Что относится к обогащению полезных ископаемых
Горнодобывающая промышленность никогда не обходится без такого метода обработки полезных ископаемых, как обогащение. Это процесс, при котором концентрация ценного сырья в добытой породе увеличивается, что повышает эффективность его использования. Например, железная руда представляет собой комплекс минералов, содержание железа в которых может колебаться от 10 до 60%.
Чтобы очистить сырье от примесей и прибегают к процессу обогащения, после которого эти цифры увеличиваются до 70-90%. Это первичная обработка твердых полезных ископаемых. Прежде чем приступить к нему, руду необходимо подготовить. В зависимости от вида сырья, его дробят, обжигают и промывают. Дальнейшее производство зависит от физико-химических свойств.
Основы обогащения полезных ископаемых
Исходя из минерального состава сырья, которое требует обогащения, существует большое количество способов его очищения. Принцип действия заключается в разделении ценной породы и пустой, благодаря чему концентрация полезного вещества в переработанном материале значительно повышается.
Есть несколько видов обогащения:
- электрическое,
- гравитационное,
- магнитное,
- радиологическое
- химическое.
Его выбор зависит от плотности материала, его магнитной или электрической восприимчивости, адсорбционной способности, химического состава, агрегатного состояния и кристалло-химической структуры. Также влияет и уровень взаимодействия пустой и ценной породы, насколько сильна их связь. Часто возникают случаи комбинирования этих методов, для повышения эффективности работы. Обогащение может проводиться в несколько этапов, когда в пустой породе остаются маленькие частички полезного ископаемого.
Первое промышленное применение обогащения сырья датируется 1700 годом, когда для добычи золота, оно размачивалось и фильтровалось. Но различные методы существовали в примитивном виде еще до нашей эры.
Гравитационное разделение
Основа обогащения полезных ископаемых этого типа лежит в распределении материалов по плотности, относительно среды, в которую помещается взвесь. Самым распространенным в горнодобывающей промышленности является применение гидравлического прибора. Пласт полезных ископаемых постепенно поддается воздействию турбулентного потока жидкости. В результате этого, минералы разрыхляются и разделяются в зависимости от плотности.
1 – бункер; 2 – питатель; 3 – грохот; 4 – конвейер; 5 – дробилка; 6 – конвейерные весы; 7 – отсадочные машины; 8, 9, 10 – спиральный, гидравлический, реечный классификаторы; 11 – гидроциклон; 12 – концентрационный стол; 13 – сгуститель; 14 – мельница; 15 – контактный чан; 16 – флотационная машина”> Pис. 1. Cхема обогащения оловянной руды c предварительной гидравлической классификацией: 1 – бункер; 2 – питатель; 3 – грохот; 4 – конвейер; 5 – дробилка; 6 – конвейерные весы; 7 – отсадочные машины; 8, 9, 10 – спиральный, гидравлический, реечный классификаторы; 11 – гидроциклон; 12 – концентрационный стол; 13 – сгуститель; 14 – мельница; 15 – контактный чан; 16 – флотационная машина.
Легкая фракция быстро поднимается на поверхность, а в дальнейшем собирается. Этот процесс не позволяет достигнуть высокой точности сепарации, поэтому сейчас частота его применения снизилась. Преимущество гравитационного обогащения в его себестоимости – она достаточно низкая. Но, из-за использования воды, он может стать причиной неблагоприятной экологической ситуации.
Гравитационное обогащение применяется почти для каждого вида переработки полезных ископаемых. Предварительно необходимо провести несколько подготовительных этапов. Например, дробление сырья в грохотах, благодаря чему можно отделить небольшое количество пустой породы. Применяется и вымачивание, опрыскивание, обжигание. Это значительно увеличивает его эффективность.
Тяжелые среды
Самым простым является обогащение в тяжелых средах, где нет потока жидкости, а разделение происходит под воздействием гравитации. Легкие частицы отделяются от тяжелых на несколько фракций. В качестве жидкостей может выступать раствор хлоридов кальция или цинка, органические смеси.
