Главная › Маникюр › Основные методы обогащения полезных ископаемых. Краткие сведения о полезных ископаемых

Основные методы обогащения полезных ископаемых. Краткие сведения о полезных ископаемых

(конспект лекций)

В.Б.Кусков

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

ВЕДЕНИЕ 2

1. подготовительные процессы 8

1.1. ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ 8

1.2 ДРОБЛЕНИЕ 10

1.3. грохочение 14

1.4. ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ 17

1.5. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ 20

2. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ 23

2.1. ГРАВИТАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ 23

2.3. МАГНИТНЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ 35

2.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОГАЩЕНИЕ 39

2.5. специальные МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ 43

2.6. КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ 48

3 ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ 49

3.1. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ 49

3.2. ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЕ 53

3.3. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД 54

3.3 ОПРОБОВАНИЕ, КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ 55

4. ОБОГАТИТЕЛЬНЫЕ ФАБРИКИ 55

Ведение

Полезные ископаемые - природные минеральные образования земной коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их в сфере материального производства. Месторождение полезного ископаемого – скопление минерального вещества в недрах или на поверхности Земли, по количеству, качеству и условиям залегания пригодного для промышленного использования. (При больших площадях распространения месторождения образуют районы, провинции и бассейны). Различают твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые.

Твердые полезные ископаемые (руды), в свою очередь, подразделяются на горючие (торф, сланец, уголь) и негорючие, которые бывают: агрономические (апатитовые и фосфоритовые и др.), неметаллические (кварцевые, баритовые и др.) и металлические (руды черных и цветных металлов). Эффективность использования того или иного полезного ископаемого зависит, прежде всего, от содержания в нем ценного компонента и наличия вредных примесей. Непосредственная металлургическая или химическая переработка полезного ископаемого целесообразна (технически и экономически выгодна) только в том случае, если содержание в нем полезного компонента не ниже некоторого предела, определяемого уровнем развития техники и технологии (и потребности в данном сырье) в настоящее время. В большинстве случаев непосредственное использование добытой горной массы или её переработка (металлургическая, химическая и др.) экономически нецелесообразны, а иногда и технически невозможны, т.к. годные к непосредственной переработке полезные ископаемые в природе встречаются редко в большинстве случаев их подвергают специальной обработке – обогащению.

Обогащение полезных ископаемых  совокупность процессов механической переработки минерального сырья с целью извлечения полезных (ценных) компонентов и удаления пустой породы и вредных примесей. В результате обогащения из руды получают концентрат (концентраты) и хвосты.

Концентрат – это продукт, куда выделяется (концентрируется) большая часть полезных минералов (и незначительное количество минералов пустой породы). Качество концентрата в основном характеризуется содержанием ценного компонента (оно всегда выше, чем в руде , концентрат богаче по цененному компоненту отсюда и название - обогащение), а также содержанием полезных и вредных примесей, влажностью и гранулометрической характеристикой.

Хвосты – продукт, в который выделится большая часть минералов пустой породы, вредных примесей и незначительное количество полезного компонента (содержание ценного компонентов в хвостах ниже, чем в концентратах и руде)..

Кроме концентрата и хвостов возможно получение промпродуктов , т.е. продуктов, характеризующихся более низким по сравнению с концентратами и более высоким по сравнению с хвостами содержанием полезных компонентов.

Полезными (ценными) компонентами называются химические элементы или природные соединения, для получения которого добывается и перерабатывается данное полезное ископаемое. Как правило, ценный компонент в руде находится в виде минерала (самородных элементов в природе мало: медь, золото, серебро, платина, сера, графит).

Полезными примесями называют химические элементы или природные соединения, которые входят в состав полезного ископаемого в небольших количествах и улучшают качество готовой продукции (либо выделяются в ходе дальнейшей переработки). Например, полезными примесями в железных рудах являются такие легирующие добавки как хром, вольфрам, ванадий, марганец и др.

Вредными примесями называют отдельные элементы и природные химические соединения, содержащиеся в полезных ископаемых в небольших количествах и оказывающие отрицательное влияние на качество готовой продукции. Например, в железных рудах вредными примесями являются сера, мышьяк, фосфор, в коксующихся углях – сера, фосфор, в энергетических углях – сера и т.д.

Обогащение полезных ископаемых позволяет повысить экономическую эффективность их дальнейшей переработки , также, в некоторых случаях, без стадии обогащения дальнейшая переработка становится вообще невозможной. Например, медные руды (содержащие, как правило, весьма мало меди) нельзя непосредственно переплавить в металлическую медь, так как медь при плавке переходит в шлак. Кроме того, обогащение полезных ископаемых позволяет:

 увеличить промышленные запасы сырья за счет использования месторождений бедных полезных ископаемых с низким содержанием ценных компонентов;

 повысить производительность труда на горных предприятиях и снизить стоимость добываемой руды за счет механизации горных работ и сплошной выемки полезного ископаемого вместо выборочной;

 комплексно использовать полезные ископаемые, так как предварительное обогащение позволяет извлечь не только основные полезные компоненты, но и сопутствующие, содержащиеся в малых количествах;

 снизить расходы на транспортирование к потребителям более богатых продуктов, а не всего объема добываемого полезного ископаемого;

 выделить из минерального сырья те вредные примеси, которые при дальнейшей его переработке могут загрязнять окружающую среду и тем самым угрожать здоровью людей и ухудшать качество конечной продукции.

