Способы добычи и 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.
Источник
Друзья, всем привет. Сегодня я расскажу вам о том, какие существуют способы добычи полезных ископаемых, и их влияние на окружающую среду, но прежде всего эти способы зависят от самих ископаемых, их физико-химических свойств, мест размещения и развития технического прогресса.
Еще совсем недавно добыча природных ресурсов производилась вручную, что требовало больших физических усилий и немалых трудозатрат, а сама она имела достаточно низкую производительность труда.
В современных же условиях все изменилось коренным образом: с развитием мощных технических средств и применением специальных машин трудозатраты снизились, а производительность и объемы добычи ископаемых значительно возросли.
Основные способы и технология добычи природных ресурсов
Все минеральные ресурсы, как твердые, так и жидкие, и газообразные на нашей планете располагаются неравномерно и находятся либо на поверхности, либо глубоко под землей, и в зависимости от их мест размещения и залегания для их добычи используют тот или иной способ.
Самими распространенными способами добычи природных ресурсов можно считать:
- открытый способ либо карьерный способ,
- закрытый способ либо подземный или шахтный способ,
- комбинированный способ либо открыто-подземный способ,
- геотехнологический способ либо скважинный способ,
- дражный способ.
Все эти способы имеют как свои преимущества, так и недостатки, поэтому технология добычи полезных ископаемых открытым способом предполагает создание на местах разработки и добычи природных ресурсов глубоких котлованов в виде больших карьеров или разрезов, размеры которых зависят от относительно небольшой глубины и протяженности, а также мощности пластов залегания ископаемых.
Преимуществом такого способа добычи является его относительная дешевизна, наибольшая производительность и трудоемкость, безопасные условия труда, а недостатками — большое снижение качества сырья из-за содержания в нем большого количества пустых пород, негативные последствия по отношению к окружающей среде.
Таким способом обычно добывают природное строительное и индустриальное сырье такое как –
- известняк и мел,
- песок и глина,
- торф и уголь,
- медь и свинец,
- молибден и никель,
- олово и вольфрам,
- хром и марганец,
- цинк и железо.
Твердые ископаемые, находящиеся на достаточной большой глубине залегания добывают подземным, т.е. закрытым способом, при котором сооружают подземные шахты. 
Недостатком такого способа является его огромный риск для горняков, связанный с обрушением и загазованностью, а значит и взрывоопасностью.
Таким способом обычно добывают руды, полиметаллы и минеральное сырье
такие как:
- медь и золото,
- вольфрам и железо,
- каменный уголь и минеральные соли.
Если открытый и закрытый способ добычи полезных ископаемых не подходит для данного месторождения промышленного сырья, то применяют комбинированный открыто-подземный способ, где сначала добываются открытым способом сырье из верхних слоев, а затем уже шахтным методом дорабатывают оставшиеся запасы металлических руд, залегающие на достаточно большой глубине.
Достоинствами такого способа являются большие объемы добычи природного сырья, а таким способом обычно добываются многие цветные металлы и алмазы.
Геотехнологический или скважинный способ используют при добыче специальных видов сырья, имеющих газообразное или жидкое состояние с помощью такой процедуры как бурение глубоких скважин, где при помощи физико-химического метода осаждения, выщелачивания и плавления извлекают из недр земли на поверхность выходящие по трубам полезные ископаемые.
Таким способом обычно добываются:
- газ и нефть,
- сера и литий,
- фосфор и уран.
И наконец, отдельный дражный способ, где горное предприятие одновременно осуществляет как добычу сырья, так и его обогащение, т. е. с помощью специального оборудования первично происходит отделение ценной породы от сопутствующей пустой.
Таким способом обычно разрабатываются месторождения россыпей:
- золота и алмазов,
- платиноидов и касситерита.
Влияние на окружающую среду добычи полезного сырья
Добыча полезных ископаемых любым способом не может не оказывать на окружающую среду своего негативного воздействия, так как занимает огромные площади хозяйственных земель, доходящие порой до десятков тысяч квадратных километров. 
Такая техногенная нагрузка на природную среду нарушает естественный ход саморегуляции жизненных процессов окружающей среды и порой приводит к ее быстрой деградации.
Как правило, под их разработками находятся самые продуктивные почвенные черноземы:
- полей и пашен,
- лесов и водоемов,
- дорог и населенных пунктов.
Производство добычи начинается с подготовительных очистных работ, где на местности удаляются все искусственные преграды, так:
- вырубаются многолетние леса с ценными породами деревьев,
- осушаются вековые водоемы в виде болот, рек и озер,
- прокладываются инженерные коммуникации в виде водоотводящих канав и подъездных путей.
Затем производят вскрышные работы, целью которых служит послойное удаление и перемещение в отвалы пустой породы открывающей доступ к самим природным ресурсам:
- мягкую и легкую породу разрабатывают при помощи бульдозеров и землеройных машин,
- скальную и твердую породу сначала взрывают при помощи буровзрывной техники, а потом разрабатывают при помощи экскаваторов и скреперов,
уже обнаженные полезные ископаемые добывают и грузят на специальные транспортные средства — карьерные самосвалы,
которые везут добытое сырье на обогатительные предприятия и металлургические комбинаты.
Добыча природного сырья имеет еще и такие негативные последствия для окружающей среды как загрязнение почвы, воды и воздуха химическими элементами отвалов, что пагубно влияет как на растительный, так и животный мир данной местности.
Это негативное воздействие на окружающую среду отрицательно влияет и на здоровье людей, живущих в близлежащих местностях – повышением заболеваемости местного населения.
Поэтому в период разработки месторождений полезных ископаемых необходимы такие регулярные мероприятия как — проведение наблюдений и экологический мониторинг.
Уменьшить негативное влияние на окружающую среду в дальнейшем можно усовершенствованием методов разработки, а также с помощью рекультивации этих земель, возвратом и приведением их в первоначальное состояние, однако на это нужны огромные финансовые средства и немалый временной интервал.
Поэтому добывающие предприятия согласно закону охраны недр и окружающей среды обязаны после всех проведенных работ по добыче сырья обеспечить восстановление естественного ландшафта местности, где за свой счет они сажают леса и разбивают лесопарки с созданием в последствие зон отдыха, а также восстанавливают плодородный слой почвы, вовлекая его в сельскохозяйственный оборот.
Надеюсь, вам понравилась моя статья о способах добычи полезных ископаемых, и вы узнали из нее много полезного для себя. Может быть, и вы знаете какие–то новые способы добычи природного сырья. Расскажите мне об этом в комментарии к статье, мне будет любопытно их узнать. Разрешите на этом с вами попрощаться и до новых встреч дорогие друзья.
Предлагаю Вам подписаться на обновления блога, чтобы получать мои статьи на свою почту. А также вы можете поставить свою оценку статье по 10 системе, отметив ее определенным количеством звездочек.
Приходите ко мне в гости и приводите друзей, ведь этот сайт создан специально для вас. Я всегда рада видеть вас и уверена, что вы обязательно найдете здесь много полезной и интересной информации.
Источник