Концентрационные столы
Эталоном гравитационного разделения полезных ископаемых является обогащение на концентрационных столах. Первое упоминание об этом методе можно найти еще в трудах Геродота, который описывал древне-грецкие способы добычи золота. Установка представляет собой стол с выточенными горизонтальными желобами (рифлями), наклоненный под углом 1-10 градусов. Сверху подается напор суспензии, жидкости с дробленым полезным ископаемым. Под воздействием силы тяжести, частички оседают в желобах, а пустая порода остается в потоке. Недостаток этого способа в том, что для эффективного разделения сырья, руду необходимо раздробить до 0,1-13 мм. В противном случае большое количество пустой породы попадет в отсадку.
Сепарация на шлюзах
Для обогащения рассыпных руд (золота, вольфрама, олова и других редких металлов), используют сепарацию на шлюзах. Для разделения используется специальный материал с шероховатым покрытием – трафарет, в котором и задерживается ценное сырье. Жидкость может подаваться на ступенчатую и желобную ровную конструкцию, в зависимости от вида полезного ископаемого.
Интересно, что этот вид обогащения появился очень давно, и стал причиной появления легенды о золотом руно. В древности шкуры молодых овец смазывали жиром, и укладывали на дно желобов, куда подавалась суспензия золотоносного песка. Ценный металл задерживался в ворсинках, а жир не позволял ему двигаться вместе с потоком.
Винтовые сепараторы
Жидкость, в которую помещена взвесь полезного ископаемого, движется по вертикальной оси, по винтовому желобу. Здесь на породу воздействует две силы – гравитационная и центробежная. В результате этого процесса, тяжелые частицы перемещаются вдоль внутреннего борта желоба, а легкие по его внешней части. По завершению движения жидкости, они попадают в разные отсеки, и отправляются на дальнейшую переработку или утилизируются.
Центробежный концентратор
Этот способ является наиболее современным и эффективным на сегодня среди гравитационных. Его особенность в том, что он позволяет отделить минимальные частички полезного ископаемого от пустой породы. Благодаря воздействию центробежной силы, удается увеличить массу частиц, в результате чего и происходит сепарация. Для осуществления этого метода используется специальная установка – гидроциклон. В нем происходит вихревое вращение жидкости, благодаря чему образуется центробежная сила, заставляющая породу разделяться на фракции.
Воздушная сепарация (подвид гравитационной)
Это один из самых старых способов обогащения полезных ископаемых, но его не часто применяют в промышленных целях. Использование воздушной сепарации было разработано для районов, которые не обеспечены достаточным количеством водных ресурсов, из-за чего их использование не рентабельно. Одно из значительных преимуществ этого способа – минимальный вред окружающей среды.
Принцип действия воздушной сепарации в том, что струя воздуха, подающаяся под давлением, разрушает породу, высвобождая необходимое сырье. Это подходит для железных руд, где плотность пустого сырья значительно ниже, чем металла. Впервые его применили в Мексике, для обработки золотоносной руды, где воздушная сепарация показала хороший результат. Существенным недостатком этого метода является климатическая зависимость – влажность окружающей среды не должна превышать 5-6%.
Магнитное обогащение
Метод магнитного обогащения используется только для руд, которые имеют в составе магнитное сырье (железных, марганцевых, медно-никелевых руд и руд редких металлов). Его проводят в мокрой и сухой среде, в зависимости от плотности и гидрофильности пустой породы. Иногда в качестве первичной обработки сырья используется обжиг – он повышает его магнитные свойства.
Преимущество этого метода в низкой себестоимости. Устройства для сепарации долговечны, не требуют постоянного обслуживания и автоматизированы. К тому же он не оказывает негативного влияния на экологию местности. Учитывая постоянное развитие технологий, эффективность магнитной сепарации значительно увеличивается.
