Извлечение полезного компонента в продуктах обогащения

Выход продукта (γ) – количество полученного продукта (концентрата, хвоста), выраженное в % или в долях единицы к исходному. Суммарный выход всех продуктов обогащения должен соответствовать выходу исходного материала, принимаемому за 100%.

Два конечных продукта: концентрат и хвосты

Считая, что количество ценного компонента в исходном (100α) равно его суммарному количеству в концентрате (γкβ) и хвостах (γхвθ), можно составить с учетом равенства уравнение Валенса компонента по исходному материалу и продуктам обогащения.

Решая уравнение относительно получаем зависимости для расчета выхода концентрата и хвостов:

Извлечение ( ) – показатель, обозначающий какая часть извлекаемого компонента, содержащегося в исходном материале, перешла в концентрат или другой продукт обогащения. Извлечение выражается в % реже – в долях единицы и определяется как отношение массы компонента в данном продукте ( ) к его массе в исходном материале (100 ).

Извлечение компонента в концентрат составляет:

Если выход концентрата неизвестен, то извлечение компонента в концентрат можно рассчитать по уравнению:

Суммарное извлечение каждого компонента во все полученные конечные продукты обогащения составляет 100%.

Извлечение ценных компонентов в концентрат при обогащении полезных ископаемых составляет от 60% до 95% и выше.

Степень концентрации (К) – показатель который показывает во сколько раз увеличивалась содержание полезного компонента в концентрате по сравнению с его содержанием в исходном материале( ):

Степень концентрации при обогащении полезных ископаемых может быть от 2 до 100 .

Степень сокращения(R)– показатель, обозначающий, во сколько раз масса полученного концентрата ( ) меньше массы переработанного полезного ископаемого. Степень сокращения при обогащении полезных ископаемых может составлять от 2 до50 и более.

Эффективность обогащения ( ) полезного ископаемого при разделении его на продукта обычно определяется по формуле Ханкокка – Луйкена:

.

Процесс весьма эффективен, если , эффективности при >50% и неэффективен – <25%.

Уровень комплектности использования минерального сырья оценивается обобщающим показателем – коэффициентом комплексности (Кк), представляющим отношение стоимости полезного компонента в исходном сырье по единым ценам.

,

Где и – массовая доля ценных компонентов соответственно в товарной продукции и сырье; – единые оптовые цены, установленные на компоненты в товарном виде.

Таблица 1. Основные формулы обогащения.

2. Магнитный сепаратор

2.1. Магнитный (электромагнитный) сепаратор —- это сепаратор для магнитного обогащения, в котором исходный материал разделяется на компоненты по различию магнитной восприимчивости в поле постоянных магнитов (или электромагнитов).

Любой магнитный сепаратор состоит из следующих основных конструктивных узлов: магнитной системы; питателя для подачи руды в рабочую зону сепаратора; устройства для транспортирования магнитного продукта из зоны действия магнитных сил; привода и кожуха или ванны. Конструкция отдельных узлов и режим работы различных типов сепараторов характеризуются большим разнообразием.

Разделение минералов осуществляется в рабочей зоне магнитных сепараторов. Исходный материал при верхней подаче поступает непосредственно на рабочий орган — барабан, валок, диск и др., при нижней — в зазор между ним и питающим лотком, дном ванны или полюсным наконечником. Магнитные частицы под действием магнитного поля притягиваются к поверхности рабочего органа и выносятся за пределы действия магнитных сил, где разгружаются в приемники для магнитного продукта. Немагнитные частицы скользят под действием центробежных сил и сил тяжести по поверхности рабочего органа, полюсного наконечника, лотка или дну ванны и разгружаются в приемники для немагнитного продукта.

Содержание дисциплины

1. Введение. Цель и задачи обогащения минерального сырья. Методы обогащения, их физические и физико-химические основы. Показатели обогащения и зависимости между ними).

2. Классификация по крупности. Закономерности свободного и стеснённого падения частиц в водной и воздушной средах. Гравитационные и центробежные классификаторы, воздушные сепараторы Способы. Характеристики крупности руды. Грохоче­ние. Типы грохотов.

