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.
Задача основных процессов обогащения разделить полезный минерал и пустую породу. В их основе лежат различия в физических и физико-химических свойствах разделяемых минералов.
Наиболее часто в практике обогащения используются гравитационные, флотационные и магнитные методы обогащения.
2.1. Гравитационный метод обогащения
Гравитационным методом обогащения называют такой, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером и формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в текучих средах под действием силы тяжести и сил сопротивления. Гравитационный метод занимает ведущее место среди других методов обогащения. Гравитационный метод представлен рядом процессов. Они могут быть собственно гравитационными (разделение в поле силы тяжести – обычно для относительно крупных частиц) и центробежными (разделение в центробежном поле – для мелких частиц). Если разделение происходит в воздушной среде, то процессы называют пневматическими; в остальных случаях – гидравлическими. Наибольшее распространение в обогащении получили собственно гравитационные процессы, осуществляемые в воде.
По типу используемых аппаратов гравитационные процессы можно разделить на отсадку, обогащение в тяжелых средах, концентрацию на столах, обогащение на шлюзах, в желобах, винтовых сепараторах, обогащение на центробежных концентраторах, противоточных сепараторах и др. Также к гравитационным процессам обычно относят промывку.
Гравитационные процессы используют при обогащении углей и сланцев, золото- и платиносодержащих руд, оловянных руд, окисленных железных и марганцевых руд, хромовых, вольфрамитовых и руд редких металлов, строительных материалов и некоторых других видов сырья.
Основные преимущества гравитационного метода в экономичности и экологической чистоте. Также к преимуществам можно отнести высокую производительность, характерную для большинства процессов. Основной недостаток в трудности эффективного обогащения мелких классов.
Гравитационные процессы используют как самостоятельно, так и в сочетании с другими обогатительными методами.
Наиболее распространенным методом гравитационного обогащения является отсадка. Отсадкой называется процесс разделения минеральных частиц по плотности в водной или воздушной среде, пульсирующей относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении.
Этим методом можно обогащать материалы крупностью от 0,1 до 400 мм. Отсадка применяется при обогащении углей, сланцев, окисленных железных, марганцевых, хромитовых, касситеритовых, вольфрамитовых и других руд, а также золотосодержащих пород.
В процессе отсадки (рис. 2.1) материал, помещенный на решете отсадочной машины, периодически разрыхляется и уплотняется. При этом зерна обогащаемого материала под влиянием сил, действующих в пульсирующем потоке, перераспределяются таким образом, что в нижней части постели сосредотачиваются частицы максимальной плотности, а в верхней – минимальной (размеры и форма частиц также оказывают влияние на процесс расслоения).
При обогащении мелкого материала на решето укладывают искусственную постель из материала (например, при обогащении угля используется постель из пегматита), плотность которого больше плотности легкого минерала, но меньше плотности тяжелого. крупность постели в 5-6 раз больше крупности максимального куска исходной руды и в несколько раз крупнее отверстий в решете отсадочной машины. Более плотные частицы проходят сквозь постель и решето и разгружаются через специальную насадку на дне камеры отсадочной машины.
При обогащении крупного материала постель на решето специально не укладывают, она образуется сама из обогащаемого материала и называется естественной (обогащаемый материал крупнее, чем отверстия решета). Плотные частицы проходят сквозь постель двигаются над решетом и разгружаются через специальную разгрузочную щель в решете и, далее, элеватором из камеры машины.
И, наконец, при обогащении широко классифицированного материала (есть и мелкие и крупные частицы), мелкие плотные частицы разгружаются через решето, крупные плотные – через разгрузочную щель (рис 2.1).
В настоящее время известно около 100 конструкций отсадочных машин. Машины можно классифицировать следующим образом: по типу среды разделения - гидравлические и пневматические; по способу создания пульсаций – поршневые с подвижным решетом, диафрагмовые, беспоршневые или воздушно-пульсационные (рис. 2.2). Также машины могут быть для обогащения мелких классов, крупных классов, ширококлассифицированного материала. Наиболее распространена гидравлическая отсадка. А среди машин чаще всего применяются беспоршневые.
Поршневые отсадочные машины могут применяться для отсадки материала крупностью – 30 + 0 мм. Колебания воды создаются движением поршня, ход которого регулируется эксцентриковым механизмом. Поршневые отсадочные машины в настоящее время не выпускаются и фактически полностью заменены другими типами машин.
Диафрагмовые отсадочные машины применяют для отсадки железных, марганцевых руд и руд редких и благородных металлов крупностью Диафрагмовые отсадочные машины применяются для обогащения руд крупностью от 30 до 0,5 (0,1) мм. Они изготавливаются с различным расположением диафрагмы.
Диафрагмовые машины с горизонтальной диафрагмой обычно имеют две или три камеры. Колебания воды в камерах создаются движениями вверх и вниз конических днищ, обеспечиваемыми одним или несколькими (в зависимости от типа машины) эксцентрическими приводными механизмами. Ход конического днища регулируется поворотом эксцентриковой втулки относительно вала и затяжкой гаек, а частота его качаний – сменой шкива на валу электродвигателя. Корпус машины у каждой камеры соединен с коническим днищем резиновыми манжетами (диафрагмами).
Диафрагмовые отсадочные машины с вертикальной диафрагмой имеют две или четыре камеры с пирамидальными днищами, разделенными вертикальными перегородкой, в стенку которой вмонтирована гибко связанная с ней металлическая диафрагма, совершающая возвратно-поступательные движения.
Отсадочные машины с подвижным решетом в отечественной практике применяются для обогащения марганцевых руд крупностью от 3 до 40 мм. Машины серийно не изготавливаются. Приводной кривошипно-шатунный механизм решета расположен над корпусом машины. Решето совершает дугообразные движения, при котором материал разрыхляется и продвигается вдоль решета. Машины имеют двух- , трех- и четырехсекционные решета площадью 2,9-4 м 2 . Тяжелые продукты разгружаются через боковую или центральную щель. В зарубежной практике применяют отсадочные машины с подвижным решетом, позволяющие обогащать материал крупностью до 400 мм. Например, машина фирмы «Хумбольт – Ведаг» позволяет обогащать материал крупностью –400+30 мм. Отличительной особенностью этой машины является то, что один конец решета закреплен на оси и следовательно не движется в вертикальном направлении. Разгрузка продуктов разделения осуществляется при помощи элеваторного колеса. Машина отличается высокой экономичностью в работе.
