Значение и задачи обогащения полезного ископаемого
Читайте также:
|
Природное минеральное сырье, добываемое из недр земли, в большинстве случаев не может быть в естественном виде использовано в народном хозяйстве, поскольку не удовлетворяет требованиям по качеству. Непосредственная металлургическая или химическая переработка добываемых руд из-за низкого содержания полезного компонента, экономически невыгодна. Поэтому возникает необходимость предварительного повышения их качества.
Кроме того в добытых полезных ископаемых часто содержатся вредные компоненты. Например, кремнезем, сера и фосфор в железных рудах, фосфор в рудах титана и ниобия, железо в циркониевых рудах, сера в углях и т.д. Вредные примеси должны быть максимально удалены из руды до металлургической переработки, так как они ухудшают качество получаемого металла.
В связи с отмеченными обстоятельствами более 80 % добываемых полезных ископаемых подвергается обогащению.
Обогащение полезных ископаемых – это совокупность методов и процессов первичной переработки минерального сырья с целью концентрации ценных компонентов в кондиционных продуктах путем удаления пустой породы и разделения минералов.
При обогащении полезных ископаемых решаются следующие основные задачи:
• повышается содержание полезного компонента в сырье;
• из сырья удаляется большая часть вредных примесей;
• достигается однородность сырья по крупности и вещественному составу.
Обогащение полезных ископаемых производится на обогатительных фабриках, являющихся самостоятельными структурами или входящими в состав горно-обогатительных или горно-металлургических комбинатов.
В результате обогащения природного минерального сырья получают один или несколько концентратов и отходы (хвосты).
Концентратомназывается продукт обогащения, имеющий более высокое по сравнению с рудой содержание полезного компонента и пригодный для дальнейшей переработки или непосредственного применения в народном хозяйстве. По содержанию основного полезного компонента, примесей, влаги и по гранулометрическому составу концентраты должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов, ОСТов или технических условий. Концентраты получают свое название по основному металлу или минералу (медный, свинцовый, рутиловый, лопаритовый и т. д.), концентрирующемуся в них в процессе обогащения.
Отвальными хвостаминазываются отходы обогащения, состоящие в основном из пустой породы и с незначительным содержанием полезных компонентов, извлечение которых технологически невозможно или экономически невыгодно.
Качество продуктов обогащения (концентратов) определяется содержанием в них ценных компонентов (полезных минералов), примесей и гранулометрическим составом.
На обогатительных фабриках, обрабатывающих некоторые неметаллические ископаемые, часто получают концентраты, представляющие собой окончательные товарные продукты (известняк, асбест, графит и т. д.), но в большинстве случаев процесс обогащения является промежуточным звеном между добычей сырья и металлургической плавкой (или химической переработкой) концентратов.
В результате обогащения достигается значительное повышение содержания полезных компонентов в концентратах по сравнению с рудой.
На ряде фабрик цветной металлургии в концентраты извлекаются более 93 % содержащейся в исходной руде меди, 82 – 90 % свинца и цинка, 70 – 85 % никеля, вольфрама, молибдена, олова и других металлов.
При обогащении полезных ископаемых важным является правильное определение глубины обогащения, определяющей содержания ценных компонентов в хвостах и продуктах обогащения. Для каждого вида сырья оптимальная глубина обогащения определяется путем технико-экономического обоснования, с учетом технологических, экономических и экологических факторов.
Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 9 | Нарушение авторских прав
lektsii.net — Лекции.Нет — 2014-2020 год. (0.006 сек.)
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Источник
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.
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.
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
Источник
Обогащение сырья и топлива — первоначальный этап их переработки. Его проводят в тех случаях, когда получить необходимый продукт непосредственно из сырья невозможно, или экономически нецелесообразно. Обогащению подвергаются почти все руды цветных металлов, нерудное сырье химической промышленности, основная часть железных руд, около половины угля. Сущность его заключается в отделении полезного компонента от пустой породы, вредных примесей, или в разделении полезных веществ сырья с целью повышения их содержания.
Необходимость обогащения руд обусловлено низким содержанием полезного компонента. Так, в отдельных рудах цветных металлов его удельный вес составляет десятые доли процента (содержание свинца в руде составляет 1,5-3 %, меди – 0,7- 7 %, цинка – 2-4 %, молибдена – 0,1- 0,5 %) . Получить металл из таких руд экономически невыгодно, так как требуется плавить значительное количество пустой породы. На это дополнительно требуется вспомогательное сырье, топливо, энергия, трудовые ресурсы, что увеличивает себестоимость готовой продукции (табл.1). При значительном содержании пустой породы невыгодно также транспортировка сырья, так как для этого требуются дополнительные транспортные средства. Для перевозки пустой породы каждого миллиона тонн угля зольностью 10 % необходимо 15-20, а 15 % — 20-30 эшелонов. С развитием производства возрастает значение обогащения ископаемых в связи с понижением доли полезного вещества в добываемой руде. Обогащение позволяет использовать в хозяйственных целях «бедные» руды, отходы производства и тем самым расширить сырьевую базу промышленности, лучше использовать природные ресурсы в экономике.