3. Дробление и измельчение. Назначение. Гипотезы дробления. Стадии дробления и измельчения. Классификация и особенности конструкций дробилок и мельниц. Режимы работы мельницы. Роль циркулирующей нагрузки. Схемы дробления и измельчения.

4. Гравитационные методы обогащения. Разделение частиц в вертикальном потоке жидкости и в потоках малой толщины. Промывка. Промывочные машины.

5. Разделение минералов в тяжёлых жидкостях и суспензиях. Особенности процесса. Используемые аппараты.

6.Отсадка. Обогащение на концентрационных столах, винтовых сепараторах, в жело­бах, шлюзах. Особенности разделения частиц и используемое оборудование.

7. Флотация. Физико-химические основы. Флотореагенты. Состав и свойства основных типов собирателей, пенообразователей, активаторов, депрессоров и регуляторов среды. Основ­ные типы флотомашин и особенности их применения.

8. Радиометрическое обогащение – сепарация и сортировка. Методы. Показатели, определяющие эффективность радиометрической сепарации.

9. Магнитное обогащение. Физические основы. Магнитные свойства минералов. Се­параторы для обогащения сильно- и слабомагнитных руд.

10. Электрическое обогащение. Физические основы. Методы электрической сепарации и способы зарядки частиц. Классификация сепараторов.

11. Обезвоживание (сгущение, фильтрование, сушка).

12. Очистка сточных вод. Оборотное водоснабжение.

13. Хвостохранилища.

14. Контроль и опробование технологического процесса.

Самостоятельная работа студента предусматривает проработку контрольных вопросов по данной дисциплине и выполнение контрольной работы.

Контрольно-расчетная работа выполняется с целью закрепления знаний студента по изучаемому предмету и умения пользоваться учебной и специальной литературой.

Контрольно-расчетная работа должна быть напечатана или написана разборчиво от руки на листах бумаги формата (210×297) с полями 20мм с каждой стороны. В работе следует привести расчёт­ные формулы (с их выводом), таблицы и схемы, ссылки на них и используемую литературу, список которой (в соответствии с ГОСТ 7.80-2000) приводится в конце работы. Объём работы от 15 до 20 страниц.

На титульном листе работы указываются наименование ВУЗа, специальность и учебная дисциплина, Ф.И.О. студента, номер зачётной книжки и варианта контрольной работы, дата её выполнения.

Каждый студент выполняет один из пяти вариантов контрольно-расчетной работы. Выбор варианта определяется значением последней цифры зачетной книжки студента (см. таблицу):

Тема 1. Определение технологических показателей обогащения:

Технологические результаты обогащения того или иного по­лезного ископаемого нельзя оценить при помощи одного како­го-либо показателя. Необходимо учитывать несколько основ­ных показателей, характеризующих процесс обогащения в це­лом. К основным показателям относят: содержание компонента в исходном сырье; выход продуктов обогащения; извлечение компонентов в продукты обогащения и качество продуктов обогащения.

Содержанием компонента называется отношение массы компонента к массе продукта, в котором он находится. Содер­жание компонентов обычно определяется химическими анали­зами и выражается в процентах, долях единицы или для драго­ценных металлов в граммах на тонну (г/т). Содержание компо­нентов принято обозначать греческими буквами: α — содержа­ние в исходной руде; β — содержание в концентрате, промпродукте или отходах, соответственно.

Выходом продукта обогащения называется отношение мас­сы полученного продукта к массе переработанного исходного сырья. Выход выражается в процентах или долях единицы и обозначается греческой буквой γ.

Извлечением компонента в продукт обогащения называется отношение массы компонента в продукте к массе того же ком­понента в исходном полезном ископаемом. Извлечение выра­жается обычно в процентах или долях единицы и обозначается греческой буквой ε. Извлечение полезного компонента в кон­центрат характеризует полноту его перехода в этот продукт в процессе обогащения.

Качество продуктов определяется содержанием ЦК, вредных примесей, грансоставом и должно отвечать требованием, предъявляемым потребителем. Требования к качеству концентратов называются кондициями и регламентируются ГОСТами, ТУ и временными нормами.