Воздушно-пульсационные (беспоршневые) отсадочные машины (рис. 3.3) отличаются от других использованием сжатого воздуха для создания колебаний воды в отсадочном отделении. Машины имеют воздушное и отсадочное отделение и снабжены универсальным приводом, обеспечивающим симметричный и асимметричный циклы отсадки и возможность регулирования подачи воздуха в камеры. Основное преимущество беспоршневых машин заключается в возможности регулирования цикла отсадки и достижении высокой точности разделения при повышенной высоте постели. Эти машины применяются в основном для обогащения углей, реже руд черных металлов. Машины могут иметь боковые воздушные камеры (рис.2.3), подрешетные воздушные камеры, патрубочные подрешетные воздушные камеры.
При боковом расположении воздушных камер равномерность пульсаций воды в отсадочном отделении сохраняется при ширине камер не более 2 м. Для обеспечения равномерного распределения поля скоростей пульсирующего потока по площади отсадочного решета в современных конструкциях отсадочных машин применяют гидравлические обтекатели на конце перегородки между воздушным и отсадочным отделением.
Сжатый воздух поступает в воздушное отделение периодически через пульсаторы различных типов (роторные, клапанные и др.), устанавливаемые по одному на каждую камеру; также периодически воздух выпускается из воздушного отделения в атмосферу. При впуске воздуха уровень воды в воздушном отделении понижается, а в отсадочном отделении, естественно, повышается (т.к. это «сообщающиеся сосуды»); при выпуске воздуха происходят обратные явления. Благодаря этому совершаются колебательные движения в отсадочном отделении.
Обогащение полезных ископаемых в тяжелых средах основано на разделении минеральной смеси по плотности. Процесс происходит в соответствии с законом Архимеда в средах с плотностью, промежуточной между плотностью удельно-легкого и удельно-тяжелого минерала. Удельно-легкие минералы всплывают, а удельно-тяжелые погружаются на дно аппарата. Обогащение в тяжелых средах широко применяют в качестве основного процесса для углей трудной и средней категорий обогатимости, а также сланцев, хромитовых, марганцевых, сульфидных руд цветных металлов и др. Эффективность разделения в тяжелых средах выше эффективности обогащения на отсадочных машинах (это самый эффективный гравитационный процесс).
В качестве тяжелых сред применяют тяжелые жидкости и тяжелые суспензии. Между ними есть одно принципиальное различие. Тяжелая жидкость однородна (однофазна), тяжелая суспензия неоднородна (состоит из воды и взвешенных в ней частиц - утяжелителя). Поэтому обогащение в тяжелой жидкости в принципе приемлемо для частиц любой крупности.
Тяжелую суспензию можно считать псевдожидкостью с определенной плотностью лишь для достаточно больших (по сравнению с размерами частиц утяжелителя) частиц. Кроме того, вследствие общего движения частиц утяжелителя в определенном направлении под воздействием силового поля, в котором производится обогащение (гравитационного или центробежного), для получения однородной по плотности суспензии в аппаратах приходится производить ее перемешивание. Последнее неизбежно оказывает влияние и на частицы, подвергаемые обогащению. Поэтому нижний предел крупности частиц, обогащаемых в тяжелой суспензии, ограничен и составляет: при гравитационных процессах - для руд 2-4 мм, для углей - 4-6 мм; при центробежных процессах для руд - 0,25-0,5 мм, для углей 0,5-1 мм.
В качестве промышленной тяжелой среды используют тяжелые суспензии, т.е. взвесь мелких удельно-тяжелых частиц (утяжелителя) в среде, которой обычно является вода. (Тяжелые жидкости в промышленности не применяют из-за их высокой стоимости и токсичности) Гидравлические суспензии называют просто суспензиями. Наиболее часто используемыми утяжелителями являются магнетит, ферросилиций и галенит. Крупность частиц утяжелителя обычно0,15мм. Плотность суспензии определяется выражением:
c = С( у – 1) + 1, г/см 3 ,
где: С – концентрация утяжелителя, д. ед., у – плотность утяжелителя, г/см 3 . Таким образом, меняя концентрацию утяжелителя можно приготовить суспензию требуемой плотности.
Обогащение в тяжелых суспензиях средне и крупнокускового материала производят в гравитационных сепараторах (в сепараторах со статическими условиями разделения). Обогащение мелкозернистого материала осуществляют в центробежных сепараторах (сепараторах с динамическими условиями разделения) – гидроциклонах. Остальные виды тяжелосредных сепараторов (аэросуспензионные, вибрационные) используются редко.
Тяжелосредные гравитационные сепараторы можно разделить на три основных типа колесные, конусные и барабанные. Колесные сепараторы (рис.2.4) применяют для обогащения материала крупностью 400-6 мм, в отечественной практике в основном для угля и сланца. Чаще всего используют СКВ – сепаратор колесный с вертикальным элеваторным колесом.
В конусных суспензионных сепараторах (рис. 2.5) тяжелая фракция, как правило, разгружается внутренним или наружным аэролифтом. Эти сепараторы применяются для обогащения рудного материала крупностью –80(100)+6(2) мм
Конусные сепараторы с наружным аэролифтом (рис. 2.5) состоят из верхней цилиндрической и нижней конической частей. Нижняя коническая часть заканчивается переходным коленом, соединяющим конус с аэролифтом, поднимающим осевшие частицы. В трубу аэролифта через –форсунки подается сжатый воздух при давлении порядка 3-4·10 5 Па. Диаметр трубы аэролифта принимается равным не менее, чем трем размерам наибольшего куска руды. Всплывший продукт вместе с суспензией сливается в желоб, а тяжелый – подается аэролифтом в разгрузочную камеру.
Барабанный сепаратор (рис. 2.6) используется для обогащения рудного материала крупностью 150+3(5) мм, при высокой плотности обогащаемого материала.
Тяжелосредные обогатительные гидроциклоны конструктивно похожи на классифицирующие. Через питающий патрубок тангенциально подается обогащаемый материал вместе с тяжелой суспензией. Под действием центробежной силы (во много раз превышающей силу тяжести) происходит расслоение материала: плотные частицы перемещаются ближе к стенкам аппарата и «внешним вихрем» транспортируются к разгрузочной (песковой) насадке, легкие частицы перемещаются ближе к оси аппарата и «внутренним вихрем» транспортируются к сливной насадке.