Руды, подлежащие магнитному обогащению:
1. Сильномагнитные:
1.1. магнетит,
1.2. франклит,
1.3. пиротин,
1.4. мартит
2. Магнитные:
2.1. ильменит,
2.2. гематит,
2.3. хромит
3. Слабомагнитные:
3.1. глауконит,
3.2. доломит,
3.3. пирит.
4. Не магнитные:
4.1. нерудные ископаемые.
Обогащение проводится в магнитном сепараторе, где разделяется смесь минералов и металлических включений. Он может быть роторным, барабанным и валковым, но принцип разделения остается одинаковым. При движении магнитной головки, восприимчивый материал движется по направлению к полю, а пустая порода не меняет своей траектории. Существуют приспособления, которые скомбинированы с грохотами, для вибрационного дробления материала.
Магнитная сепарация впервые была изобретена еще в 1792 году, но ее промышленное использование началось только в 19 веке.
Электрическое обогащение
Одним из самых новых и эффективных методов является электрическая сепарация сырья. Но он подходит только для полезных ископаемых, которые восприимчивые к воздействию тока.
Способы электрической сепарации материала:
- Электрическая.
- Электростатическая.
- Диэлектрическая.
- Трибоэлектрическая.
- Трибоадгезионная.
Основа этого метода – существенные различия в их электрической природе. Прежде, чем приступить к процессу обогащения, необходимо зарядить восприимчивый материал. Благодаря этому, его можно будет отделить от пустой породы. Изменения электрического поля можно достигнуть несколькими путями – индукция, касание, воздействие газовыми ионами.
Принцип разделения основывается на том, что поведение проводника и диэлектрика разное. При контакте одноименных зарядов, они отталкиваются, а непроводник остается неподвижным. Если заряды разные, то они притягиваются. Из-за этого, порода с большим количеством полезного сырья отделяется от пустой. Электрическая сепарация – один из самых эффективных процессов обогащения полезных ископаемых, без применения химических реагентов.
Флотационное обогащение
Чаще всего этот способ применяется в обогащении медной руды. В основе принципа действия этого метода лежит разделение жидкости на фракции, при котором гидрофобные частицы удерживаются на поверхности легкого слоя, и поднимаются на поверхность с пеной или реагентом.
Существует 2 типа флотационных методов обогащения:
- Жидкость-жидкость (масляная, пленочная).
- Жидкость-газ (пенная).
В промышленных масштабах чаще используется пенная флотация. Жидкость состоит из реагентов, которые увеличивают адгезивные свойства полезного ископаемого. При вспенивании суспензии, частицы металла, например, меди, прикрепляются к пузырькам воздуха, и всплывают на поверхность. Пустая порода оседает на дно, а пена собирается и отправляется в дальнейшее производство.
Пленочная и масляная сепарация появилась намного раньше. В качестве реагента, к которому прикреплялось полезное ископаемое, использовались перья смазанные жиром или смола. При всплывании на поверхность, они задерживали в себе частички гидрофобных материалов. Но, в сравнении с ним, пенная сепарация несколько эффективнее и дешевле.
Радиометрическая сепарация
Этот метод является одним из самых дорогих, используется для руд с низким содержанием полезного сырья. Например, он высокоэффективен в поиске драгоценных камней, концентрация которых в породе может достигать 0,1%. Основа обогащения полезных ископаемых этим методом – способность минералов к излучению или восприимчивость к облучению Он чувствителен для частичек 2-300 мм. Принцип действия построен на восприимчивости ископаемого к излучению. Во время облечения, камни начинают источать свечение. Специальный прибор регистрирует его и подает поток воздуха, в результате чего, частица выбрасывается в приемник.
Химическая сепарация
При обработке урановых, вольфрамовых, медных, медно-никелевых руд активно используется и метод химического обогащения. Также для обезжелезивания каолинов, кварца и полевого шпата. Ископаемое помещают в специальный реагент, который растворяет пустую породу, не меняя состав полезного сырья. Благодаря этому методу можно получить высокую эффективность обогащения, но его себестоимость достаточно высока. Поэтому его используют в случаях, когда концентрация материала в руде достаточно низкая, из-за чего другие методы сепарации будут не результативны.