Все технологические показатели обогащения взаимосвяза­ны. Поэтому, зная значения одних, можно расчетным путем по­лучить значения других. Если нам известно содержание полез­ного компонента в исходном сырье и продуктах обогащения, то можно подсчитать выходы продуктов обогащения, извлечение полезного компонента в концентрат и т.д.

Если обозначим массу исходного сырья Qисх, массу полу­ченных продуктов обогащения концентрата QКи отходов – хвостов Qхв, то выход концентрата γк (%) и отходов γхв (%) можно опреде­лить по формулам :

Так как сумма выходов конечных продуктов обогащения равна выходу исходного сырья, принимаемому обычно за 100 %, можно составить баланс переработанного материала (для кон­центрата и отходов):

.

Зная, что γисх = 100 %, запишем γк + γхв=100.

Суммарная масса ценного компонента в продуктах обога­щения должна соответствовать массе его в исходном сырье. Это условие принято называть балансом ценного компонента:

Суммарная масса ценного компонента в продуктах обога­щения должна соответствовать массе его в исходном сырье. Это условие принято называть балансом ценного компонента:

,

где извлечение полезного компонента в концентрат εк (%) опре­деляется по формуле

или .

Из уравнения баланса следует, что

Пример 1. Определить выход хвостов и извлечение в концентрат полезного компонента, если при обогащении 0,5%-ной руды получают 3,5%-ной концентрат и 0,2%-ные хвосты.

▲ Запишем уравнение баланса

▲

Контрольные задания 1

Вариант 1. Определить выход концентрата и извлечение в него ценного компонента, если при обогащении 15%-ной руды получают 39,5%-ной концентрат и 1,5%-ные хвосты.

Вариант 2, Определить выход концентрата и извлечение в концентрат ценного компонен­та, если обогатительная фабрика перерабатывает в сутки 5000 т руды, содержащей 1,5% ценного компонента, и получает 200 т 33%ного концентрата.

Вариант 3 Определить содержание ценного компонента в хвостах,если при обогащении 1,5%-ной руды выход концентрата равен 5%, а извлечение в него ценного компонента равно 90%.

Вариант 4. Определить количество тонн концентрата, получаемого в сутки на фабрике производительностью по руде 2000 т/4ч, если содержание ценного компонента в руде 2%, в концентрате – 30%, а извлечение равно 90%.

Вариант 5. Два продукта в соотношении 2:1 (по массе) и содержащие соответственно 2,4 и 2,7% ценного компонента поступают на доводочную фабрику, где из них получают 40%-ный концентрат и 0,4%-ные хвосты. Определить выход концентрата.

Тема 2. Определить выход концентрата и хвостов, извлечение в них ценного компонен­та и эффективность обогащения по Ханкоку-Луйкену

Эффективность процессов обогащения характеризуется степенью обогащения, или степенью концентрации

.

Степень сокращения

Для количественной оценки эффективности обогащения ПИ при разделении его на два продукта обычно используется формула Ханкока-Луйкена

.

Процесс обогащения будет весьма эффективен, если η>75%, эффективен – при η>50% и неэффективен – при η<25%.

Пример 2. Определить выходы продуктов обогащения, степень концентрации ПК и эффективность процесса обогащения, если при обогащении 0,5%-ной руды получают 3,5%-ной концентрат и 0,2%-ные хвосты.

▲ Запишем уравнение баланса

Следовательно, судя по значению показателя эффективности процесс обогащения является неэффективным. ▲

Контрольные задания 2

Определить выход концентрата γк и хвостов γхв, извлечение ε в них ценного компонен­та и эффективность обогащения по Ханкоку-Луйкену, если известно содержание ценного компонента в руде α, концентрате β и хвостах Θ:

Тема 3. Характеристики крупности по плюсу и мину­су дроблёной руды по результатам её ситового анализа

Гранулометрический состав характеризуется количественным распределением зерен ПИ по крупности.

Средний размер частиц рассчитывается по одной из формул

где l – длина, b – ширина и h – высота частицы.

Класс крупности обозначают как, например, -50+20 мм, т.е. в этот класс крупности входят куски размером от 20 до 50 мм.

Разделение материала на класс крупности производят рассевом на ситах (до +0,04 мм), гидравлической (-0,04 мм) или воздушной (-0,074 мм) классификацией в восходящих потоках, а также микроскопическими и др. методами.

