Методы и процессы обогащения 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.
Процессы переработки полезных ископаемых по назначению в технологическом цикле фабрики разделяются на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные.
К подготовительным операциям относят дробление, измельчение, грохочение и классификацию, а также операции усреднения полезных ископаемых, которые могут проводиться на рудниках, карьерах, в шахтах и на обогатительных фабриках.
К основным обогатительным процессам относят те физические и физико-химические процессы разделения минералов, при которых полезные минералы выделяются в концентраты, а пустая порода — в отходы.
К вспомогательным процессам относят процессы удаления влаги из продуктов обогащения. Такие процессы называются обезвоживанием, которое проводится с целью доведения влажности продуктов до установленных норм. К вспомогательным процессам относят очистку сточных производственных вод (для повторного их использования или сброса в водоемы) и процессы пылеулавливания.
При обогащении полезных ископаемых используют различия их физических и физико-химических свойств, существенное значение из которых имеют цвет, блеск, твердость, плотность, спайность, излом, магнитные, электрические и некоторые другие свойства.
Цвет минералов разнообразен. Различие в цвете используется при ручной рудоразборке или породовыборке из углей и других видах обработки.
Блеск минералов определяется характером их поверхностей. Различие в блеске можно использовать, как и в предыдущем случае, при ручной рудоразборке или породовыборке из углей или при других видах обработки.
Твердость минералов, входящих в состав полезных ископаемых, имеет важное значение при выборе способов дробления и обогащения некоторых руд, а также углей. Минералы, обладающие меньшей твердостью, дробятся и измельчаются быстрее минералов, обладающих большей твердостью. Применив избирательное дробление или измельчение, можно осуществить последующее разделение таких минералов на грохоте.
Плотность минералов изменяется в широких пределах. Различие в плотности полезных минералов и пустой породы широко используется при обогащении руд и углей.
Спайность минералов заключается в их способности раскалываться от ударов по строго определенным направлениям и образовывать по плоскостям раскола гладкие поверхности. Спайность имеет значение для выбора способа дробления и измельчения, а также удаления измельченных материалов из продуктов обогащения грохочением и классификацией.
Излом имеет существенное практическое значение в процессах обогащения, так как характер поверхности минерала, полученного при дроблении и измельчении, оказывает влияние при обогащении электрическими и другими методами.
Магнитные свойства минералов используются при обогащении минералов различной магнитной восприимчивостью в магнитном поле различной напряженности.
Электрические свойства минералов используются при электрических методах обогащения, связанных с различным отношением минеральных частиц к действию электрических и механических сил при перемещении в электрическом поле.
Физико-химические свойства поверхности минеральных частиц используются при флотационных процессах, заключающихся в различном отношении их к водной среде и воздействию на них химических веществ (реагентов.
На обогатительной фабрике исходное сырье при обработке подвергается ряду последовательных технологических операций. Графическое изображение совокупности и последовательности этих операций называется технологической схемой обогащения.
Для полной характеристики обогатительной фабрики составляют также схемы цепи аппаратов (рис. 7.1), на которых показывают пути следования полезного ископаемого и продуктов обогащения (в соответствии с технологической схемой) с условным изображением обогатительных аппаратов.
В качестве самостоятельных процессов чаще всего применяются флотация, гравитационные и магнитные методы обогащения.
Дата добавления: 2016-10-30; просмотров: 1941 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов
Читайте также:
Рекомендуемый контект:
Поиск на сайте:
© 2015-2020 lektsii.org – Контакты – Последнее добавление
Все процессы в цикле обогатительного производства подразделяют на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные [2].
Подготовительные операции осуществляются с целью уменьшения крупности материала, обусловленной в основном размерами вкрапленности ценных компонентов и принятым методом обогащения [5]. К ним относятся: дробление, измельчение, грохочение, классификация и др. При реализации продуктов различных классов крупности (марки антрацита, щебенка) операции могут самостоятельными.
ю
Собственно обогатительными, или основными, операциями являются процессы, в результате которых по физическим или физико-химическим свойствам осуществляется разделение минералов. Полезные минералы выделяются в концентраты, а пустая порода — в хвосты. К этим методам относятся: гравитационные процессы, флотация, магнитная и электрическая сепарации, а также специальные методы обогащения.
Гравитационные процессы включают отсадку, обогащение в тяжелых средах (главным образом в минеральных суспензиях), обогащение в безнапорной струе воды, текущей по наклонной плоскости, пневматическое обогащение [2].
Вспомогательные операции предназначены:
- • для удаления воды из продуктов обогащения и ее очистки перед сбросом в водоемы;
- • для очистки дымовых газов при сушке концентрата и запыленного воздуха аспирационных систем.
Процессы удаления влаги в зависимости от крупности продуктов обогащения осуществляются методами дренирования, сгущения, центрифугирования и сушки. Концентрация и крупность пыли дымовых газов и запыленного воздуха влияет на количество стадий пылеулавливания.
Процесс отсадки основан на различии скоростей падения частиц в пульсирующем потоке воды, воздуха [4]. Происходит разделение на фракции различной плотности (концентрат, промпродукт, порода). Обогащение в тяжелых средах основано на распределении смеси по плотности. Минералы меньшей, чем среда, плотности всплывают, а более тяжелые тонут. В качестве утяжелителей суспензии наибольшее распространение получили: кварцевый песок для приготовления суспензии плотностью менее 2000 кг/м3, тонкоизмельченный галенит и ферросилиций — для более плотных (3200—3400 кг/м3).
