Донецк - 2008

ТЕМА 1 МЕСТО ОПЕРАЦИЙ ДРОБЛЕНИЯ, ГРОХОЧЕНИЯ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМАХ.

1. Место операций дробления, грохочения и измельчения в технологических схемах.

2. Гранулометрический состав дробленых продуктов. Характеристики крупности и их уравнения.

3. Средний диаметр частиц

Полезные ископаемые – добываемые из недр природные вещества, используемые с достаточной эффективностью в естественном виде или после предварительной обработки при данном уровне техники. Полезные ископаемые делятся на вещества органического происхождения (газ, нефть, уголь, сланцы, торф) и неорганического: 1) нерудное минеральное сырье (асбест, графит, гранит, гипс, сера, слюда), 2) агрономические руды, 3) руды черных, цветных и редких металлов.

Руды, содержащие в чистом виде минералы, пригодные для использования, в природе не встречаются. Большая часть минерального сырья обогащается с извлечением ценных компонентов в один или несколько концентратов и сопутствующих пород – в отходы. Обогащение полезных ископаемых – совокупность процессов первичной (механической) обработки минерального сырья с целью отделения всех полезных минералов от пород. Процессы переработки сырья делятся на подготовительные, основные обогатительные, вспомогательные и процессы производственного обслуживания.

К подготовительным процессам относятся дробление, измельчение, а также процессы грохочения и классификации. При дроблении и измельчении происходит раскрытие минералов вследствие разрушения сростков минерала и породы. Образуется механическая смесь кусков разного минерального состава и крупности, разделяемая по крупности при классификации. Основная задача подготовительных процессов – раскрытие полезных минералов, подготовка минерального сырья по крупности, необходимой для последующего обогащения, усреднение сырья.

Различные руды имеют разную вкрапленность минералов. Степень вкрапленности – отношение количества минерала, находящегося в сростках с породой, к общему количеству руды. Степень раскрытия – отношение количества свободных (раскрытых) зерен минерала к общему их количеству. Эти отношения выражают в процентах. Степень раскрытия, зависящую от количества стадий измельчения, определяют экспериментально при исследовании полезных ископаемых на обогатимость.

Выход продукта обогащения - отношение массы этого продукта к массе исходного материала. Содержание компонента – отношение количества компонента в данном продукте к количеству этого продукта. Извлечение полезного компонента в продукт – отношение массы этого компонента в данном продукте к массе его в исходном сырье. Обычно эти параметры выражают в процентах.

Минеральное сырье, обрабатываемое на обогатительной фабрике, и получаемые из него продукты, являются сыпучими материалами с различной крупностью зерен. Процессы разделения сыпучих материалов на продукты различной крупности называются классификацией по крупности. Такое разделение выполняется двумя способами: грохочением и гидравлической или пневматической классификацией. При гидравлической классификации (в воде) применяются механические и гидравлические классификаторы, гидроциклоны. Пневматическая классификация (в воздушной струе) применяется при пылеулавливании и при сухих методах обогащения.

При грохочении материал разделяется на просеивающих поверхностях с калиброванными отверстиями. Последовательный ряд размеров отверстий решет и сит называется шкалой классификации. Отношение размеров отверстий смежных сит в закономерной шкале называется модулем шкалы. При крупном и среднем грохочении модуль чаще принимают равным 2. Например, при грохочении материала средней крупности используют сита с размером отверстий 50, 25, 13, 6 и 3 мм. Для мелких сит, применяемых в лабораторных условиях, модуль примерно равен √2 = 1.41. Для наиболее тонких частиц используют седиментационный и микроскопический анализ.

Распределение зерен по крупности характеризует гранулометрический состав продукта, который определяется путем рассева материала на стандартном наборе сит (табл. 1.1). Классом крупности называется продукт, просеявшийся через данную сетку, но оставшийся на следующей сетке шкалы. Соотношение весовых количеств зерен разной крупности, входящих в состав продукта, называется гранулометрической характеристикой или характеристикой крупности (рис. 1.1).