Обогатительные методы также можно использовать при переработке твердых бытовых отходов (их образуется 350 – 400 кг/год на человека).

Полезные ископаемые на обогатительных фабриках проходят целый ряд последовательных операций, в результате которых полезные компоненты отделяются от примесей. Процессы обогащения полезных ископаемых по своему назначению делятся на подготовительные, вспомогательные и основные.

К подготовительным относят процессы дробления, измельчения, грохочения и классификации. Их задача  разъединить полезный минерал и пустую породу («раскрыть» сростки) и создать нужную гранулометрическую характеристику перерабатываемого сырья.

Задача основных процессов обогащения  разделить полезный минерал и пустую породу. Для разделения минералов используются различия в физических свойствах разделяемых минералов. Сюда относят:

Наименование метода обогащения	Физические свойства, используемые для разделения	Основные виды полезных ископаемых, обогащаемые данным методом
Гравитационный метод обогащения	Плотность (с учетом крупности и формы)	Угли (+1 мм), сланцы, золотосодержащие, оловянные руды…
Флотационный метод обогащения	Смачиваемость поверхности	Руды цветных металлов, апатитовые, фосфоритовые, флюоритовые руды...
Магнитный метод обогащения	Удельная магнитная восприимчивость	Железные руды…
Электрический метод обогащения	Электрические свойства (электропроводность, трибозаряд, диэлектрическая проницаемость, пирозаряд)	Доводка алмазных руд, редкометальных: титан-циркониевых, тантало-ниобиевых, оловянно-вольфрамовых, редкоземельных (монацит-ксенотимовых). Стекольные пески, электронный лом…
Рудосортировка: Рудоразборка Радиометрическое обогащение	Внешние признаки: цвет, блеск, форма Способность частиц испускать, отражать поглощать различные виды энергии	Драгоценные камни, листовая слюда, длинноволокнистый асбест Руды черных и цветных металлов, алмазосодержащие, флюоритовые и др. руды
Избирательное дробление	Различие по прочности	Фосфоритовые руды, угли и сланцы
Обогащение по форме
Комбинированные методы	В схему помимо традиционных процессов обогащения (не затрагивающих химического состава сырья) включены пиро- или гидрометаллургические операции, изменяющие химический состав сырья.	Урановые, золотосодержащие (коренные) руды, медно-никелевые руды…

Кроме перечисленных есть и другие методы обогащения. Также, иногда к обогатительным относят процессы окускования (увеличения крупности материалов).

К вспомогательным относят обезвоживание, пылеулавливание, очистку сточных вод, опробование, контроль и автоматизацию. Задача этих процессов  обеспечить оптимальное протекание основных процессов, довести продуты разделения до необходимых кондиций.

Совокупность последовательных технологических операций обработки, которым подвергают полезные ископаемые на обогатительных фабриках, называется схемой обогащения . В зависимости от характера сведений, которые содержатся в схеме обогащения, ее называют технологической, качественной, количественной, качественно-количественной, водно-шламовой и схемой цепи аппаратов.

Обогащение, как и любой другой технологический процесс, характеризуется показателями. Основные технологические показатели обогащения следующие:

 Q  масса продукта (производительность); P – масса (производительность) расчетного компонента в продукте. Выражаются обычно в тоннах в час, тоннах в сутки и т.д.;

 содержание расчетного компонента в продукте – ,  это отношение массы расчетного компонента в продукте к массе продукта; содержание различных компонентов в полезном ископаемом и в полученных продуктах принято вычислять в процентах (иногда содержание в исходном материале обозначают , в концентрате – , в хвостах – ). Содержание полезных компонентов в добываемом сырье (руде) может составлять от долей процента (медь, никель, кобальт и др.) до нескольких процентов (свинец, цинк и др.) и нескольких десятков процентов (железо, марганец, ископаемый уголь и некоторые другие неметаллические полезные ископаемые);

 выход продукта –  и,  к,  хв  это отношение массы продукта к массе исходной руды; выход любого продукта обогащения выражают в процентах, реже в долях единицы;

 извлечение ценного компонента –  и,  к,  хв  это отношение массы расчетного компонента в продукте к массе этого же компонента в исходной руде; извлечение выражается в процентах, реже в долях единицы.

Выход i – го продукта вычисляется по формуле:

 i = (Q i /Q исх)100,%

Также, для случая разделения на два продукта – концентрат и хвосты их выход можно определить через содержания по следующим формулам:

 к = 100,%;  хв =
100,%;

Сумма выходов концентрата и хвостов равна:

 к +  хв = 100 %.

