дробление проводят на специальных дробильных установках . Дроблением называется процесс разрушения твердых тел с уменьшением размеров кусков до заданной крупности, путём действия внешних сил, преодолевающих внутренное силы сцепления, связывающие между собой частицы твердого вещества. Измельчение дроблёного материала осуществляют в специальных мельницах (как правило, шаровых или стержневых).

Грохочение и классификация

Грохочение и классификация применяются с целью разделения полезного ископаемого на продукты разной крупности - классы крупности . Грохочение осуществляется рассеванием полезного ископаемого на решето и ситах с калиброванными отверстиями на мелкий (подрешётный) продукт и крупный (надрешётный). Грохочение применяется для разделения полезных ископаемых по крупности на просевных (просеивающих) поверхностях, с размерами отверстий от миллиметра до нескольких сотен миллиметров.

Грохочение осуществляется специальными машинами - грохотами .

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 позволяют 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).

Основные заключительные операции - сгущение пульпы , обезвоживание и сушка продуктов обогащения. Выбор метода обезвоживания зависит от характеристик материала, который обезвоживается, (начальной влажности, гранулометрического и минералогического составов) и требований к конечной влажности. Часто необходимой конечной влажности трудно достичь за одну стадию, поэтому на практике для некоторых продуктов обогащения используют операции обезвоживания разными способами в несколько стадий.

Отходы

Отходы - конечные продукты обогащения с малым содержанием ценных компонентов, дальнейшее извлечение которых невозможно технически и/или нецелесообразно экономически. (Данный термин равнозначен употреблявшемуся ранее термину отвальные хвосты , но не термину хвосты , которым, в отличие от отходов, называют обеднённый продукт любой отдельно взятой обогатительной операции).

Промежуточные продукты

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

Качество обогащения

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

Обогащение полезных ископаемых идеальное

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

Частичное обогащение полезных ископаемых

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

Потери полезных ископаемых при обогащении

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

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

Граница обогащения полезных ископаемых

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

Глубина обогащения

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

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

Международные конгрессы

С 1952 года проводятся Международные конгрессы по обогащению полезных ископаемых. Ниже приведён их список .

Конгресс	Год	Место проведения
I	1952	Лондон
II	1953	Париж
III	1954	Гослар
IV	1955	Стокгольм
V	1960	Лондон
VI	1963	Кан
VII	1964	Нью-Йорк
VIII	1968	Ленинград
IX	1970	Прага
X	1973	Лондон
XI	1975	Кальяри
XII	1975	Сан-Паулу
XIII	1979	Варшава
XIV	1982	Торонто
XV	1985	Кан
XVI	1988	Стокгольм
XVII	1991	Дрезден
XVIII	1993	Сидней
XIX	1995

(конспект лекций)

В.Б.Кусков

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

ВЕДЕНИЕ 2

1. подготовительные процессы 8

1.1. ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ 8

1.2 ДРОБЛЕНИЕ 10

1.3. грохочение 14

1.4. ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ 17

1.5. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ 20

2. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ 23

2.1. ГРАВИТАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ 23

2.3. МАГНИТНЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ 35

2.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОГАЩЕНИЕ 39

2.5. специальные МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ 43

2.6. КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ 48

3 ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ 49

3.1. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ 49

3.2. ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЕ 53

3.3. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД 54

3.3 ОПРОБОВАНИЕ, КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ 55

4. ОБОГАТИТЕЛЬНЫЕ ФАБРИКИ 55

Ведение

Полезные ископаемые - природные минеральные образования земной коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их в сфере материального производства. Месторождение полезного ископаемого – скопление минерального вещества в недрах или на поверхности Земли, по количеству, качеству и условиям залегания пригодного для промышленного использования. (При больших площадях распространения месторождения образуют районы, провинции и бассейны). Различают твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые.

Твердые полезные ископаемые (руды), в свою очередь, подразделяются на горючие (торф, сланец, уголь) и негорючие, которые бывают: агрономические (апатитовые и фосфоритовые и др.), неметаллические (кварцевые, баритовые и др.) и металлические (руды черных и цветных металлов). Эффективность использования того или иного полезного ископаемого зависит, прежде всего, от содержания в нем ценного компонента и наличия вредных примесей. Непосредственная металлургическая или химическая переработка полезного ископаемого целесообразна (технически и экономически выгодна) только в том случае, если содержание в нем полезного компонента не ниже некоторого предела, определяемого уровнем развития техники и технологии (и потребности в данном сырье) в настоящее время. В большинстве случаев непосредственное использование добытой горной массы или её переработка (металлургическая, химическая и др.) экономически нецелесообразны, а иногда и технически невозможны, т.к. годные к непосредственной переработке полезные ископаемые в природе встречаются редко в большинстве случаев их подвергают специальной обработке – обогащению.

Обогащение полезных ископаемых  совокупность процессов механической переработки минерального сырья с целью извлечения полезных (ценных) компонентов и удаления пустой породы и вредных примесей. В результате обогащения из руды получают концентрат (концентраты) и хвосты.

Концентрат – это продукт, куда выделяется (концентрируется) большая часть полезных минералов (и незначительное количество минералов пустой породы). Качество концентрата в основном характеризуется содержанием ценного компонента (оно всегда выше, чем в руде , концентрат богаче по цененному компоненту отсюда и название - обогащение), а также содержанием полезных и вредных примесей, влажностью и гранулометрической характеристикой.