Технологические схемы обогащения в тяжелых суспензиях практически одинаковы для большинства работающих установок. Процесс состоит из следующих операций: подготовка тяжелой суспензии, подготовка руды к разделению, разделение руды в суспензии на фракции различной плотности, дренаж рабочей суспензии и отмывка продуктов разделения, регенерация утяжелителя.
Обогащение в потоках, текущих по наклонным поверхностям, производится на концентрационных столах, шлюзах, в желобах и винтовых сепараторах. Движение пульпы в этих аппаратах происходит по наклонной поверхности под действием силы тяжести при малой (по сравнению с шириной и длиной) толщине потока. Обычно она превышает размер максимального зерна в 2-6 раз.
Концентрация (обогащение) на столах – это процесс разделения по плотности в тонком слое воды, текущей по слабонаклонной плоскости (деке), совершающей асимметричные возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению движения воды. Концентрацию на столе применяют при обогащении мелких классов – 3+0,01 мм для руд и –6(12)+0,5 мм для углей. Данный процесс используется при обогащении руд олова, вольфрама, редких, благородных и черных металлов и др.; для обогащения мелких классов углей, в основном для их обессеривания. Концентрационный стол (рис. 2.7) состоит из деки (плоскости) с узкими рейками (рифлями); опорного устройства; приводного механизма. Угол наклона деки = 410. Для легких частиц преобладающими являются гидродинамическая и подъемная турбулентная силы, поэтому легкие частицы смывает в перпендикулярном к деке направлении. Частицы промежуточной плотности попадают между тяжелыми и легкими частицами.
Шлюз (рис. 2.8) представляет собой наклонный желоб прямоугольного сечения с параллельными бортами, на дно которого укладывают улавливающие покрытия (жесткие трафареты или мягкие коврики), предназначенные для удержания осевших частиц тяжелых минералов. Шлюзы применяют для обогащения золота, платины, касситерита из россыпей и других материалов, обогащаемые компоненты которых значительно различаются по плотности. Шлюзы характеризуются высокой степенью концентрации. Материал на шлюз подают непрерывно до тех пор, пока ячейки трафаретов не заполнятся преимущественно частицами плотных минералов. После этого загрузку материала прекращают и производят сполоск шлюза.
Струйный желоб (рис 2.9) имеет плоское днище и сходящиеся под некоторым углом борта. Пульпа загружается на широкий верхний конец желоба. У конца желоба в нижних слоях располагаются частицы большей плотности, а в верхних слоях меньшей. В конце желоба материал специальными рассекателями разделяется на концентрат, промпродукт и хвосты. Суживающиеся желоба применяют при обогащении россыпных руд. Аппараты типа суживающихся желобов делят на две группы: 1) аппараты, состоящие из набора отдельных желобов в различных компоновочных вариантах; 2) конусные сепараторы, состоящие из одного или нескольких конусов, каждый из которых представляет собой как бы набор радиально установленных суживающихся желобов с общим днищем.
У винтовых сепараторов неподвижный наклонный гладкий желоб выполнен в виде спирали с вертикальной осью (рис.2.10), их используют для разделения материала крупностью от 0,1 до 3 мм. При движении в закрученном потоке помимо обычных гравитационных и гидродинамических сил, действующих на зерна, развиваются центробежные силы. Тяжелые минералы концентрируются у внутреннего борта желоба, а легкие – у внешнего. Затем продукты разделения разгружают из сепаратора при помощи рассекателей, стоящих в конце желоба.
В центробежных концентраторах центробежная сила, действующая на тело, во много раз больше, чем сила тяжести и материал разделяется под действием центробежной силы (сила тяжести оказывает лишь небольшое влияние). В тех же случаях, если центробежная сила и сила тяжести соизмеримы и сепарация происходит под действием обеих сил, обогащение принято называть центробежно-гравитационным (винтовые сепараторы).
Создание центробежного поля в центробежных концентраторах принципиально может осуществляться двумя путями: тангенциальной подачей потока под давлением в закрытый и неподвижный цилиндрический сосуд; закручиванием свободно подаваемого потока в открытом вращающемся сосуде и, соответственно, центробежные концентраторы принципиально могут быть разделены на два типа: напорные циклонные аппараты; безнапорные аппараты-центрифуги.
По принципу работы центробежные концентраторы циклонного типа имеют много общего с гидроциклонами, но отличаются значительно большим углом конусности (до 140). Благодаря этому в аппарате образуется «постель» из обогащаемого материала, играющая роль аналогичную тяжелой суспензии в тяжелосредных обогатительных циклонах. И разделение происходит аналогично. По сравнению с тяжелосредными гидроциклонами эти значительно экономичнее в работе, но дают худшие технологические показатели.
Работа концентраторов второго типа напоминает работу обычной центрифуги. Центробежные концентраторы этого типа используют для обогащения грубозернистых песков, при разведке золотосодержащих россыпных месторождений, при извлечении мелкого свободного золота из различных продуктов. Аппарат представляет собой полусферическую чашу, футерованную рифленой резиновой вставкой. Чаша укреплена на специальной площадке (платформе), получающей вращение от электродвигателя через клиноременную передачу. Пульпу обогащаемо материала загружают в аппарат, легкие частицы вместе с водой сливаются через борта, тяжелые застревают в нарифлениях. Для разгрузки концентрата, уловленного рифленой резиновой поверхностью, чашу останавливают и производят сполоск (есть и конструкции позволяющие вести непрерывную разгрузку). При работе на грубых золотосодержащих песках концентратор обеспечивает очень высокую степень сокращения – до 1000 раз и более при высоком (до 96-98%) извлечении золота.