Таблица 1.1 – Результаты ситового анализа

Мелкой руды

Классы, мм		Суммарный выход, %
Сверху (по плюсу)	Снизу (по минусу)

Рисунок 1.1 – Гранулометрическая характеристика (табл. 1.1)

По характеристике крупности можно определить средний диаметр зерна в пробе (d ср = 6 мм на рис. 1.1), а также выход различных классов. Выход отдельного узкого класса находят по разности ординат, соответствующих верхнему и нижнему пределам для данного класса (γ кл (2-4) = 35-20 = 15%). Характеристика крупности дает наглядное представление о распределении материала по крупности: вогнутая кривая указывает на преобладание мелких зерен, выпуклая – на преобладание крупных (рис. 1.2).

Сыпучие материалы характеризуются также средним диаметром частиц. Размер частиц шарообразной формы определяется диаметром шара. В большинстве случаев частицы имеют неправильную форму. Поэтому их размер в каком-либо соотношении условно заменяют диаметром шарообразной частицы. На практике широко используется средневзвешенный диаметр:

Здесь γ – выходы отдельных классов; d – средние диаметры отдельных классов.

Средний диаметр частиц узкого класса вычисляют как среднеарифметическое его пределов:

D = (d1 + d2) / 2 (1.3)

Где d1 , d2 – верхний и нижний пределы крупности данного класса, мм.

В комбинированных методах наряду с традиционными способами обогащения используются пиро- или гидрометаллургические операции, приводящие к изменению химического состава сырья. Используемые пирометаллургические операции: обжиг, плавка, конвертирование; гидрометаллургические: выщелачивание, осаждение, экстракция, сорбция.

Например, обжиг применяется для изменения магнитных свойств слабомагнитных минералов железа (карбонатов, окислов, гидроокислов). При нагревании до 600 – 800 °С гематит (красный железняк Fе 2 О 3) восстанавливается газообразными или твердыми восстановителями (окись углерода, водород, природный газ, уголь и др.) до сильномагнитного магнетита (Fe 3 O 4). Процесс этот иногда называют восстановительным обжигом. Обожженную руду обогащают на магнитных сепараторах со слабым магнитным полем аналогично обогащению природных магнетитовых руд.

Гидрометаллургические операции (химическое обогащения) применяют для руд сложного состава. Основа химического обогащения это селективное растворение минералов и последующие извлечения ценных компонентов из растворов. При этом используется различная способность разделяемых минералов растворяться.

Процессы селективного растворения минералов полезных ископаемых с последующим извлечением их из растворов называют выщелачиванием. Растворение производят под землей непосредственно в рудном теле – подземное выщелачивание; на поверхности земли в куче большого размера, сделанной из обогащаемого сырья (руда, отвалы), – кучное выщелачивание и в специальных аппаратах (чанах) – чановое выщелачивание. Минералы из растворов извлекают цементацией, экстракцией, ионной флотацией.

Например, медь извлекают из раствора цементацией железа или жидкой экстракцией органическими растворителями, а уран - ионной флотацией, сорбцией и экстракцией. Выщелачивание применяют для извлечения некоторых металлов из бедных отвалов и забалансовых руд, обогащения медных и урановых руд, доводки вольфрамовых, оловянных, калийных и других концентратов. При переработке урановых руд выщелачивание является основным процессом обогащения.

3 Вспомогательные процессы обогащения

Задача вспомогательных процессов  довести продукты обогащения до нужных кондиций и обеспечить оптимальное протекание основных процессов. К ним относят обезвоживание, обеспыливание и пылеулавливание, очистку сточных вод, опробование, контроль и автоматизацию.

3.1. Обезвоживание продуктов обогащения

В большинстве случаев получаемые продукты обогащения содержат значительное количество воды и не пригодны для транспортирования и металлургической обработки. Для удаления воды (влаги) из продуктов обогащения применяют ряд операций, называемых в общем случае обезвоживанием. В более широком смысле под обезвоживанием понимают процесс отделения жидкой фазы от твердой.

Влажность материала определяется отношением массы воды в продукте к общей массе влажного материала и обычно выражается в процентах:

W = (Q 1  Q 2)100/Q 1 ,

где Q 1  масса влажного материала; Q 2  масса сухого материала.

Для характеристики продуктов обогащения часто используют разжижение R , определяющее отношение массы жидкости в продукте к массе твердого. Влажность продукта в процентах определяется через разжижение выражением

W = R  100/(R + 1).