Очевидно, что

Q кон + Q хв = Q исх.;

Р кон + Р хв = Р исх.

 1 +  2 +…+  n = 100 %.

Аналогично для Q иР .

(При обогащении полезных ископаемых, как правило, получают всего два продукта – концентрат и хвосты, но не всегда, иногда продуктов может быть больше).

На практике содержания обычно определяют химическим анализом.

Извлечение полезного компонента в i – ий продукт:

i = 100,%, или  i = %.

Сумма извлечений концентрата и хвостов равна:

 к +  хв = 100 %.

Эта формула справедлива и для любого количества продуктов:

 1 +  2 +…  n = 100 %.

Для нахождения содержания в продукте смешения можно использовать так называемое уравнение баланса (для случая разделения на два продукта):

 к  кон +  хв  кон =  исх  исх.

Уравнение справедливо также для любого числа продуктов:

 1  1 +  2  2 +…+ n  n =  исх  исх.

Следует отметить, что  исх = 100 %.

Пример. Руда разделяется на два продукта (рис. 1.1)– концентрат и хвосты. Производительность по руде Q исх = 200 т/ч, по концентрату – Q кон = 50 т/ч. Производительность по расчетному компоненту Р исх = 45 т/ч, по компоненту в концентрате Р кон = 40 т/ч.

Q хв = Q исх – Q кон = 200 – 50 = 150 т/ч;

 кон = (Q кон /Q исх)100 = (50/200)100 = 25 %;

 хв =  исх –  к = 100 – 25 = 75%,

или  хв = (Q хв /Q исх)100 =(150/200) . 100=75%;

очевидно, что Q хв = ( хв  Q исх)/100 = (75200)/100 = 150 т/ч;

=
=
= 22,5 %;

=
=
= 80 %;

Р хв = Р исх – Р кон = 45 – 40 = 5,

тогда
=
=
=3,33 %.

Либо воспользовавшись, уравнение баланса имеем:

 к  кон +  хв  кон =  исх  исх,

 хв =
=
= 3,33 %.

процессы разделения минералов, при которых полезные минералы выделяются в концентраты, а пустая порода— в хвосты.

Процессы разделения минералов при обогащении полезных ископаемых весьма многочисленны и классифицируются по их принадлежности к тому или иному методу обогащения, разделительному признаку, характеру разделяющих сил и конструктивному исполнению аппаратов.

Методы обогащения классифицируют в зависимости от того, какое свойство минералов используется в качестве разделительного признака и каковы основные разделяющие силы. Различают следующие методы обогащения (рис. 2.1).

Метод гравитационного обогащения (гравитационное обогащение), основанный на различии в плотности разделяемых зерен минералов, осуществляемый в поле гравитационных сил.

Метод магнитного обогащения (магнитное обогащение), основанный на различии в магнитной восприимчивости разделяемых минералов, осуществляемый в поле магнитных сил.

Метод электрического обогащения (электрическое обогащение), основанный на различии электропроводности разделяемых минералов, осуществляемый в поле электрических сил.

Метод флотационного обогащения (флотационное обогащение, или флотация), основанный на различии физико-химических свойств (смачиваемости) разделяемых минералов.

Специальные методы обогащения, основанные на различии комбинаций свойств разделяемых минералов. К последним относятся разделение по различию радиоспектроскопических свойств, растворимости, механической прочности, декрипитации, форме и трению, упругости отскока и др. Наибольшее значение имеют методы радиометрического и химического обогащения.

Метод радиометрического обогащения (радиометрическое обогащение), основанный на различии радиоспектроскопических свойств разделяемых минералов, осуществляемый с использованием механических разделяющих сил.

Метод химического обогащения (химическое обогащение), основанный на различии химических свойств (растворимости) разделяемых минералов или вредных примесей.

Метод механического обогащения (механическое обогащение), основанный на различии физико-механических свойств минералов (механической прочности, форме и трению, упругости отскока и др.).

Процессы обогащения, относящиеся к тому или иному методу обогащения, отличаются разнообразием дополнительно используемых разделяющих сил, а также конструктивным исполнением машин и аппаратов (см. рис. 2.1).

Вспомогательные процессы. К вспомогательным относятся процессы обезвоживания продуктов обогащения (путем их сгущения, фильтрования и сушки) для доведения их влажности до установленной нормы или для получения оборотной воды; процессы облагораживания продуктов и подготовки их к металлургическому или химическому переделу (агломерация, окомкование, брикетирование и др.).

Процессы производственного обслуживания. К процессам производственного обслуживания относятся операции, обеспечивающие непрерывность и стабильность технологических процессов: внутрифабричный транспорт сырья и продуктов обогащения, водоснабжение, электроснабжение, снабжение сжатым воздухом, механизация и автоматизация, технический контроль и др.