Противоточная водная сепарация применяется в отечественной практике для переработки энергетических и разубоженных углей. Аппаратами для обогащения данным методом являются шнековые и крутонаклонные сепараторы. Шнековые горизонтальные и вертикальные применяются для обогащения углей крупностью 6 – 25 мм и 13 – 100 мм, а также для обогащения отсевов и крупнозернистых шламов. Крутонаклонные сепараторы применяются для обогащения разубоженных углей крупностью до 150 мм. Преимуществом противоточных сепараторов является простота технологический схемы. Во всех противоточных сепараторах материал делится на два продукта: концентрат и отходы. Сформированные в процессе сепарации встречные транспортные потоки продуктов разделения движутся в пределах рабочей зоны с заданным гидравлическим сопротивлением их относительному перемещению, при этом поток легких фракций является попутным потоку разделительной среды, а поток тяжелых фракций встречным. Рабочие зоны сепараторов представляют собой закрытые каналы, оснащенные системой однотипных элементов, обтекаемых потоком и обуславливающих образование определенным образом организованной системы вторичных течений и вихрей. Как правило, в таких системах исходный материал разделяется по плотности, значительно превосходящей плотность разделительной среды.
Необходимым условием подготовки песков россыпных месторождений и руд осадочного происхождения к обогащению является освобождение их от глины. Частицы минералов в этих рудах и песках не связаны взаимным прорастанием, но сцементированы в плотную массу мягким и вязким глинистым веществом.
Процесс дезинтеграции (разрыхление, диспергирование) глинистого материала, цементирующего зерна песков или руды, с одновременным отделением его от рудных частиц с помощью воды и соответствующих механизмов называют промывкой . Дезинтеграция обычно происходит в воде. При этом глина в воде разбухает, и это облегчает ее разрушение. В результате промывки получают отмытый материал (руда или пески) и шламы, содержащие диспергированные в воде тонкозернистые глинистые частицы. Промывка широко применяется при обогащении руд черных металлов (железных, марганцевых), песков россыпных месторождений редких и благородных металлов, строительного сырья, каолинового сырья, фосфоритов и других полезных ископаемых. Промывка может иметь самостоятельное значение, если в результате ее получают товарную продукцию. Чаще она применяется как подготовительная операция для подготовки материала к последующему обогащению. Для промывки применяют: грохота, бутары, скруббера, скруббер-бутары, корытные мойки, вибромойки и другие аппараты.
Пневматические процессы обогащения основаны на принципе разделения полезных ископаемых по крупности (пневматическая классификация) и плотности (пневматическая концентрация) в восходящей или пульсирующей струе воздуха. Он применяется при обогащении углей, асбеста и других полезных ископаемых, обладающих незначительной плотностью; при классификации фосфоритов, железных руд, сурика и других полезных ископаемых в циклах дробления и сухого измельчения, а также при обеспыливании воздушных потоков в цехах обогатительных фабрик. Применение пневматического метода обогащения целесообразно в суровых климатических условиях северных и восточных районов Сибири или в районах, где ощущается недостаток воды, а также для переработки полезных ископаемых, содержащих легкоразмокаемую породу, образующую большое количество шламов, нарушающих четкость разделения. Преимущества пневматических процессов в их экономичности, простоте и удобстве утилизации хвостов обогащения, главный недостаток – в сравнительно низкой эффективности разделения из-за чего эти процессы используются весьма редко.
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 (%):
|
|
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.
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).
КУРС ЛЕКЦИЙ
| Введение. Значение и роль обогащения при использовании различных ПИ…6 |
| Классификация процессов обогащения………………………………………..14 |
| Типы и схемы обогащения и их применения………………………………….21 |
| Процессы грохочения. Конструкции и принцип работы грохотов…………..27 |
| Способы и процессы дробления полезных ископаемых……………………...38 |
| Типы дробилок и схемы дробления…………………………………………….45 |
| Процесс измельчения. Типы и принцип работы мельниц…………………….58 |
| Классификация продуктов………………………………………………………70 |
| Конструкция и принцип работы гидравлических классификаторов. Конструкция и принцип работы воздушных классификаторов………………74 |
| Гравитационные методы обогащения………………………………………….82 |
| Обогащение в тяжелых средах………………………………………………….89 |
| Обогащение на отсадочных машинах……………………………………….....99 |
| Обогащение на концентрационных столах…………………………………..110 |
| Флотационные методы обогащения. Типы флотационных реагентов их применение в производстве…………………………………………………..118 |
| Конструкции и принцип работы флотационных машин…………………….127 |
| Магнитные методы обогащения………………………………………………137 |
| Электрическое обогащение. Обезвоживание продуктов обогащения……..145 |
| Применение различных сгустителей и принцип их работы. Механическое оборудование для фильтрования……………………………………………..154 |
| Список рекомендуемых источников…………………………………………168 |
ВЕДЕНИЕ. ЗНАЧЕНИЕ И РОЛЬ ОБОГАЩЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.
Цель: Получение студентами начальных навыков в терминах и названиях, а так же в значении самого предмета и его ценности в практическом применении.
План:
1.
Основные термины предмета и их значение.
2.
Общие сведения о рудах и минералах цветных и редких металлов.
Подразделения и группировка руд.
3.
Характеристика Месторождений. Концентраты, промпродукты, хвосты.
4.
Значение и роль обогатительных фабрик при использовании полезных ископаемых.
Ключевые слова: руда, минерал, монометаллическая руда, полиметаллическая, полезный компонент, ценный компонент, концентрат, промпродукт, хвосты, пустая порода, окисленные руды, самородные, тонковкрапленные, сульфидные, обогащение полезных ископаемых, обогатительная фабрика, значение (социальное, экономическое).
1. «Основными направлениями экономического и социального развития Республики Узбекистан на современный период, предусматривается дальнейшее совершенствование технологии добычи и переработки руд и концентратов, повышение комплексности использования минерального сырья, ускорение внедрения эффективных технологических процессов, улучшение качества и ассортимента выпускаемой продукции.
Развитие экономической стабильности страны является развитие современных технологий и техники различных отраслей промышленности, в том числе обогащения полезных ископаемых.
Источником получения металлов, многих видов сырья, топлива, а так же строительных материалов являются полезные ископаемые.
Полезные ископаемые в зависимости от характера и назначения ценных компонентов принято подразделять на: рудные, нерудные и горючие.
Рудами называют полезные ископаемые, которые содержат ценные компоненты в количестве, достаточном для того, чтобы их извлечение при современном состоянии технологии и техники было экономически выгодным. Руды делятся на металлические и неметаллические.
К металлическим относятся руды, являющиеся сырьем для получения черных, цветных, редких, драгоценных и других металлов.
К неметаллическим – асбестовые, баритовые, апатитовые, фосфоритовые, графитовые, тальковые и другие.
К нерудным относится сырье для производства строительных материалов (песок, глина, гравий, строительный камень, цементное сырье и другие).