Получаемые на фабриках при обогащении руд продукты, как правило, представлены жидкими пульпами. Присутствующую в продуктах влагу подразделяют на внутреннюю и внешнюю.

Внутренней влагой называют влагу, содержащуюся в кристаллической решетке минерала. Ее именуют кристаллизационной, если она присутствует в виде молекул Н 2 О (например CuSO 4 · 5H 2 O), или конституционной, если присутствует в виде ионов ОН  , Н + , Н 3 О + (например, Cu(OH) 2). Удалить ее можно при обжиге или прокаливании материала.

Внешнюю влагу делят на гравитационную, капиллярную, пленочную и гигроскопическую:

 свободная (гравитационная) удаляется под действием сил тяжести; продукты обогащения представляют собой суспензии;

 капиллярная удерживается силами капиллярного давления и удаляется с помощью внешних сил; продукты называются влажными (мокрыми);

 пленочная удерживается на поверхности частиц силами молекулярного притяжения между молекулами воды и частиц; продукты называют воздушно-сухими;

 гигроскопическая содержится в сухих продуктах и удерживается на поверхности частиц адсорбционными силами в виде мономолекулярных пленок.

В зависимости от содержания влаги про­дукты подразделяют на жидкие (обводненные), мокрые, влажные, воздушно-сухие, сухие и прокаленные.

Жидкие продукты характеризуются большим разжижением и текучестью. Влаги в них содержится не менее 40 %.Такие продукты хорошо транспортируются.

Мокрые продукты содержат меньше воды (от 15-20 до 40 %), чем жидкие. Если такие продукты представлены мелким мате­риалом, они растекаются, часть воды из них выделяется при транспортировании, перегруз­ках и непродолжительном хранении. Для жидких и мокрых продуктов харак­терно присутствие всех видов влаги.

Влажные продукты являются промежуточными между мокрыми и воздушно-сухими. Содержание влаги в них составляет от 5-6 до 15-20 %. Они нетекучи. Во влажных продуктах содержится гигроскопическая, пленочная, часть капиллярной и внутренняя влага.

Воздушно-сухие продукты представляют собой сыпучие материалы, поверхность которых вследствие гигроскопичности незначительно увлажнена находящимися в воздухе парами воды. Иногда воздушно-сухими называют продукты с влажностью в несколько процентов. Они содержат внутреннюю и гигроскопичную влагу.

Сухие продукты не содержат внешней влаги.

Прокаленные – это продукты, из которых термически удалена химически связанная вода.

Процесс удаления влаги из продуктов обогащения называется обезвоживанием. В зависимости от крупности материала и его влажности используют различные методы обезвоживания.

В зависимости от крупности материала и его влажности используют различные методы обезвоживания: для сравнительно крупных частиц  дренирование, иногда центрифугирование; для мелких частиц  сгущение и фильтрование. Часто последовательно применяют несколько способов обезвоживания. Последней операцией обезвоживания является сушка. Чем мельче материал и больше его влажность, тем сложнее (и дороже) эту влагу удалить. Например, для удаления влаги из крупных классов углей (-150 + 13 мм) используют только дренирование, из средних классов (-13 + 1 мм) дренирование и центрифугирование, из мелких классов (- 1 мм) – сгущение, фильтрование и сушку.

Простейшим способом обезвоживания является дренирование. Дренирование – процесс обезвоживания, основанный на естественной фильтрации жидкости через промежутки между твердыми частицами (кусками) под действием силы тяжести. Иногда для ускорения фильтрации жидкости на фильтрующий слой воздействуют механическими колебаниями. Дренирование производится в неподвижном состоянии и в движении. Процесс обычно используется для крупных и средних частиц. Для дренирования используют разные приемы и аппараты. Обезвоживание в штабелях. Продукт загружают в емкость или на ровную поверхность, имеющую дренажную систему. Вода под действием силы тяжести просачивается между отдельными зернами и собирается в специальные приямки, откуда ее периодически откачивают. Такой способ обезвоживания требует длительного времени. В качестве обезвоживающих дренированием аппаратов в движении применяют классификаторы, грохоты, элеваторы. На этих аппаратах отделяют, как правило, гравитационную влагу.