При виде товарных ценных минералов справедливо возникает вопрос о том, каким образом из первичной руды или ископаемого может получиться столь привлекательное ювелирное изделие. Особенно с учетом того, что переработка породы как таковая представляет собой если не один из финальных, то как минимум предшествующий заключительному этапу процесс облагораживания. Ответом же на вопрос будет обогащение в ходе которого происходит базовая обработка породы, предусматривающая отделение ценного минерала от пустых сред.

Общая технология обогащения

Переработка ценных ископаемых осуществляется на специальных предприятиях по обогащению. Процесс предусматривает выполнение нескольких операций, среди которых подготовка, непосредственное расщепление и разделение породы с примесями. В ходе обогащения получают разные минералы, в том числе графит, асбест, вольфрам, рудные материалы и т. д. Не обязательно это должны быть ценные породы - есть немало фабрик, выполняющих переработку сырья, которое в дальнейшем используется в строительстве. Так или иначе, основы обогащения полезных ископаемых базируются на анализе свойств минералов, которые обуславливают и принципы разделения. К слову, необходимость отсечения разных структур возникает не только с целью получения одного чистого минерала. Распространена практика, когда из одной структуры выводится несколько ценных пород.

Дробление породы

На этом этапе производится измельчение материала на отдельные частицы. В процессе дробления задействуются механические силы, с помощью которых преодолеваются внутренние механизмы сцепления.

В результате порода делится на мелкие твердые частицы, носящие однородный характер структуры. При этом стоит различать непосредственное дробление и технику измельчения. В первом случае минеральное сырье подвергается менее глубокому разделению структуры, в ходе которого формируются частицы фракцией более 5 мм. В свою очередь измельчение обеспечивает образование элементов диаметром менее 5 мм, хотя и этот показатель зависит от того, с какой породой приходится иметь дело. В обоих случаях ставится задача максимального расщепления зерен полезного вещества так, чтобы освобождался чистый компонент без микста, то есть пустой породы, примесей и т. д.

Процесс грохочения

После завершения процесса дробления заготовленное сырье подвергается другому технологическому воздействию, которое может представлять собой и просеивание, и выветривание. Грохочение в сущности является способом классификации полученных зерен по характеристике крупности. Традиционный способ реализации данного этапа предусматривает использование решета и сита, обеспеченных возможностью калибрования ячеек. В процессе грохочения отделяются надрешетчатые и подрешетчатые частицы. В некотором роде обогащение полезных ископаемых начинается уже на этой стадии, поскольку часть примесей и миксты отделяются. Мелкая фракция размером менее 1 мм отсеивается и с помощью воздушной среды - выветриванием. Масса, напоминающая мелкофракционный песок, поднимается искусственными воздушными потоками, после чего оседает.

В дальнейшем частицы, которые оседают медленнее, отделяются от совсем маленьких пылевых элементов, задерживающихся в воздухе. Для дальнейшего сбора производных такого грохочения используют воду.

Обогатительные процессы

Процесс обогащения ставит целью выделение из исходного сырья частиц полезного ископаемого. В ходе выполнения таких процедур выделяется несколько групп элементов - полезный концентрат, отвальные хвосты и другие продукты. Принцип разделения этих частиц основывается на различиях между свойствами полезных минералов и пустой породы. Такими свойствами могут выступать следующие: плотность, смачиваемость, магнитная восприимчивость, типоразмер, электропроводность, форма и т. д. Так, процессы обогащения, использующие разницу в плотности, задействуют гравитационные методы разделения. Такой подход используется при рудного и нерудного сырья. Весьма распространено и обогащение на основе характеристик смачиваемости компонентов. В данном случае применяется флотационный метод, особенностью которого является возможность разделения тонких зерен.

Также используется магнитное обогащение полезных ископаемых, которое позволяет выделять железистые примеси из тальковых и графитовых сред, а также очищать вольфрамовые, титановые, железные и другие руды. Базируется эта техника на разнице в воздействии магнитного поля на частицы ископаемых. В качестве оборудования задействуются специальные сепараторы, которые также используют для восстановления магнетитовых суспензий.

Заключительные этапы обогащения

К основным процессам этого этапа стоит отнести обезвоживание, сгущение пульпы и сушку полученных частиц. Подбор оборудования для обезвоживания осуществляется на основе химико-физических характеристик минерала. Как правило, данная процедура выполняется в несколько сеансов. При этом необходимость в ее выполнении возникает не всегда. Например, если в процессе обогащения использовалась электрическая сепарация, то обезвоживание не требуется. Помимо подготовки продукта обогащения к дальнейшим процессам переработки, должна быть предусмотрена и соответствующая инфраструктура для обращения с частицами минерала. В частности, на фабрике организуется соответствующее производственное обслуживание. Вводятся внутрицеховые транспортные средства, организуется снабжение водой, теплом и электроэнергией.