К горючим относятся ископаемое твердое топливо, нефть и природный горючий газ.
Ценными компонентами называются отдельные химические элементы или минералы, входящие в состав полезного ископаемого и представляющие интерес ля их дальнейшего использования.
Полезными примесями называют отдельные химические элементы или их природные соединения, которые входят в состав полезного ископаемого в небольших количествах и могут быть выделены и использованы совместно с основным ценным компонентом, улучшая его качество. Например: полезными примесями в железных рудах являются хром, вольфрам, ванадий, марганец и другие.
Сопутствующими компонентами называются ценные химические элементы и отдельные минералы, содержащиеся в полезных ископаемых в сравнительно небольших количествах, выделяемые при обогащении попутно в самостоятельный или комплексный продукт совместно с основным ценным компонентом, и извлекаемые из него в дальнейшем в процессе металлургической плавки или химической переработки. Например: в некоторых рудах цветных металлов сопутствующими являются золото, серебро, молибден и другие.
Вредными примесями называют отдельные примеси и элементы, или природные химические соединения, содержащиеся в полезных ископаемых и оказывающие отрицательное влияние в полезных ископаемых на качество извлекаемых ценных компонентов.
2. По составу руды бывают простые (полезный компонент представлен одним минералом) и сложные (полезный компонент представлен различными по свойствам минералами).
Минералы, не содержащие ценных компонентов, называют пустой породой. При обогащении они удаляются в отходы (хвосты) совместно с вредными примесями.
В результате обогащения основные составные компоненты полезного ископаемого могут выделяться в виде самостоятельных продуктов: концентратов (одного или нескольких) и хвостов. Кроме того, в процессе обогащения из полезного ископаемого могут выделяться так же промежуточные продукты.
Источниками добычи цветных и редких металлов являются месторождения руд или полезных ископаемых, содержащие один или несколько ценных металлов (компонентов), представленных соответствующими минералами в сочетании с вмещающей породой. В очень редких случаях в земной коре встречаются самородные элементы (медь, золото, серебро) в виде зерен, имеющих кристаллическое или аморфное строение. Содержание золота и серебра в руде очень низкое, всего несколько граммов на 1 т руды. На 1 г золота в земной коре приходится около 2 т породы.
Руда - это такая порода, из которой на данном этапе развития техники экономически выгодно извлекать ценные компоненты. Руда состоит из отдельных минералов; те из них, которые надо извлечь, называют ценными (полезными), а те, которые в данном случае не используются, являются минералами вмещающей (пустой) породы.
Однако понятие «пустая порода» условно. По мере развития техники обогащения и способов последующей переработки получаемых при обогащении продуктов минералы пустой породы, содержащиеся в руде, становятся полезными. Так, в апатитонефелиновой руде нефелин долгое время являлся минералом пустой породы, но после того как была разработана технология получения глинозема из нефелиновых концентратов, он стал полезным компонентом.
По минеральному составу руды подразделяются на самородные, сульфидные, окисленные и смешанные.
Руды также разделяются на монометаллические и полиметаллические.
Монометаллические руды содержат только один ценный металл. Полиметаллические - два и более, например, Си, РЬ, Zn, Fe и др. В природе полиметаллические руды встречаются значительно чаще, чем монометаллические. В большинстве руд содержится несколько металлов, но не все они имеют промышленное значение. В связи с развитием техники обогащения становится возможным извлекать и те металлы, содержание которых в руде мало, но их попутное извлечение экономически целесообразно.
Различают также руды вкрапленные и сплошные. Во вкрапленных рудах зерна ценных минералов распределены в массе вмещающей породы. Сплошные руды (колчеданные) состоят на 50...100 % из сульфидов, главным образом пирита (серного колчедана) и небольшого количества минералов вмещающей породы.
По размеру вкрапленности зерен полезных минералов руды бывают крупновкрапленные (> 2 мм), мелковкрапленные (0,2...2 мм), тонковкрапленные (< 0,2 мм) и весьма тонковкрапленные (< 0,02 мм). Последние являются труднообогатимыми рудами.
Месторождения промышленных руд по характеру происхождения бывают коренными и россыпными. Коренные месторождения залегают в месте первоначального образования. Ценные минералы и минералы вмещающей породы в этих рудах находятся в тесной ассоциации между собой.
Россыпями называют вторичные месторождения, образовавшиеся в результате разрушения первичных коренных месторождений и вторичного отложения материала из первичных руд. В россыпных месторождениях присутствуют несульфидные, труднорастворимые минералы в виде зерен округлой формы (скатанных). Сростки отсутствуют, что облегчает и удешевляет процесс обогащения россыпей .
В земной коре содержится около 4 тысяч различных минералов, которые представляют собой более или менее устойчивые природные химические соединения. Одни из них, такие как кварц, полевые шпаты, алюмосиликаты, пирит составляют основную массу земной коры, другие, например, минералы Сu, Рb, Zn, Мо, Ве, Sn находятся в больших количествах только в определенных участках - рудных телах, третьи, такие как германит (минерал германия), гринокит (минерал кадмия) встречаются еще реже, сопутствуя различным минералам в рудах.
К сульфидным относятся минералы, представляющие собой соединения металлов с серой. Например, халькопирит СиРе$2 является основным минералом меди, сфалерит 2п8 - цинка, молибденит МоS 2 - молибдена.
К оксидам относится значительная часть цветных и редкометальных минералов, например, куприт Сu 2 О, ильменит FеТiО 3 , рутил ТiO 2 , касситерит SnО 2 .
Силикаты представляют собой самую большую группу минералов, залегающих в земной коре. В верхней мантии земли они составляют до 92 %. К силикатам относится основная масса минералов вмещающей (пустой) породы (непригодной для промышленного потребления), а также минералы лития, бериллия, циркона и др. Среди силикатов наиболее распространен кварц SiO 2 ; его можно извлекать в самостоятельный продукт и использовать в производстве стекла, хрусталя, в строительной промышленности.
К алюмосиликатам относятся сподумен LiAlSi 2 О б и берилл Ве 3 Аl 6 О 18 , являющиеся основными минералами в производстве 1 лития и бериллия, а также шпаты, - альбит NaAlSiзО 8 и микроклин КАlSi 3 О 8 , - основные минералы вмещающей породы (в среднем 60 %).