Центрифугированием называются операции обезвоживания мелких мокрых продуктов обогащения и разделения суспензии на жидкую и твердую фазы под действием центробежных сил. Процесс применяется обычно для обезвоживания средних классов углей и для минеральных солей. Центрифугирование осуществляется в центробежных машинах – центрифугах, представляющих собой вращающиеся вокруг своей оси с большой скоростью роторы цилиндрической или конической формы с перфорированными или сплошными стенками. Различают фильтрующее и осадительное центрифугирование. В первом случае обезвоживаемый материал загружается в перфорированный ротор центрифуги и совершает вместе с ним вращательное движение. Под действием центробежной силы происходит принудительная фильтрация воды, находящейся в продукте, через осадок твердых частиц, отлагающийся на стенках ротора, и дырчатую его поверхность. Прошедшая через дырчатую поверхность ротора жидкая фаза называется фугатом, а движущаяся по ротору твердая фаза – осадком (готовым обезвоженным продуктом). Центрифуги с перфорированным ротором называются фильтрующими.

Осадительное центрифугирование осуществляется в центрифу­гах со сплошным ротором. Под действием центробежных сил твердые частицы оседают на стенки ротора и уплотняются, вода выжимается из промежутков между частицами и удаляется в виде фугата через сливные окна ротора. Осадок на стенках ротора шнеком перемещается в конец ротора и удаляется из него через отверстия. При перемещении осадка шнеком из него выжимается вода, стекающая к сливным окнам.

Сгущение – процесс осаждения твердой фазы и выделения жидкой фазы из пульпы, происходящий в результате оседания в ней твердых частиц под действием силы тяжести или центробежных сил (гравитационное или центробежное). При этом под термином «сгущение» подразумевается, получение уплотненного конечного (сгущенного) продукта (пески). Процесс сгущения сопровождается процессом осветления, т. е. получением свободной от твердой фазы жидкости – слива. Сгущение обычно применяется для пульп, содержащих твердую фазу в виде мелких частиц размером < 0,5 мм.Основным аппаратом, применяемым для сгущения, является радиальный сгуститель, представляющий собой цилиндр диаметром 2,5 – 100 м и более и высотой 1,5 – 10 м (высота увеличивается с увеличением диаметра) с коническим днищем, образующая которого наклонена под небольшим углом к горизонтальной плоскости. Загрузка пульпы происходит через центральный патрубок, разгрузка продуктов – через отверстие в центре дна сгустителя (сгущенный продукт) и желоб у края цилиндра (слив). Для улучшения разгрузки сгущенного продукта около дна сгустителя установлены грабли, вращающиеся с периферической скоростью 3-12 м/мин. Для улучшения показателей сгущения в пульпу добавляют коагулянты и флокулянты.

Фильтрование представляет собой процесс разделения жидкой и твердой фаз пульпы с помощью пористой перегородки под действием разности давлений по обе стороны перегородки, создаваемой разрежением воздуха (вакуум – фильтры), илиизбыточным давлением (пресс – фильтры). Фильтровальной перегородкой в промышленных фильтрах может быть: фильтроткань (хлопчатобумажная, металлическая, из синтетических материалов) или пористая керамика.

Фильтры, работающие под вакуумом делятся на барабанные с внешней и внутренней фильтрующей поверхностью, дисковые, и ленточные. Барабанные и дисковые фильтры хорошо работают при фильтровании относительно мелких продуктов, ленточные – при более крупном материале. Влажность отфильтрованных продуктов обычно бывает в пределах 20 – 40 %.

Дисковый фильтр (рис.3.1) состоит из полого вала на котором закреплены диски, состоящие из отдельных пустотелых секторов. Секторы имеют ребристую поверхность с отверстиями, на которой натянута фильтровальная ткань. Питание подается по трубе через патрубки в ванну, заполненную до переливного окна. Диски по окружности так же, разделены на зоны: фильтрования; подсушки; перехода от вакуума к отдувке, называемая «мертвой» отдувки; «мертвая» - переход от давления к вакууму. Для снятия оставшегося после отдувки осадка установлены ножи. Подача воздуха и создание вакуума в секторах осуществляются через каналы, имеющиеся во вращающемся валу, при помощи распределительной головки.