Оборудование для обогащения

На этапах измельчения и дробления задействуются специальные установки. Это механические агрегаты, которые с помощью различных приводных сил оказывают разрушающее воздействие на породу. Далее в процессе грохочения используют решето и сито, в которых предусматривается возможность калибрования отверстий. Также для просеивания применяют более сложные машины, которые называются грохотами. Непосредственно обогащение выполняют электрические, гравитационные и магнитные сепараторы, которые используются в соответствии с конкретным принципом разделения структуры. После этого для обезвоживания используют технологии дренирования, в реализации которых могут применяться те же грохоты, элеваторы, центрифуги и аппараты для фильтрации. Заключительный этап, как правило, предполагает использование средств термической обработки и сушки.

Отходы процесса обогащения

В результате процесса обогащения образуется несколько категорий продуктов, которые можно разделить на два вида - полезный концентрат и отходы. Причем ценное вещество вовсе не обязательно должно представлять одну и ту же породу. Также нельзя сказать, что отходы представляют собой ненужный материал. В таких продуктах может содержаться ценный концентрат, но в минимальных объемах. При этом дальнейшее обогащение полезных ископаемых, которые находятся в структуре отходов, зачастую не оправдывает себя технологически и финансово, поэтому вторичные процессы такой переработки редко выполняются.

Оптимальное обогащение

В зависимости от условий проведения обогащения, характеристик исходного материала и самого метода может различаться качество конечного продукта. Чем выше содержание в нем ценного компонента и меньше примесей, тем лучше. Идеальное обогащение руды, к примеру, предусматривает полное отсутствие отходов в продукте. Это значит, что в процессе обогащения смеси, полученной дроблением и грохочением, из общей массы полностью были исключены частицы сора от пустых пород. Однако достичь такого эффекта удается далеко не всегда.

Частичное обогащение полезных ископаемых

Под частичным обогащением понимается разделение класса крупности ископаемого или же отсечение легко выделяемой части примесей из продукта. То есть данная процедура не ставит целью полное очищение продукта от примесей и отходов, а лишь повышает ценность исходного материала путем увеличения концентрации полезных частиц. Такая обработка минерального сырья может использоваться, к примеру, в целях понижения зольности угля. В процессе обогащения выделяется крупный класс элементов при дальнейшем смешивании концентрата необогащенного отсева с мелкой фракцией.

Проблема потерь ценной породы при обогащении

Как ненужные примеси остаются в массе полезного концентрата, так и ценная порода может выводиться вместе с отходами. Для учета таких потерь используются специальные средства, позволяющие рассчитать допустимый уровень оных для каждого из технологических процессов. То есть для всех методов отделения разрабатываются индивидуальные нормы допустимых потерь. Допустимый процент учитывается в балансе обрабатываемых продуктов с целью покрытия расхождений в расчете коэффициента влаги и механических потерь. Особенно такой учет важен, если планируется обогащение руды, в процессе которого используется глубокое дробление. Соответственно, повышается и риск потерь ценного концентрата. И все же в большинстве случаев утрата полезной породы происходит из-за нарушений в технологическом процессе.

Заключение

За последнее время технологии обогащения ценных пород сделали заметный шаг в своем развитии. Совершенствуются и отдельные процессы переработки, и общие схемы реализации отделения. Одним из перспективных направлений дальнейшего продвижения является использование комбинированных схем обработки, которые повышают качественные характеристики концентратов. В частности, комбинированию подвергаются магнитные сепараторы, в результате чего оптимизируется процесс обогащения. К новым методикам этого типа можно отнести магнитогидродинамическую и магнитогидростатическую сепарацию. При этом отмечается и общая тенденция ухудшения рудных пород, что не может не сказываться на качестве получаемого продукта. Бороться с повышением уровня примесей можно активным применением частичного обогащения, но в общем итоге увеличение сеансов переработки делает технологию неэффективной.

Обогаще́ние поле́зных ископа́емых - совокупность процессов первичной обработки минерального сырья, имеющая своей целью отделение всех ценных минералов от пустой породы, а также взаимное разделение ценных минералов.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

09 03 Лекция «Как ископаемые становятся полезными?»

Кафедра Обогащения полезных ископаемых

Видеолекция Классификация флотационных реагентов

Обогащение угля (эмулятор)

Видеолекция Механические и флотационные машины

Субтитры

Общая информация

При обогащении возможно получение как конечных товарных продуктов (асбест , графит и др.), так и концентратов, пригодных для дальнейшей химической или металлургической переработки. Обогащение - наиважнейшее промежуточное звено между добычей полезных ископаемых и использованием извлекаемых веществ. В основе теории обогащения лежит анализ свойств минералов и их взаимодействия в процессах разделения - минералургия .

Обогащение позволяет существенно увеличить концентрацию ценных компонентов. Содержание важных цветных металлов - меди , свинца , цинка - в рудах составляет 0,3-2 %, а в их концентратах - 20-70 %. Концентрация молибдена увеличивается от 0,1-0,05 % до 47-50 %, вольфрама - от 0,1-0,2 % до 45-65 %, зольность угля снижается от 25-35 % до 2-15 %. В задачу обогащения входит также удаление вредных примесей минералов (мышьяк , сера , кремний и т. д.). Извлечение ценных компонентов в концентрат в процессах обогащения составляет от 60 до 95 %.