К карбонатам относятся минералы, содержащие углекислоту: кальцит СаСОз (минерал вмещающей породы), церуссит РbСО 3 .
3. Месторождения промышленных руд по характеру происхождения бывают коренными и россыпными. Коренными называют руды, залегающие в месте первоначального образования и расположенные внутри общего массива горных пород. Эти руды после добычи из шахты или из открытого рудника требуют предварительно перед обогащением дробления и измельчения. Ценные минералы и минералы пустой породы в таких рудах находятся в тесной ассоциации между собой.
Россыпями называют вторичные месторождения, образовавшиеся в результате разрушения руд первичных коренных месторождений и вторичного отложения материала из первичных руд. В россыпях минералы претерпели очень сильные изменения по химическому составу и физическим свойствам. Все минералы и крупные куски руды подверглись разрушению водными потоками, выветриванию, изменениям температуры, воздействию химических соединений и т. п.
Речными водными потоками или волнами моря и океана куски руды и минералы обычно переносятся на большие расстояния. Перекатываясь, они принимают округлую форму. Сульфиды при этом разрушаются и в месторождениях полностью отсутствуют, а несульфидные труднорастворимые минералы освобождаются от сростков с минералами пустой породы (песок, галечник). Поэтому руды россыпных месторождений не подвергают дроблению и измельчению, и процессы обогащения их значительно проще и дешевле.
С помощью обогащения удаляют вредные примеси из концентратов, поступающих на металлургический завод, затрудняющие процессы плавки и ухудшающие качество получаемых металлов. Удаление вредных примесей позволяет значительно улучшить технико-экономические показатели металлургических процессов. Например, вредной примесью в свинцовом концентрате является цинк. Повышение содержания его в свинцовом концентрате с 10 до 20% увеличивает потери свинца при плавке почти в 2 раза. В процессе обогащения руды получают концентраты (один или несколько), отвальные хвосты и промежуточные продукты.
Концентраты – продукты, в которых сосредоточено основное количество того или иного ценного компонента. Концентраты, по сравнению с обогащаемой рудой характеризуются значительно более высоким содержанием полезных компонентов и более низким содержанием пустой породы и вредных примесей.
Промпродукты – продукты, получаемые при обогащении полезных ископаемых и представляющие собой смесь зерен, содержащих полезные компоненты, с зернами пустой породы. Промпродукты характеризуются более низким по сравнению с концентратами и более высоким по сравнению с хвостами содержанием полезных компонентов.
Хвосты – продукты, в которых сосредоточено основное количество пустой породы, вредных примесей и небольшое (остаточное) количество полезного компонента.
Обогащением полезных ископаемых называют совокупность процессов первичной обработки минерального сырья из недр, в результате которых происходит отделение полезных компонентов (минералов) от пустой породы.
Концентраты и хвосты являются окончательными продуктами, а промежуточные продукты - оборотными. Качество концентратов, выдаваемых обогатительными фабриками, должно отвечать требованиям, определяемым ГОСТами или техническими условиями. Эти требования зависят от назначения концентратов и условий их дальнейшей переработки. В ГОСТах указано наименьшее допустимое содержание полезного компонента и наибольшее допустимое содержание вредных примесей для концентратов различных сортов.
Результаты обогащения оцениваются несколькими показателями и прежде всего полнотой извлечения ценных компонентов и качеством получаемых концентратов.
Извлечением называется отношение количества полезного компонента, переведенного в концентрат, к его количеству в руде, выраженное в процентах. Извлечение характеризует полноту перевода полезного компонента из руды в концентрат и является одним из важнейших технологических показателей работы обогатительной фабрики.
Выходом называется отношение массы какого-либо продукта обогащения к массе переработанной руды, выраженной в процентах.
4.
Обогащением руд называется совокупность процессов первичной обработки минерального сырья, имеющих целью отделение всех полезных минералов (а при необходимости и их взаимное разделение) от пустой породы. В результате обогащения получают один или несколько богатых концентратов и отвальные хвосты. Концентрат содержит в десятки, иногда и в сотни раз больше полезного минерала по сравнению рудой. Он пригоден для металлургической переработки или может служить сырьем для других отраслей промышленности. Отвальные хвосты содержат главным образом минералы пустой породы, которые при данных технико-экономических условиях извлекать нецелесообразно или же в этих минералах нет потребности.
Необходимость процессов обогащения полезных ископаемых подтверждается зависимостью технико-экономических показателей металлургической переработки от содержания металла в сырье, поступающем в плавку.
Еще больший экономический эффект получается при обогащении бедных руд, содержащих редкие и другие дорогостоящие металлы (молибден, олово, тантал, ниобий и др.).
Значение обогащения полезных ископаемых обуславливается тем, что:
во первых – во многих случаях лишь после него становятся возможными многие технологические процессы (металлургические, химические и другие);
во вторых – переработка обогащаемого продукта осуществляется с большим экономическим эффектом, чем природного: уменьшается объем перерабатываемого материала, улучшается качество готовой продукции, сокращаются потери ценного компонента с отходами производства и расходы на транспортирование сырья, повышается производительность труда, снижаются расходы топлива, электроэнергии и т. д.
Технология обогащения полезных ископаемых состоит из ряда последовательных операций, осуществляемых на обогатительных фабриках.
Обогатительными фабриками называют промышленные предприятия, на которых методами обогащения обрабатывают полезные ископаемые и выделяют из них один или несколько товарных продуктов с повышенным содержанием ценных компонентов и пониженным содержанием вредных примесей. Современная обогатительная фабрика – это высокомеханизированное предприятие со сложной технологической схемой переработки полезного ископаемого.
Технологическая схема включает сведения о последовательности технологических операций по переработки полезных ископаемых на обогатительной фабрике.
Выводы:
Источником добычи цветных и редких металлов являются месторождения руд или полезных ископаемых, содержащих один или несколько цветных или редких металлов, представленных соответствующими минералами в сочетании с минералами пустой породы.
В очень редких случаях встречаются в земной коре самородные элементы (медь, золото, серебро и сера). Обычно они образуют различные химические соединения - минералы, являющиеся естественными продуктами процессов, происходящих в земной коре. Самородные элементы встречаются главным образом в твердом состоянии и представляют собой зерна, имеющие кристаллическое или аморфное строение.
