Выход основной продукции от массы полезной

В процессе обогащения руд выделяются концентраты ( один или несколько), отходы ( хвосты) и промежуточные продукты, которые, как правило, не являются конечными продуктами обогащения и подвергаются переработке в схемах обогащения в виде оборотных продуктов.

Концентратомназывается продукт обогащения, содержащий значительно больше ценного компонента по сравнению с исходным. По своему химическому и минеральному составу готовый концентрат должен удовлетворять требованиям ( кондициям), определяемыми стандартами или техническими условиями, которые зависят от назначения концентратов и условий их дальнейшей переработки. В этих требованиях указывается содержание основного металла по маркам концентратов и содержание основных вредных примесей в них.

Концентраты называют по основному металлу, входящему в их состав, например, медный, никелевый, свинцовый, молибденовый, литиевый и др.

В каждой операции обогащения выделяются концентраты и хвосты, в первых содержание ценного компонента больше, чем в продукте, поступающем на обогащение, во вторых содержание ценного компонента меньше, чем в исходном продукте. Например, выделяются концентраты и хвосты основной операции обогащения, доводочной операции и т.п.

Отвальными хвостами называют отходы обогащения, содержащие главным образом минералы вмещающих пород и незначительные количества ценных компонентов, извлечение которых при современном уровне технологии и техники обогащения затруднено или экономически невыгодно.

Промежуточными продуктами(промпродуктами) называют такие продукты обогащения, в которых содержание полезного компонента выше, чем в исходном продукте, но ниже, чем в концентрате. Промпродукты занимают, таким образом, промежуточное положение между концентратом и хвостами и являются оборотными. Иногда они подвергаются обогащению в отдельном цикле обогатительными или химико-металлургическими методами.

Результаты процессов обогащения оцениваются несколькими технологическими показателями: извлечение ценных компонентов в концентраты, выходом и качеством продуктов обогащения, степенью обогащения и эффективностью обогащения.

Извлечением называется отношение количества ценного компонента, выделяемого в концентрат, к его количеству в исходной руде или исходном продукте, выраженное в процентах. Эта величина характеризует полноту перевода ценного компонента из обогащаемой руды в продукты обогащения – концентрат и хвосты, иногда и в промпродукт. Это один из важнейших технологических показателей технологии обогащения руд и работы обогатительных фабрик.

Выход – это отношение массы какого-либо продукта обогащения к массе переработанной руды или исходного продукта, выраженной в процентах или в долях единицы.

Качество продуктов обогащения определяется содержанием в нем полезного компонента, которое определяется обычно методами химического, атомно-абсорбционного и др. видами анализов.

Если обозначить: γк – выход концентрата, α – содержание металла в руде, β – содержание металла в концентрате, θ – содержание металла в хвостах, а ε – извлечение металла в концентрат, то можно составить баланс металла по руде и продуктам обогащения, т.е. количество металла в руде равно сумме его в концентрате и хвостах

100α = γкβ+ γхвθ (1)

Если принять выход исходной руды в за 100%, то выход хвостов будет равен 100 – γк,

Тогда уравнение (1) примет вид

100α = γкβ+(100 – γк)θ (2)

И выход концентрата

γк= (3)

Откуда извлечение металла в концентрат можно подсчитать по формуле

ε = (4)

Если выход концентрата неизвестен, то извлечение определяется по формуле:

,% (5)

Например, при обогащении свинцовой руды, содержащей 2,5% свинца выделен концентрат с содержанием 55% свинца, и отвальные хвосты, содержащие 0,25% свинца. Подставляя значения содержания в приведенные выше формулы получим:

выход концентрата

γк= =

извлечение в свинцовый концентрат

ε =

выход хвостов

γхв = 100 – γк = 100 – 4,1 = 95,9

Эффективность обогащения характеризуется также степенью обогащения или степенью концентрации и эффективностью обогащения.

Степень обогащения К – это отношение содержания полезного компонента в концентрате к его содержанию в исходной руде или исходном продукте, т.е.