Одним из самых новых является химико-биологическое обогащение. В основе лежит принцип выщелачивания, разрушения кристаллических решеток пустой породы бактериями, например, Thiobacillus ferroxidans, Ferrobacillus tiooxidans. Также продукты жизнедеятельности этих бактерий являются сильными окислителями, благодаря чему разрешение пустой породы происходит намного быстрее. В результате этого процесса можно перерабатывать руды с низким содержанием полезного ископаемого.
Обогатительные фабрики
Обогащение полезных ископаемых – это способ увеличения концентрации ценного сырья, и отделения его от пустой породы. Оно необходимо для получения чистых металлов, угля, драгоценных камней. Каждое горнодобывающее предприятие не может обойтись без обогатительной фабрики, где и происходит процесс сепарации. Они могут, как располагать на месте добычи полезных ископаемых, так и при заводах, которые перерабатывают уже готовое сырье.
Современные обогатительные фабрики являются полностью автоматизированными, а речное вмешательство сведено до минимума. На них в сутки может быть переработано до 100 тысяч тонн руды. Очень часто методы обогащения полезных ископаемых комбинируются, как, например, химический и флотацинный.
- Большая советская энциклопедия
Обогаще́ние поле́зных ископаемых
Совокупность процессов первичной переработки твёрдого минерального сырья с целью выделения продуктов, пригодных для дальнейшей технически возможной и экономически целесообразной химической или металлургической переработки или использования. К О. п. и. относятся процессы, в которых происходит разделение минералов без изменения их химического состава, структуры или агрегатного состояния. Эти процессы всё в большей степени сочетаются с гидрометаллургией и химической переработкой (комбинированные схемы).
В подавляющем большинстве случаев из природных руд и углей экономически невыгодно, а часто и технически невозможно непосредственно извлекать полезные компоненты. Важность О. п. и. определяется тем, что металлургические, химические и др. промышленные процессы основаны на переработке обогащенных полезными компонентами продуктов — концентратов. Например, содержание Pb в рудах обычно меньше 1,5%, тогда как по условиям металлургической плавки оно должно составлять 30—70%. Ещё больше разрыв у руд редких металлов. Например, содержание Mo в рудах не превышает десятых долей процента, а металлургия требует 40—50%, да ещё при очень малом включении вредных примесей — As, Cu и др., что в природе не встречается.
В результате О. п. и. получается два основных продукта: Концентрат и хвосты. В некоторых случаях (например, при обогащении асбеста или антрацита) концентраты отличаются от хвостов в основном крупностью минеральных частиц. Если в руде содержится ряд полезных компонентов, то из неё получают несколько концентратов. Например, при обогащении полиметаллических руд, содержащих минералы Pb, Zn, Cu и S, получают соответственно свинцовый, цинковый, медный и серный концентраты. Возможно также получение концентратов различных сортов. В ряде случаев получают комплексные концентраты, например медно-золотые или никель-кобальтовые, компоненты которых разделяются уже в металлургическом процессе.
В большинстве случаев вследствие очень тонкого взаимного срастания минералов в концентратах присутствует небольшое количество примесей, а в хвостах — полезных минералов. О. п. и. характеризуется двумя основными показателями: содержанием в концентрате полезного компонента и его извлечением (в процентах). При О. п. и. (1974) из руд извлекают до 92—95% полезных компонентов. При этом их концентрация возрастает в десятки и сотни раз. Например, из молибденовых руд с содержанием 0,1% Mo получают 50%-ные концентраты.