Полезные ископаемые - это природные минеральные вещества, которые при данном уровне и состоянии техники могут быть с достаточной эффективностью использованы в народном хозяйстве в естественном виде или после предварительной обработки.
Ископаемые, добываемые из недр земли, бывают твердыми (руда, уголь, торф), жидкими (нефть) и газообразными (природные газы).
По вещественному составу металлические полезные ископаемые подразделяются на руды черных, цветных, редких, благородных и радиоактивных металлов.
По минеральному составу руды подразделяются на самородные, сульфидные, окисленные и смешанные.
Концентраты и хвосты являются окончательными продуктами, а промежуточные продукты - оборотными. Качество концентратов, выдаваемых обогатительными фабриками, должно отвечать требованиям, определяемым ГОСТами или техническими условиями.
Из руд цветных и редких металлов, обычно содержащих очень небольшой процент полезного минерала, выплавлять металл без предварительного обогащения экономически невыгодно, а часто и практически невозможно. Поэтому более 95% добываемых руд подвергаются обогащению.
Контрольные вопросы:
1.
На какие группы подразделяются полезные ископаемые?
2.
Что такое руда и какие руды относят к металлическим, неметаллическим, нерудным, горючим?
3.
Что называют ценными компонентами, полезными примесями, сопутствующими компонентами, вредными примесями?
4.
Основное значение обогащения полезных ископаемых и обогатительных фабрик.
5. На какие составляющие делятся руды?
6. Простые и сложные руды.
Что называют концентратом, промпродуктами и хвостами?
Что такое обогащение полезных ископаемых?
Как характеризуются месторождения?
Каковы основные показатели экономической выгоды обогащения полезных ископаемых?
1.
Подготовиться к опросу по заданной лекционной теме.
2.
Подготовить краткий тезис по тематике семинарского задания.
3.
Ответить на вопросы к лекции.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕСОВ ОБОГАЩЕНИЯ.
Цель: Знание краткого описания процессов обогащения, для первичного восприятия студентами данного предмета.
План:
1.
Общие сведения по классификации процессов обогащения.
2.
Краткая характеристика основных процессов обогащения.
3.
Краткая характеристика специальных методов обогащения.
4.
Технологические показатели обогащения
Ключевые слова: основные процессы, специальные, грохочение; дробление; измельчение; классификация, гравитационные процессы обогащения; флотационные методы; магнитные методы обогащения; электрическое обогащение, ручная и механизированная рудоразработка, пробовыработка, декрипитация, радиометрические методы обогащения.
1.
Обогащение полезных ископаемых является весьма важным аспектом в добыче и переработки руд. Оно подразделяется на множество методов обогащения, что подразумевает под собой наиболее качественный и полный процесс обогащения.
Подготовительные процессы имеют целью подготовить руду к обогащению. Подготовка включает прежде всего операции уменьшения размеров кусков руды - дробление и измельчение и связанную с ними классификацию руды на грохотах, в классификаторах и гидроциклонах. Конечная крупность измельчения определяется крупностью вкрапленности минералов, так как при измельчении необходимо максимально раскрыть зерна ценных минералов.
К собственно обогатительным процессам относятся процессы разделения руды и других продуктов по физическим и физико-химическим свойствам минералов, входящих в их состав. К этим процессам относятся гравитационное обогащение, флотация, магнитная и электрическая сепарация и др.
Большинство процессов обогащения проводится в воде и получаемые продукты содержат большое количество ее. Поэтому возникает необходимость во вспомогательных процессах. К ним относится обезвоживание продуктов обогащения, включающее сгущение, фильтрование и сушку.
Совокупность и последовательность операций, которым подвергается руда при переработке, составляют схемы обогащения, которые принято изображать графически. В зависимости от назначения схемы могут быть качественными, количественными, шламовыми. Кроме указанных схем обычно составляют схемы цепи аппаратов.
Таким образом, обогащение полезных ископаемых можно разделить на основные и вспомогательные процессы (методы) обогащения.
К основным методам обогащения относятся:
1.грохочение; 2.дробление; 3.измельчение; 4.классификация; 5.гравитационные процессы обогащения; 6.флотационные методы; 7.магнитные методы обогащения; электрическое обогащение.
К вспомогательным методам относят:
1.ручную и механизированную рудоразработку и промывку. Избирательное дробление и декрипитацию;
2.обогащение по трению, форме и упругости;
3.радиометрические методы обогащения;
4. химические методы обогащения.
2 Грохочением называют процесс разделения кусковых и зернистых материалов на продукты различной крупности, называемые классами, с помощью просеивающих поверхностей с калиброванными отверстиями (колосниковые решетки, листовые и проволочные решета).
В результате грохочения исходный материал разделяется на надрешетный (верхний) продукт, зерна (куски) которого больше размера отверстий просеивающей поверхности, и подрешетный (нижний продукт), зерна (куски) которого меньше размера отверстий просеивающей поверхности.
Дробление и измельчение – процесс разрушения полезных ископаемых под действием внешних сил до заданной крупности, требуемого гранулометрического состава или необходимой степени раскрытия материалов. При дроблении и измельчении нельзя допускать переизмельчения материалов, так как это ухудшает процесс обогащения полезного ископаемого.
Классификация – процесс разделения смеси минеральных зерен на классы различной крупности по скоростям их осаждения в водной или воздушной средах. Классификация осуществляется в специальных аппаратах, называемых классификаторами, если разделение происходит в водной среде (гидроклассификация), и воздушными сепараторами, если разделение происходит в воздушной среде.
Гравитационными процессами обогащения называют процессы обогащения, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.
К гравитационным процессам относятся отсадка, обогащение в тяжелых средах, концентрация на столах, обогащение в шлюзах, желобах, струйных концентраторах, конусных, винтовых и противоточных сепараторах, пневматическое обогащение.
Флотационные методы обогащения – процесс разделения тонкоизмельченных полезных ископаемых, осуществляемый в водной среде и основанный на различии их способности, естественной или искусственно создаваемой, смачиваться водой, что определяет избирательное прилипание частиц минералов к поверхности раздела двух фаз. Большую роль при флотации играют флотационные реагенты – вещества, позволяющие процессу идти без особых осложнений и ускоряющие сам процесс флотации, а так же выход концентрата.
Магнитные методы обогащения полезных ископаемых основаны на различии магнитных свойств разделяемых минералов. Разделение по магнитным свойствам осуществляется в магнитных полях.