Иногда для рассева используют седиментационный анализ, основанный на том, что частицы различного удельного веса и крупности, находящиеся в вязкой среде, оседают с различной скоростью.

Результаты гранулометрического анализа представляют в форме таблицы или графически в виде суммарной характеристики крупности материала «по плюсу» или по «минусу».

Пример 3. Построить суммарную характеристики крупности по плюсу и мину­су дроблёной руды по результатам её ситового анализа, представленному в таблице

▲

Рис. 1. Суммарная (а) и суммарная полулогарифмическая (б) характери­стики крупности материала «по плюсу» (1) и «по минусу» (2)

Суммарные выходы «по плю­су» (+) или «по минусу» (-) пред­ставляют собой сумму выходов всех классов соответственно круп­нее или мельче отверстий данно­го сита. По данным ситовых ана­лизов (на оси ординат откладывают суммарный выход классов (в процентах), на оси абсцисс – размеры отверстий сит в миллиметрах. На основании суммар­ных выходов материала крупнее диаметра отверстий сита стро­ится кривая «по плюсу» (1), мельче — «по минусу» (2). Сумма выходов по обеим кривым должна всегда равняться 100 %. По­этому обе кривые характеристик «по плюсу» и «по минусу» яв­ляются зеркальным отражением одна другой. Они всегда пересекаются в точке, соответствующей суммарному выходу 50 %. Точка пересечения кривой с осью абсцисс показывает макси­мальный размер куска в данной пробе. По суммарной характе­ристике крупности можно определить выход любого класса. Для этого находят на оси абсцисс размер нужного класса. И из этой точки перпендикулярно к оси проводят прямую до пересе­чения с кривой, откуда проводят параллельную оси абсцисс пря­мую до ее пересечения с осью ординат. Точка пересечения оп­ределяет суммарный выход искомого класса. По таким кривым можно установить теоретически возможный выход класса любой крупности, что необходимо как для определения наиболее рационального метода переработки ПИ, так и оценки количественного соотношения сортов или марок возможной продукции, различающейся по крупности.

Суммарные характеристик крупности («по плюсу») могут быть:

-выпуклыми –при преобладании в материале крупных зерен;

– вогнутыми- при преобладании в материале мелких зерен;

– прямолинейными – при равномерном распределении зерен в материале.

▲

Контрольные задания 3

Построить частную и суммарную характеристики крупности по плюсу и мину­су дроблёной руды по результатам её ситового анализа и определить выход класса указанной крупности:

Тема 4. Эффективность грохочения дроблёного продукта по классу меньше отверстий сита

Основным показателем грохочения является его эффектив­ность Ег(%), характеризующая точность разделения матери­ала по крупности. Численно она определяется отношением количества подрешетного продукта к общему количеству его в исходном продукте, т. е. представляет собой извлечение ниж­него класса в подрешетный продукт.

Если обозначим через α, β и Θ содержание нижнего класса соответственно в исходном, подрешетном и надрешетном продуктах, то на основании уравнения

эффективность гро­хочения можно рассчитать по следующей формуле:

В случае, когда зерна крупнее заданного размера не попа­дают в подрешетный продукт и β = 100%, получаем:

Так как в производственных условиях непосредственное оп­ределение массы полученного подрешетного продукта затруд­нено, на практике пользуются другой формулой для расчета эффективности (или КПД) грохочения:

где η — КПД грохочения, %; а и b — содержание нижнего клас­са соответственно в исходном и надрешетном продукте, % .

Значения а и b определяют на основании тщательного рас­сева проб исходного материала и надрешетпого продукта, про­веденного на ситах с тем же размером и формой отверстий, что и на сите грохота.

Пример 4. Определить эффективность грохочения руды -50+20 мм, если содержание нижнего класса в исходном продукте 15%, в подрешетном 70%, а надрешетном 5%.

▲ Эффективность грохочения руды определим по формуле:

%.

Следовательно, эффективность грохочения составляет 71,8%.▲

Контрольные задания 4

Определить эффективность грохочения дроблёного продукта по классу меньше отверстий сита в зависимости от содержания нижнего класса в исходном продукте и замельчённости надрешётного продукта (см. таблицу).