Операции обработки, которым подвергают на обогатительной фабрике горную массу, подразделяют на: основные (собственно обогатительные); подготовительные и вспомогательные.

Все существующие методы обогащения основаны на различиях в физических или физико-химических свойствах отдельных компонентов полезного ископаемого. Существует, например, гравитационное , магнитное , электрическое , флотационное , бактериальное и др. способы обогащения.

Технологический эффект обогащения

Предварительное обогащение полезных ископаемых позволяет:

увеличить промышленные запасы минерального сырья за счёт использования месторождений бедных полезных ископаемых с низким содержанием полезных компонентов;
повысить продуктивность труда на горных предприятиях и снизить стоимость добываемой руды за счёт механизации горных работ и сплошной выемки полезного ископаемого вместо выборочной;
повысить технико-экономические показатели металлургических и химических предприятий при переработке обогащённого сырья за счёт снижения затрат топлива, электроэнергии, флюсов, химических реактивов, улучшения качества готовых продуктов и снижения потерь полезных компонентов с отходами;
осуществить комплексное использование полезных ископаемых, потому что предварительное обогащение позволяет извлечь из них не только основные полезные компоненты, но и сопутствующие, которые содержатся в малых количествах;
снизить затраты на транспортировку к потребителям продукции горного производства за счёт транспортирования более богатых продуктов, а не всего объёма добытой горной массы, содержащей полезное ископаемое;
выделить из минерального сырья вредные примеси, которые при дальнейшей их переработке могут ухудшать качество конечной продукции, загрязнять окружающую среду и угрожать здоровью людей.

Переработка полезных ископаемых осуществляется на обогатительных фабриках , представляющих собой сегодня мощные высокомеханизированные предприятия со сложными технологическими процессами.

Классификация процессов обогащения

Переработка полезных ископаемых на обогатительных фабриках включает ряд последовательных операций, в результате которых достигается отделение полезных компонентов от примесей. По своему назначению процессы переработки полезных ископаемых разделяют на подготовительные, основные (обогатительные) и вспомогательные (заключительные).

Подготовительные процессы

Подготовительные процессы предназначены для раскрытия или открытия зёрен полезных компонентов (минералов), входящих в состав полезного ископаемого, и деления его на классы крупности, удовлетворяющие технологическим требованиям последующих процессов обогащения. К подготовительным относят процессы дробления, измельчения, грохочения и классификации.

Дробление и измельчение

Дробление и измельчение - процесс разрушения и уменьшения размеров кусков минерального сырья (полезного ископаемого) под действием внешних механических, тепловых, электрических сил, направленных на преодоления внутренних сил сцепления, связывающих между собой частички твёрдого тела.

По физике процесса между дроблением и измельчением нет принципиальной разницы. Условно принято считать, что при дроблении получают частицы крупнее 5 мм , а при измельчении - мельче 5 мм . Размер наиболее крупных зёрен, до которого необходимо раздробить или измельчить полезное ископаемое при его подготовке к обогащению, зависит от размера включений основных компонентов, входящих в состав полезного ископаемого, и от технических возможностей оборудования, на котором предполагается проводить следующую операцию переработки раздробленного (измельчённого) продукта.

Раскрытие зёрен полезных компонентов - дробления или (и) измельчения сростков до полного освобождения зёрен полезного компонента и получения механической смеси зёрен полезного компонента и пустой породы (микста). Открытие зёрен полезных компонентов - дробление или (и) измельчения сростков до высвобождения части поверхности полезного компонента, что обеспечивает доступ к нему реагента .

Дробление проводят на специальных дробильных установках . Дроблением называется процесс разрушения твердых тел с уменьшением размеров кусков до заданной крупности, путём действия внешних сил, преодолевающих внутренное силы сцепления, связывающие между собой частицы твердого вещества.

Грохочение и классификация

Грохочение и классификация применяются с целью разделения полезного ископаемого на продукты разной крупности - классы крупности. Грохочение осуществляется рассеванием полезного ископаемого на решето и ситах с калиброванными отверстиями на мелкий (подрешётный) продукт и крупный (надрешётный). Грохочение применяется для разделения полезных ископаемых по крупности на просевных (просеивающих) поверхностях, с размерами отверстий от миллиметра до нескольких сотен миллиметров.

Грохочение осуществляется специальными машинами - грохотами .

Классификация материала по крупности производится в водной или воздушной среде и базируется на использовании различий в скоростях оседания частичек разной крупности. Большие частички оседают быстрее и концентрируются в нижней части классификатора, мелкие частички оседают медленнее и выносятся из аппарата водным или воздушным потоком. Полученные при классификации крупные продукты называются песками, а мелкие - сливом (при гидравлической классификации) или тонким продуктом (при пневмоклассификации). Классификация используется для разделения мелких и тонких продуктов по зерну размером не более 1 мм.