При магнитном обогащении используются только неоднородные магнитные поля. Такие поля создаются соответствующей формой и расположением полюсов магнитной системы сепаратора. Таким образом магнитное обогащение осуществляется в специальных магнитных сепараторах.
Электрическим обогащением называется процесс разделения минералов в электрическом поле, основанный на различии их электрических свойств. Этими свойствами являются электропроводность, диэлектрическая проницаемость, трибоэлектрический эффект.
3. Ручная рудоразработка и породовыборка как способ обогащения основаны на использовании различия во внешних признаках разделяемых минералов – цвете, блеске, форме зерен. Из общей массы полезного ископаемого отбирают обычно тот материал, которого содержится меньше. В том случае, когда из полезного ископаемого отбирается ценный компонент, операция называется рудоразработкой, когда пустая порода – породовыработкой.
Декрипитация основана на способности отдельных минералов растрескиваться (разрушаться) при их нагревании и последующем быстром охлаждении.
Обогащение по трению, форме и упругости основано на использовании различий в скоростях движения разделяемых частиц по плоскости под действием сил тяжести. Основным параметром движения частиц по наклонной плоскости, является коэффициент трения, зависящий в основном от характера поверхности самих частиц и их формы.
Адиометрическая сортировка , основанная на различии радиоактивных свойств минералов или силе их излучения
Радиометрические методы обогащения основаны на различной способности минералов, испускать, отражать, или поглощать различные виды излучения.
К химическим методам обогащения относят процессы, связанные с химическими превращениями минералов (или только их поверхности) в другие химические соединения, в результате чего изменяются их свойства, или с переводом минералов из одного состояния в другое.
Химическое и бактериальное обогащение, основанное на способности минералов, например сульфидов, окисляться и растворяться в сильно кислых растворах. При этом металлы переходят в раствор, из которого извлекаются различными химико-металлургическими методами. Присутствие в растворах некоторых типов бактерий, например тионовых, значительно интенсифицирует процесс растворения минералов.
В технологических схемах обогащения сложных комплексных руд часто используют одновременно два или три различных метода обогащения, например: гравитационный и флотационный, гравитационный и магнитный и т. п. Применяются также комбинированные методы обогащения в сочетании с гидрометаллургическими.
Для успешного применения того или иного метода обогащения необходимо наличие у минералов достаточного различия тех свойств, которые используются в данном методе.
4. Процесс обогащения характеризуется следующими технологическими показателями: содержанием металла в руде или продукте обогащения; выходом продукта; степенью сокращения и извлечением металла.
Содержание металла в руде или продукте обогащения - это отношение массы этого металла в руде или продукте обогащения к массе сухой руды или продукта, выраженное в процентах. Содержание металла принято обозначать греческими буквами α (в исходной руде), β (в концентрате) и θ (в хвостах). Содержание драгоценных металлов выражается обычно в единицах массы (г/т).
Выход продукта - отношение массы продукта, полученного -при обогащении, к массе переработанной исходной руды, выраженное в долях единицы или процентах. Выход концентрата (γ) показывает, какую долю от общего количества руды составляет концентрат.
Степень сокращения - величина, обозначающая во сколько раз выход полученного концентрата меньше количества переработанной руды. Степень сокращения (К) выражает количество тонн; руды, которое нужно переработать, чтобы получить 1 т концентрата, и рассчитывается по формуле:
К= 100/ γ
Для руд цветных и редких металлов характерен малый выход концентрата и, следовательно, высокая степень сокращения. Выход концентрата определяется прямым взвешиванием или по данным химического анализа по формуле:
γ =(α - θ/β - θ)100,%.
Степень обогащения, или степень концентрации показывает, во сколько раз увеличилось содержание металла в концентрате по сравнению с содержанием металла в руде. При обогащении бедных руд этот показатель может составлять 1000... 10000.
Извлечение металлаε - это отношение массы металла в концентрате к массе металла в исходной руде, выраженное в процентах
ε=γβ/α
Уравнение баланса металла
εα=γβ
связывает основные технологические показатели процесса и позволяет рассчитать степень извлечения металла в концентрат, которая, в свою очередь, показывает полноту перехода металла из руды в концентрат.
Выход продуктов обогащения можно определить по данным химических анализов продуктов. Если обозначить:- выход концентрата; - содержание металла в руде; - содержание металла в концентрате; - содержание металла в хвостах, а - извлечение металла в концентрат, то можно составить баланс металла по руде и продуктам обогащения, т. е. количество металла в руде равно сумме его количеств в концентрате и хвостах
Здесь за 100 принят выход исходной руды в процентах. Отсюда выход концентрата
Извлечение металла в концентрат можно подсчитать по формуле
Если выход концентрата неизвестен, то
Например, при обогащении свинцовой руды, содержащей 2,5% свинца, получен концентрат с содержанием 55% свинца и хвосты, содержащие 0,25% свинца. Подставляя результаты химических анализов в приведенные выше формулы, получим:
выход концентрата
извлечение в концентрат
выход хвостов
степень обогащения:
Качественно-количественные показатели обогащения характеризуют техническое совершенство технологического процесса на фабрике.
Качество конечных продуктов обогащения должно соответствовать требованиям, предъявляемым потребителями к их химическому составу. Требования к качеству концентратов называются кондициями и регламентируются ГОСТ, техническими условиями (ТУ) или временными нормами и разрабатываются с учетом технологии и экономики I переработки данного сырья и его свойств. Кондициями устанавливается минимально или максимально допустимое содержание различных составных компонентов полезного ископаемого в конечных продуктах обогащения. Если качество продуктов соответствует кондициям, то эти продукты называются кондиционными.
Выводы:
Обогатительная фабрика является промежуточным звеном между рудником (шахтой) и металлургическим заводом. Руда различной крупности, поступающая с рудника, при переработке на обогатительной фабрике проходит различные процессы, которые по своему назначению можно разделить на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные.
Подготовительные процессы имеют целью подготовить руду к обогащению. Подготовка включает прежде всего операции уменьшения размеров кусков руды - дробление и измельчение и связанную с ними классификацию руды на грохотах, в классификаторах и гидроциклонах. Конечная крупность измельчения определяется крупностью вкрапленности минералов, так как при измельчении необходимо максимально раскрыть зе