О. п. и. осуществляется с помощью ряда последовательных операций, составляющих схему обогащения. Вначале производится дробление и измельчение исходного материала с целью доведения его до размеров, пригодных для существующих обогатительных процессов и аппаратов, а также для разделения сростков и образования частиц индивидуальных минералов. Дробление и измельчение осуществляется в несколько стадий, между которыми может производиться выделение готового продукта для уменьшения ненужного переизмельчения. Для дробления применяются дробилки (См. Дробилка), доводящие материал до крупности 20—30 мм. Тонкое измельчение осуществляется в Мельницах. Выделение продуктов нужной крупности производится с помощью Грохотов для крупных зёрен и Классификаторов для мелких зёрен.
Собственно обогащение осуществляется с использованием различных физических и физико-химических свойств минералов.
Чисто внешние различия, например в цвете и блеске разделяемых кусков, используются для рудоразборки с помощью автоматических аппаратов. Различие в естественной и наведённой радиоактивности минералов положено в основу радиометрического обогащения (См. Радиометрическое обогащение). При разной плотности разделяемых минералов применяются многообразные методы гравитационного обогащения (См. Гравитационное обогащение), использующие различие в скорости движения частиц в водной или воздушной среде под действием гравитационных или центробежных сил. К этим методам относятся: Отсадка, обогащение в тяжёлых суспензиях, концентрация на столах (см. Концентрационный стол), обогащение на Шлюзах. Различие в физико-химических свойствах поверхности разделяемых минералов лежит в основе флотационного метода обогащения (см. Флотация). Если минералы обладают различной магнитной восприимчивостью, то их разделяют магнитной сепарацией (см. Магнитное обогащение). При различии в электрических свойствах (электрической проводимости, диэлектрической проницаемости, способности заряжаться при трении) минералы разделяют электрической сепарацией (См. Электрическая сепарация).
Если руды содержат минералы, изменяющиеся при высокой температуре, например выделяющие кристаллизационную воду, CO2, меняющие магнитную восприимчивость, плотность, растрескивающиеся и т.п., то их можно подготовить к последующему обогащению посредством Обжига. В ряде случаев обжиг применяется и для удаления вредных примесей. Различие зёрен по крупности, форме, хрупкости и коэффициент трения позволяет разделить их по этим признакам. Однако такие процессы менее эффективны. Наибольшее распространение имеют гравитационный и флотационный методы.
Все перечисленные методы О. п. и. применяются каждый в отдельности и в разных сочетаниях. При наличии в полезном ископаемом загрязняющих примесей (главным образом глинистых) в схему обогащения включают промывку (См. Промывка). Полученные в результате применения мокрых методов О. п. и. концентраты подвергаются обезвоживанию. Крупнозернистые продукты обычно обезвоживаются на грохотах и дренированием с последующей сушкой. Мелкозернистые продукты вначале сгущают (см. Сгущение), затем фильтруют и сушат (см. Фильтр).
Разнообразие видов и минералого-петрографических характеристик полезных ископаемых почти полностью исключает возможность применения однотипных схем и режимов О. п. и. В каждом случае рациональный вариант устанавливается на основе лабораторных и полупромышленных исследований на Обогатимость.
Главные направления развития О. п. и.: совершенствование отдельных процессов обогащения и применение комбинированных схем с целью максимального повышения качества концентратов; увеличение производительности отдельных предприятий путём интенсификации процессов и укрупнения оборудования; комплексность использования полезных ископаемых с извлечением из них всех ценных компонентов и утилизацией отходов (чаще всего для производства строительных материалов); максимальная автоматизация производства. Одна из важных задач — сведение к минимуму загрязнения окружающей среды за счёт использования оборотной воды и более широкое применение сухих методов обогащения. Масштаб использования полезных ископаемых непрерывно возрастает, а их качество систематически ухудшается. Снижается содержание в рудах полезных минералов, ухудшается их обогатимость, возрастает зольность углей. Всё это предопределяет дальнейшее увеличение роли О. п. и. в промышленности.