Основные (обогатительные) процессы

Основные процессы обогащения предназначены для выделения из исходного минерального сырья одного или нескольких полезных компонентов. Исходный материал в процессе обогащения разделяется на соответствующие продукты - концентрат(ы), пром.продукты и отвальные хвосты. В процессах обогащения используют отличия минералов полезного компонента и пустой породы в плотности, магнитной восприимчивости , смачиваемости , электропроводности , крупности, форме зёрен, химических свойствах и др.

Различия в плотности минеральных зёрен используются при обогащении полезных ископаемых гравитационным методом . Его широко применяют при обогащении угля , руд и нерудного сырья.

Полезные ископаемые, компоненты которых имеют различия в электропроводности или имеют способность под действием тех или иных факторов приобретать разные по величине и знаку электрические заряды , могут обогащаться способом электрической сепарации . К таким полезным ископаемым относятся апатитовые , вольфрамовые , оловянные и другие руды.

Обогащение по крупности используется в тех случаях, когда полезные компоненты представлены более крупными или, наоборот, более мелкими зёрнами в сравнении с зёрнами пустой породы. В россыпях полезные компоненты находятся в виде мелких частичек, поэтому выделение крупных классов позволяет избавиться от значительной части породных примесей.

Различия в форме зёрен и коэффициенте трения позволяет отделять плоские чешуйчатые частички слюды или волокнистые агрегаты асбеста от частичек породы, которые имеют округлую форму. При движении по наклонной плоскости волокнистые и плоские частички скользят, а округлые зёрна скатываются вниз. Коэффициент трения качения всегда меньше коэффициента трения скольжения, поэтому плоские и округлые частички движутся по наклонной плоскости с разными скоростями и по разным траекториям, что создаёт условия для их разделения.

Различия в оптических свойствах компонентов используется при обогащении полезных ископаемых способом фотометрической сепарации . Этим способом осуществляется механическое рудоразделение зёрен, имеющих разный цвет и блеск (например, отделение зёрен алмазов от зёрен пустой породы).

Основные заключительные операции - сгущение пульпы , обезвоживание и сушка продуктов обогащения. Выбор метода обезвоживания зависит от характеристик материала, который обезвоживается, (начальной влажности, гранулометрического и минералогического составов) и требований к конечной влажности. Часто необходимой конечной влажности трудно достичь за одну стадию, поэтому на практике для некоторых продуктов обогащения используют операции обезвоживания разными способами в несколько стадий.

Для обезвоживания продуктов обогащения используют способы дренирования (грохоты , элеваторы), центрифугирования (фильтрующие, осадительные и комбинированные центрифуги), сгущения (сгустители, гидроциклоны), фильтрования (вакуум-фильтры, фильтр-прессы) и термической сушки.

Кроме технологических процессов, для нормального функционирования обогатительной фабрики должны быть предусмотрены процессы производственного обслуживания: внутрицеховой транспорт полезного ископаемого и продуктов его переработки, снабжения фабрики водой, электроэнергией, теплом, технологический контроль качества сырья и продуктов переработки.

Основные методы обогащения полезных ископаемых

По виду среды, в которой производят обогащение, различают обогащение:

сухое обогащение (в воздухе и аэросуспензии),
мокрое (в воде, тяжёлых средах),
в поле центробежных сил ,

Гравитационные методы обогащения основываются на различии в плотности, крупности и скорости движения кусков породы в водной или воздушной среде. При разделении в тяжёлых средах преимущественное значение имеет разница в плотности разделяемых компонентов.

Для обогащения наиболее мелких частиц применяют способ флотации , основанный на разнице в поверхностных свойствах компонентов (избирательной смачиваемости водой, прилипании частиц минерального сырья к пузырькам воздуха).

Продукты обогащения полезных ископаемых

В результате обогащения полезное ископаемое разделяется на несколько продуктов: концентрат (один или несколько) и отходы. Кроме того, в процессе обогащения могут быть получены промежуточные продукты.

Концентраты

Концентраты - продукты обогащения, в которых сосредоточено основное количество ценного компонента. Концентраты в сравнении с обогащаемым материалом характеризуются значительно более высоким содержанием полезных компонентов и более низким содержанием пустой породы и вредных примесей.

Отходы

Отходы - продукты с малым содержанием ценных компонентов, дальнейшее извлечение которых невозможно технически или нецелесообразно экономически. (Данный термин равнозначен употреблявшемуся ранее термину отвальные хвосты , но не термину хвосты , которые, в отличие от отходов, присутствуют практически в каждой операции обогащения)

Промежуточные продукты

Промежуточные продукты (промпродукты) - это механическая смесь сростков с раскрытыми зёрнами полезных компонентов и пустой породы. Промпродукты характеризуются более низким в сравнении с концентратами и более высоким в сравнении с отходами содержанием полезных компонентов.

Качество обогащения

Качество полезных ископаемых и продуктов обогащения определяется содержанием ценного компонента, примесей, сопутствующих элементов, а также влажностью и крупностью.