В барабанный фильтр с наружной фильтрующей поверхностью (рис.3.2) исходный продукт загружается через трубу в ванну и поддерживается во взвешенном состоянии мешалкой. Полый барабан имеет несколько секторов, разделяющих его на зоны: набора осадка, подсушки, отдувки и продувки ткани. Вся цилиндрическая поверхность барабана покрыта фильтровальной тканью или сеткой. Для съема осадка смонтирован специальный нож. Центральный вал барабана, имеющий специальные отверстия, соединяет зоны набора осадка и подсушки с вакуум системой, а отдувки и продувки с системой воздуходувок. По сравнению с дисковыми – барабанные вакуум-фильтры позволяют получить несколько более сухой кек (на 1 – 2 %) но имееют меньшую удельную производительность.

Ленточные фильтры (рис.3.3) выпускаются со сходящим полотном и полотном, закрепленным на ленте. Принцип работы их одинаков. Отличаются они только тем, что у фильтров со сходящим полотном фильтровальная ткань на холостой ветви отделяется от ленты и лучше промывается. Фильтруемый материал через питающий лоток загружается на поверхность фильтровальной ткани, которая лежит на рифленой ленте, имеющей в средине отверстия. Лента вместе с фильтровальной тканью и продуктом на ней движется благодаря вращению приводного барабана. Отверстия на ленте совмещены с отверстиями на вакуум-камере. Вакуум-камера создает разрежение, в результате чего через фильтровальную ткань отсасывает фильтрат, который отводится по трубопроводу; осадок с помощью ножа разгружается в конце фильтра. Борта фильтра предотвращают рассыпание осадка по сторонам. Брызгала служат для промывки ткани.

Пресс – фильтры позволяют получить более сухой продукт, чем вакуум – фильтры (в отдельных случаях с кондиционной влажностью, позволяющей избежать дальнейшей сушки), но они имеют более низкую производительность и дороже.

Сушкой называют операции обезвоживания влажных продуктов обогащения, основанные на испарении содержащейся в них влаги в окружающую их газовую (воздушную) среду при нагревании сушимого продукта.

Аппараты, применяемые для сушки, называются сушилками. В зависимости конструкций различают барабанные, подовые, конвейерные, трубы-сушилки и сушилки кипящего слоя. В практике обогащения полезных ископаемых наиболее широко применяют барабанные, трубы – сушилки и сушилки кипящего слоя. Барабанные сушилки (рис 3.4) представляют собой вращающийся наклонный барабан, с одной стороны которого загружается материал и от топки подаются горячие газы. За счет специальных насадок внутри барабана материал постоянно поднимается на некоторую высоту и сбрасывается. Горячие газы проходят сквозь этот падающий материал за счет разрежения, создаваемого дымососами. Барабанные сушилки изготовляются диаметром 1000 – 3500 мм и длиной 4000 – 27000 мм. Время пребывания материала в барабане зависит от характеристики продукта, подвергаемого сушке, его начальной и конечной влажности и составляет 29 – 40 мин. Влажность высушенного материала составляет 4 – 6 %, а в некоторых случаях 0,5 – 1,5%.

В трубе – сушилке материал сушат во взвешенном состоянии. Установка для сушки материала в трубе-сушилке (рис. 3.5) состоит из топки со смесительной камерой и вертикально установленной трубой. Материал из бункера с помощью конвейера подается к питателю – забрасывателю. Забрасыватель подает материал в трубу, по которой он горячими газами транспортируется вверх. Движение горячего газа от топки вверх обеспечивается разрежением, создаваемым вентилятором – дымососом. Верхний конец трубы входит в циклонообразную емкость. За счет увеличенного по сравнению с трубой объема емкости разрежение в ней падает, и материал оседает вниз, откуда он периодически выгружается с помощью затвора – мигалки. Двигаясь в потоке горячего газа, частицы материала высушиваются.

Установки для сушки материала в кипящем слое работают на принципе псевдосжижения сыпучего материала потоком горячего газа, который получается от сжигания топлива в топке.

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

сухое обогащение (в воздухе и аэросуспензии),

мокрое (в воде, тяжёлых средах),

в гравитационном поле,

в поле центробежных сил,

в магнитном поле,

в электрическом поле.

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

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

Продукты обогащения полезных ископаемых

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

Концентраты

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

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

Промежуточные продукты

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 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.

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.

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.