О. п. и. известно с древнейших времён. Первое обстоятельное описание многих (естественно, примитивных) процессов О. п. и. дал Г. Агрикола (1556). В России зарождение О. п. и. связано с выделением золота из руд. В 1488 Иван III привлекал мастеров, умеющих отделить золотую руду от пустой породы. В 1748 на р. Исети была построена первая обогатительная фабрика для извлечения золота, а в 1763 М. В. Ломоносов в труде «Первые основания металлургии или рудных дел» дал описание ряда обогатительных процессов. Его современники И. И. Ползунов, К. Д. Фролов, В. А. Кулибин построили несколько обогатительных фабрик. До 1917 Россия располагала 16 очень небольшими фабриками.
В СССР работают сотни фабрик, обогащающих разные руды. Среди них десятки перерабатывают ежедневно более 25 тыс. т руды каждая. В 1971 в СССР подверглось обогащению около 900 млн. т различных руд и 300 млн. т углей.
Развитие теории и практики О. п. и. в СССР неразрывно связано с организацией и деятельностью многих крупнейших исследовательских, учебных и проектных институтов. Первый научно-исследовательский институт механической обработки руд (Механобр) создан в Ленинграде в 1920. Крупный вклад в совершенствование О. п. и. внесли многие советские учёные и инженеры: С. Е. Андреев, О. С. Богданов, К. Ф. Белоглазов, И. М. Верховский, В. А. Глембоцкий, В. А. Гуськов, В. Г. Деркач, Л. Б. Левенсон, П. В. Лященко, С. И. Митрофанов, В. А. Мокроусов, В. Я. Мостович, М. Т. Ортин, И. Н. Плаксин, С. И. Полькин, К. А. Разумов, П. А. Ребиндер, А. В. Троицкий, В. И. Трушлевич, М. А. Эйгелес, Г. И. Юденич, С. М. Ясюкевич и др.; за рубежом значительные исследования проведены американским учёными А. М. Годеном, А. Ф. Таггартом, австралийским учёным И. Уорком.
Лит.: Разумов К. А., Проектирование обогатительных фабрик, 3 изд., М., 1970; Эйгелес М. А., Обогащение неметаллических полезных ископаемых, М., 1952; Полькин С. И., Обогащение руд, М., 1953; его же, Обогащение руд и россыпей редких металлов, М., 1967; Таггарт А. Ф., Основы обогащения руд, пер. с англ., М., 1958; Прейгерзон Г. И., Обогащение угля, 2 изд., М., 1969; Глембоцкий В. А., Классен В. И., Флотация, М., 1973; Sutherland К. L., Wark I. W., Principles of flotation, Melbourne, 1955; Caudin A. М., Flotation, N. Y.— L., 1957; Schubert Н., Aufbereitung fester mineralischer Rohstoffe, Bd 1—3, Lpz., 1964—72.
В. И. Классен.
Принципиальная схема обогащения полезных ископаемых.
Источник:
Большая советская энциклопедия
на Gufo.me
Значения в других словарях
- ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ —
ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ — совокупность процессов первичной переработки минерального сырья для получения технически ценных или пригодных для дальнейшей металлургической, химической и др. переработки продуктов.
Большой энциклопедический словарь - обогащение полезных ископаемых —
ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ совокупность процессов и методов первичной переработки твердого минер. сырья (руд, углей, горючих сланцев) с целью получения конечных товарных продуктов (асбест, графит, известняк и др.) или продуктов, пригодных для послед.
Химическая энциклопедия - обогащение полезных ископаемых —
Первичная переработка руд, углей, прочих твёрдых минералов для выделения из массы минерального сырья компонентов, пригодных для дальнейшей химической или металлургической переработки либо непосредственного использования.
Техника. Современная энциклопедия - Обогащение полезных ископаемых —
(a. beneficiation, cleaning, concentration, dressing, enrichment, preparation, separation, washing; н. Rohstoffaufbereitung; ф. preparation des mineraux utiles, enrichissement des mineraux utiles, traitement des mineraux utiles…
Горная энциклопедия