Обогащение полезных ископаемых идеальное

Под идеальным обогащением полезных ископаемых (идеальным разделением) понимается процесс разделения минеральной смеси на компоненты, при котором полностью отсутствует засорение каждого продукта посторонними для него частичками. Эффективность идеального обогащения полезных ископаемых составляет 100 % по любым критериям.

Частичное обогащение полезных ископаемых

Частичное обогащение - это обогащение отдельного класса крупности полезного ископаемого, или выделение наиболее легко отделяемой части засоряющих примесей из конечного продукта с целью повышения концентрации в нём полезного компонента. Применяется, например, для снижения

Некоторые полезные ископаемые, добытые из недр земли, непосредственно используются в отдельных отраслях народного хозяйства (камень, глина, известняк для строительных целей, слюда для электроизоляции и др.), но большая часть их предварительно подвергается обогащению.

Обогащением полезных ископаемых называется совокупность операций механической обработки полезного ископаемого с целью получения продуктов, годных для использования в народном хозяйстве.

Процесс обогащения полезных ископаемых осуществляется на специально оборудованных, высокомеханизированных предприятиях. Эти предприятия называются обогатительными фабриками , если основной задачей их является разделение минералов и дробильно-сортировочными фабриками , если обогащение сводится в основном к дроблению горных пород и разделению их по крупности и прочности.

Полезные ископаемые на обогатительных фабриках проходят целый ряд последовательных операций, в результате полезные компоненты отделяются от примесей. Процессы обогащения полезных ископаемых по своему назначению делятся на подготовительные, основные и вспомогательные.

К подготовительным относят процессы дробления, измельчения, грохочения и классификации. Их задача - привести минеральные компоненты в такое состояние, при котором возможно вести разделение (уменьшение крупности, разделение по крупности и др.);

К основным относят следующие процессы:

гравитационные;

флотационные;

магнитные;

электрические;

специальные;

комбинированные.

Задача основных процессов обогащения - разделить полезный минерал и пустую породу.

К вспомогательным относят обезвоживание, пылеулавливание, очистку сточных вод, опробование, контроль и автоматизацию, разгрузку, транспортирование материала в сухом виде и с водой, перемешивание, распределение материала и реагентов по машинам и др.

Задача этих процессов - обеспечить оптимальное протекание основных процессов.

Все, что поступает на обогащение или в отдельную операцию обогащения, называется исходным материалом, или питанием.

Исходным материалом для обогатительного предприятия является руда. Процентное содержание ценного компонента в исходном материале (руде) обычно обозначается через (альфа). Продуктами обогащения (или операции) называют материалы, получаемые в результате обогащения - концентрат , промежуточный продукт (промпродукт) и хвосты .

Концентратом называется продукт обогащения, в котором содержание ценного компонента больше, чем в исходном материале. Процентное содержание ценного компонента в концентрате обозначается через (бэта).

Хвостами называется продукт обогащения, имеющий незначительное содержание ценного компонента по сравнению с исходной рудой. Процентное содержание ценного компонента в хвостах принято обозначать через (тэта). Хвосты представляют собой, главным образом, пустую породу и вредные примеси.

Промежуточным продуктом (промпродуктом) называется продукт, в котором содержание ценного компонента меньше, чем в концентрате, и больше, чем в хвостах. Содержание в нем ценного компонента обозначается через . Промпродукты обычно направляются на дополнительную переработку.

Концентраты и хвосты могут являться как продуктами отдельных операций, так и конечными продуктами процесса обогащения. Качество конечных или так называемых товарных концентратов должно соответствовать государственному стандарту (ГОСТу). Каждым ГОСТом предусматривается минимальное содержание в концентратах ценного компонента и допускаемые содержания примесей.

Для оценки результатов обогащения применяются следующие основные технологические показатели и их условные обозначения:

Выход (гамма) - количество полученного продукта, выраженное в процентах (или долях единицы) к исходному материалу.

Выход концентрата , промпродукта , хвостов определяется из следующих выражений:

где С - количество концентрата;

М - количество переработанной руды;

П - количество промпродукта.

Степень извлечения е (эпсилон) - выраженное в процентах отношение количества ценного компонента в данном продукте (обычно в концентрате) к количеству его в исходном материале (руде), принятому за 100%. Степень извлечения в концентрат , промпродукт , хвосты определяется из формул:

Степень концентрации (или коэффициент обогащения) К - отношение содержания ценного компонента в концентрате к содержанию его в исходном материале (руде):

Часто неизвестна масса продуктов. А вот содержание полезного компонента в продуктах известно практически всегда.

Выход концентрата и хвостов, его извлечение определяются через содержания следующими формулами:

По таким формулам в процессе работы на фабриках можно производить оценку обогащения, имея лишь данные химического анализа руды () и продуктов обогащения ( , ). Аналогичным путем могут быть получены уравнения и формулы для случая, когда в процессе обогащения получаются два концентрата и хвосты, т. е. для двух ценных компонентов.

Эти уравнения являются различными выражениями общего правила, заключающегося в том, что количество материала, поступающего на обогащение, равно сумме получаемых продуктов