К = , (6)

Иногда пользуются величиной С, которая называется степенью сокращения и показывает во сколько раз выход полученного концентрата меньше количества переработанной руды или исходного продукта, т.е.

С = , (7)

Эффективность обогащения η при выделении из руды двух продуктов – концентрата и хвостов определяется по формуле Ханкока- Люйкена:

η = (8)

При значении величины η > 75% процесс обогащения весьма эффективен, при η <75% и >50% процесс обогащения эффективен и при η<25% процесс неэффективен

Для приведенного выше примера расчета технологических показателей обогащения свинцовых руд :

К = , С = и η = 0,89

Классификация продуктов обогащения

В результате обогащения полезные ископаемые разделяются на несколько продуктов:

1. концентраты (один или несколько);

2. отходы;

3. промежуточные продукты (промпродукты).

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

Отходы — продукты обогащения, в которых сосредоточено основное количество пустой породы, вредных примесей и небольшое (остаточное) количество полезных компонентов.

Промежуточные продукты (промпродукта) — это механическая смесь сростков с раскрытыми зернами полезных компонентов и пустой породы. Промпродукты характеризуются низким по сравнению с концентратами и более высоким по сравнению с отходами содержанием полезных компонентов.

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

Результаты обогащения полезного ископаемого характеризуются качественно-количественным показателями, основные из них следующие:

§ выход продукта обогащения;

§ содержание компонента;

§ извлечение;

§ степень сокращения.

Выход продукта обогащения — показатель, что определяет, какую часть массы полезного ископаемого, что перерабатывается, составляет тот или иной продукт. Выход продукта обогащения определяется по формуле

, (1.1)

где Qпр и Q – масса полученного продукта и исходного питания, т.

Суммарный выход всех продуктов обогащения должен соответствовать выходу исходного обогащаемого полезного ископаемого, что принимается за 100%. Если при обогащении получают два конечных продукта — концентрат с выходом gк и отходы с выходом gотх, то это условие записывается таким уравнением, выражающим баланс выходов продуктов обогащения:

gк + gотх = 100% (1.2)

Содержание компонента — показатель, характеризующий долю компонента (полезного, вредного, нейтрального) в полезном ископаемом или в продукте обогащения. Содержание компонентов в полезном ископаемом a и в продуктах обогащения b выражают в процентах, иногда в долях единицы.

Содержание драгоценных металлов в рудах и продуктах обогащения обычно выражают как отношение массы металла к массе руды — г/т.

Суммарное количество любого компонента, содержащегося в конечных продуктах обогащения, должно соответствовать количеству этого компонента в исходном полезном ископаемом. Если при обогащении получены два конечных продукта — концентрат и отходы, то это условие запишется равенством:

gк х bк+ gотх х b отх = 100 х a (1.3)

Если при обогащении получены три конечных продукта — концентрат, отходы и промпродукт, то уравнение принимает вид:

gк х bк+ gотх х b отх + gпп х b пп = 100 х a (1.4)

Равенства (1.2), (1.3) и (1.4) называются уравнениями баланса продуктов обогащения.

Извлечение – это показатель, который определяет, какая часть массы ценного компонента, содержащегося в исходном сырье, перешла в концентрат или другой продукт обогащения. Извлечение выражается в процентах, реже в долях единицы:

εі = , % , (1.5)

где:

γпр — выход продукта от исходного питания, %;

β – содержание компонента в продукте, %;

α – содержание компонента в исходном питании, %.

При двух продуктах обогащения – концентрат и отходы – извлечение полезного компонента к концентрату (εк) и в отходы (εотх) записываем следующим образом:

Суммарное извлечение Sεі одного (данного) компонента во все конечные продукты обогащения составляет 100%, то есть: eк + eотх = 100%; eк + eотх + eпп = 100%;

Степень сокращения kc — величина, которая показывает во сколько раз выход полученного концентрата gк меньше количества переработанного полезного ископаемого:

kc = 100/gк (1.6)

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).