Хвосты – продукт, в который выделится большая часть минералов пустой породы, вредных примесей и незначительное количество полезного компонента (содержание ценного компонентов в хвостах ниже, чем в концентратах и руде)..

Кроме концентрата и хвостов возможно получение промпродуктов , т.е. продуктов, характеризующихся более низким по сравнению с концентратами и более высоким по сравнению с хвостами содержанием полезных компонентов.

Полезными (ценными) компонентами называются химические элементы или природные соединения, для получения которого добывается и перерабатывается данное полезное ископаемое. Как правило, ценный компонент в руде находится в виде минерала (самородных элементов в природе мало: медь, золото, серебро, платина, сера, графит).

Полезными примесями называют химические элементы или природные соединения, которые входят в состав полезного ископаемого в небольших количествах и улучшают качество готовой продукции (либо выделяются в ходе дальнейшей переработки). Например, полезными примесями в железных рудах являются такие легирующие добавки как хром, вольфрам, ванадий, марганец и др.

Вредными примесями называют отдельные элементы и природные химические соединения, содержащиеся в полезных ископаемых в небольших количествах и оказывающие отрицательное влияние на качество готовой продукции. Например, в железных рудах вредными примесями являются сера, мышьяк, фосфор, в коксующихся углях – сера, фосфор, в энергетических углях – сера и т.д.

Обогащение полезных ископаемых позволяет повысить экономическую эффективность их дальнейшей переработки , также, в некоторых случаях, без стадии обогащения дальнейшая переработка становится вообще невозможной. Например, медные руды (содержащие, как правило, весьма мало меди) нельзя непосредственно переплавить в металлическую медь, так как медь при плавке переходит в шлак. Кроме того, обогащение полезных ископаемых позволяет:

 увеличить промышленные запасы сырья за счет использования месторождений бедных полезных ископаемых с низким содержанием ценных компонентов;

 повысить производительность труда на горных предприятиях и снизить стоимость добываемой руды за счет механизации горных работ и сплошной выемки полезного ископаемого вместо выборочной;

 комплексно использовать полезные ископаемые, так как предварительное обогащение позволяет извлечь не только основные полезные компоненты, но и сопутствующие, содержащиеся в малых количествах;

 снизить расходы на транспортирование к потребителям более богатых продуктов, а не всего объема добываемого полезного ископаемого;

 выделить из минерального сырья те вредные примеси, которые при дальнейшей его переработке могут загрязнять окружающую среду и тем самым угрожать здоровью людей и ухудшать качество конечной продукции.

Обогатительные методы также можно использовать при переработке твердых бытовых отходов (их образуется 350 – 400 кг/год на человека).

Полезные ископаемые на обогатительных фабриках проходят целый ряд последовательных операций, в результате которых полезные компоненты отделяются от примесей. Процессы обогащения полезных ископаемых по своему назначению делятся на подготовительные, вспомогательные и основные.

К подготовительным относят процессы дробления, измельчения, грохочения и классификации. Их задача  разъединить полезный минерал и пустую породу («раскрыть» сростки) и создать нужную гранулометрическую характеристику перерабатываемого сырья.

Задача основных процессов обогащения  разделить полезный минерал и пустую породу. Для разделения минералов используются различия в физических свойствах разделяемых минералов. Сюда относят:

Наименование метода обогащения	Физические свойства, используемые для разделения	Основные виды полезных ископаемых, обогащаемые данным методом
Гравитационный метод обогащения	Плотность (с учетом крупности и формы)	Угли (+1 мм), сланцы, золотосодержащие, оловянные руды…
Флотационный метод обогащения	Смачиваемость поверхности	Руды цветных металлов, апатитовые, фосфоритовые, флюоритовые руды...
Магнитный метод обогащения	Удельная магнитная восприимчивость	Железные руды…
Электрический метод обогащения	Электрические свойства (электропроводность, трибозаряд, диэлектрическая проницаемость, пирозаряд)	Доводка алмазных руд, редкометальных: титан-циркониевых, тантало-ниобиевых, оловянно-вольфрамовых, редкоземельных (монацит-ксенотимовых). Стекольные пески, электронный лом…
Рудосортировка: Рудоразборка Радиометрическое обогащение	Внешние признаки: цвет, блеск, форма Способность частиц испускать, отражать поглощать различные виды энергии	Драгоценные камни, листовая слюда, длинноволокнистый асбест Руды черных и цветных металлов, алмазосодержащие, флюоритовые и др. руды
Избирательное дробление	Различие по прочности	Фосфоритовые руды, угли и сланцы
Обогащение по форме
Комбинированные методы	В схему помимо традиционных процессов обогащения (не затрагивающих химического состава сырья) включены пиро- или гидрометаллургические операции, изменяющие химический состав сырья.	Урановые, золотосодержащие (коренные) руды, медно-никелевые руды…

Кроме перечисленных есть и другие методы обогащения. Также, иногда к обогатительным относят процессы окускования (увеличения крупности материалов).

К вспомогательным относят обезвоживание, пылеулавливание, очистку сточных вод, опробование, контроль и автоматизацию. Задача этих процессов  обеспечить оптимальное протекание основных процессов, довести продуты разделения до необходимых кондиций.

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 иР .

(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 = (75200)/100 = 150 т/ч;

=
=
= 22,5 %;