Разделение минеральных зерен в безнапорном потоке воды, текущем по наклонной плоскости, происходит за счет различия в характере их движения. Скорость движения отдельных слоев жидкости по глубине потока неодинакова: максимальная на поверхности потока и минимальная у его дна. Поэтому легкие зерна минералов, находящиеся в верхних слоях потока, сносятся быстрее, чем зерна тяжелых минералов. Этот способ используется на концентрационных столах, в моечных желобах, винтовых и конусных сепараторах и т.д.
Флотационные процессы обогащения основаны на различии физико-химических свойств поверхности минералов (гидрофобности и гидрофильности). В процессе участвуют три фазы: твердая, жидкая и газообразная) [2, 6]. Флотация осуществляется в перемешиваемой суспензии (пульпе), в которую вводят тем или иным способом воздух. Одни минералы не смачиваются водой (гидрофобные), прилипают к воздушным пузырькам и выносятся ими на поверхность пульпы, образуя минерализованную пену (пенный продукт). Другие минералы смачиваются водой (гидрофильные) и остаются в объеме пульпы (камерный продукт).
При прямой флотации в пенный продукт обычно переводят полезный минерал (или группу минералов), который называют концентратом, а камерный продукт — хвостами. Мерой флотируемости является краевой угол смачивания, который можно изменять с помощью химических веществ — флотационных реагентов.
Оптимальная крупность частиц, при которой достигается лучшая флотируемость, зависит от ее гидрофобности и плотности. Верхний предел крупности при флотации минералов, мм: цветных металлов — 0,1; хлористого калия — 0,8. Повышение крупности частиц имеет большое практическое значение.
Магнитные методы обогащения основаны на различии магнитных свойств минералов в магнитном поле. По удельной магнитной восприимчивости все минералы и руды подразделяют на сильномагнитные, слабомагнитные и немагнитные [7].
При электрической сепарации принимается во внимание электрическая проводимость в зависимости от которой все вещества, в том числе минералы, являются проводниками, полупроводниками и диэлектриками [7].
Перспективы развития отрасли. При переработке полезных ископаемых основной упор делается на комплексное использование минерального сырья и повышение технологических показателей. При этом особое внимание уделяется качеству выпускаемой продукции, а также охране окружающей среды.
Основными направлениями совершенствования технологии обогащения полезных ископаемых являются следующие.
- 1. Применение самоизмельчения руд и рудно-галечное измельчение в подготовительных операциях. Целесообразно применение предварительной концентрации, например методом обогащения руд в тяжелых суспензиях.
- 2. Перспективно применение тяжелых сред в статическом и динамическом условиях. Известно, что гравитационными процессами обогащаются 50% всего горнорудного сырья. В тяжелых суспензиях обогащаются угли, фосфоритные руды, руды черных и цветных металлов. Широкое применение имеет отсадка для обогащения крупно- и среднекусковых руд, а также для полезных ископаемых с содержанием компонентов различной плотности.
- 3. Основная тенденция совершенствования флотации—увеличение верхнего предела крупности обогащаемого материала и повышение ее селективности. Исследуются: предварительная обработка материалов реагентами, место их подачи; раздельное кондиционирование песков и шламов, а также их обогащение. Осваиваются новые виды флотации: вакуумная, электрофлотация, пенная сепарация.
Широкое применение флотационного процесса объясняется его преимуществом перед другими методами обогащения:
- • возможностью перерабатывать бедные руды с низким содержанием металлов, например меди ниже 1%, вольфрама и молибдена до 0,1%;
- • комплексно перерабатывать сложные, например полиметаллические, руды;
- • эффективно обогащать тонковкрапленные руды.
Проводятся работы в области конструирования флотационных машин, воздействия на обработку пульпы.
Совершенствуются элементы флотационных машин: форма камер, импеллеры, пеносъем, привод и др. Представляют интерес флотационные машины вакуумной и молекулярной флотации, струйного аэрирования.
Контрольные вопросы
- 1. Полезные ископаемые, руда, минерал.
- 2. Классификация месторождений полезных ископаемых по происхождению, их характеристика.
- 3. Металлические полезные ископаемые, их классификация.
- 4. Руды цветных и черных металлов, их характеристика.
- 5. Неметаллические полезные ископаемые, их классификация.
- 6. Текстура, структура руды, их значение в процессах обогащения.
- 7. Полезные ископаемые, их роль в народном хозяйстве, необходимость повышения качества продуктов обогащения.
- 8. Методы обогащения полезных ископаемых.
- 9. Показатели обогащения полезных ископаемых: степень концентрации, эффективность обогащения и др.
- 10. Физическая сущность главных показателей обогащения.
- 11. Назначение процессов подготовительных операций.
- 12. Характеристика процессов гравитационного обогащения полезных ископаемых.
- 13. Флотационные методы обогащения.
- 14. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения.
- 15. Вспомогательные процессы, их назначение.
- 16. Тенденции и перспективы развития обогащения и переработки полезных ископаемых.
Список литературы
- 1. ГодовиковЛ.Л. Минералогия. — М.: Недра, 1975.
- 2. Абрамов Л.Л. Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Т. 3. — М: Изд-во МГГУ, 2004.
- 3. Справочник по обогащению углей. — М.: Недра, 1984.
- 4. Шилаев В.П. Основы обогащения полезных ископаемых. — М: Недра, 1986.
- 5. Перов В.Л., Андреев Е.Е., Биленко А.Р. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. — М.: Недра, 1990.
- 6. Абрамов АЛ. Флотационные методы обогащения: Учебник для вузов. Том 4. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГГУ, 2008.
- 7. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых. Т. 1. Магнитные и электрические методы обогащения полезных ископаемых. — М.: Изд-во МГГУ, 2005.