ТАБЛИЦА 1.Эффективность производства свинцав зависимости от качества сырья
Содержание свинца, % | Расход кокса на 1 т свинца, т | Потери свинца, % | Извлечение свинца из сырья, % |
10 | 11,4 | 31,0 | 69,0 |
30 | 2,6 | 8,8 | 91,0 |
50 | 1,0 | 4,0 | 96,0 |
Особенность обогащения твердых полезных ископаемых состоит в предварительной подготовке сырья. Сущностью этой стадии является измельчение и сортировка сырья с целью наиболее полного раскрытия полезного вещества из пустой породы. Поэтому размеры минералов определяют и степень дробления руды *. Для измельчения используют различные дробилки, мельницы (рис.5). В дробилках получают более крупные куски руды и не всегда полностью раскрывают минерал. Более мелкий материал получают на мельницах, где измельчение осуществляется под воздействием удара, как и на дробилках, так и трения. Так, в шаровых мельницах породу загружают во вращающийся барабан. В нем имеются шары, которые падают на руду и ударом, трением измельчают ее. Дробление не дает продукт одинаковых размеров. Поэтому измельченую руду сортируют на грохотах, которые представляют сито. На его подается порода. Крупные куски больше размеров ячеек сита скатываются по поверхности, а частицы меньше отверстий проваливаются. Кусочки породы необходимых размеров подаются на обогащение, а более крупные — на дополнительное измельчение. Приглашаем вам поучаствовать в конкурсе для блоггеров на сайте runetbiz.com на самые смешные истории, которые произошли с вами во время отпуска или на отдыхе. Победитель самой смешной истории получит 2000 рублей, а остальные получат разнообразные ценные призы:)
Обогащение сырья основано на использовании различных физических и химических свойств составляющих компонентов породы: удельного веса, размеров и формы частиц породы, коэффициента трения, цвета, магнитных качеств и др. Разнообразие свойств минералов определяет и различные способы обогащения. Простейшим способом является ручная отборка, при которой минералы выбирают из общей массы по внешнему виду. Это весьма трудоемкий процесс и для его механизации применяются различные манипуляторы, фотоэлементы. Разделить породу на части в зависимости от размеров кусков возможно простым грохочением. Таким способом разделяют песчано-гравийную смесь на, валуны, гравий и песок. Обогащение трением применяется для пород с различными коэффициентами трения минералов. Частицы руды с более гладкой поверхностью скатываются быстрее и дальше перемещаются от центра, сепаратора. И наоборот, руда с большим коэффициентом трения двигается с меньшей скоростью, имеет другую траекторию и падает ближе к сепаратору во вторую камеру.
* Дробление каменного угля проводится до кусков размером 50-100 мм, марганцевой руды — 10-25, большинства руд цветных металлов — 0,07-0,2 мм.
РИС. 5. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ОСНОВНЫХ ТИПОВ ДРОБИЛОК И МЕЛЬНИЦ
Приведенные способы обогащения имеют второстепенное значение. Основными способами являются флотация, гравитационное разделение руды, электромагнитная и электростатическая сепарация.
Одно из основных свойств вещества — плотность. На основе различного удельного веса частицы породы двигаются в воздухе или жидкой среде с определенной скоростью и траекторией. На этом принципе основано гравитационное разделение руды на полезные вещества и пустую породу. Наиболее простым видом гравитационного обогащения является ручная промывка золота старателями. Этот вид разделения породы распространен и в
Промышленности, где он еще называется отсадкой или промывкой.
При этом руду дробят и помещают на сито в воде (рис.6.). Поршнем, диафрагмой и другими способами изменяют уровень воды, который поднимается и опускается. При этом легкие фракции вымываются и уносятся водой, а тяжелые остаются на сите и выгружаются с него. Промывку проводят и на наклонных столах, в специальных желобах.
|
РИС. 6. СХЕМЫ ОТСАДОЧНЫХ МАШИН
В промышленности гравитационное обогащение проводят в жидкой среде следующим образом. Измельченную породу смешивают с водой. Получают вещество, которое называется пульпа. Ее подают в отстойник, который разделен перегородками на секции. Самые тяжелые частицы руды оседают в ближайшей камере, более легкие в последующих, а самые легкие могут выноситься водой из отстойника (рис.7.). Таким образом, руду разделяют на различные вещества. Более качественное обогащение проводят в тяжелых средах, что уменьшает потери полезных компонентов в отходах по сравнению с простой гравитацией. В этом случае вместо однородной жидкости используют ее смесь с различными добавками тяжелых веществ — измельченного до порошкового состояния кварца, глины — суспензию. В результате повышается плотность жидкости. Суспензию смешивают с подготовленной породой и смесь подают в отстойник. Получают в зависимости от плотности породы осевшую и всплывшую фракции, которые разделяют. Гравитационное обогащение возможно проводить с использованием центробежных сил. В этом случае разделение руды происходит под влиянием сил, возникающих при вращательном движении породы. Тяжелые и легкие частицы имеют различную скорость движения и располагаются в определенных частях машины. Гравитационное обогащение отдельных ископаемых (слюд, асбеста и др.) проводят в воздушной среде. При этом легкие частицы породы переносятся струей воздуха, а тяжелые остаются на месте.
|
РИС. 7. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА МОКРОГО ГРАВИТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ
Работа пневматических установок сопровождается значительным пыле образованием, что ухудшает санитарно-гигиенические условия труда и требует дополнительных затрат на вентиляцию. Эти обстоятельства сдерживают использование гравитационного обогащения в воздушной среде.
Один из распространенных способов обогащения — флотация. Она основана на различной смачиваемости жидкостью компонентов руды. Этим способом обогащают руды цветных металлов, апатит, графит, серу, железные и марганцевые руды, уголь, соли и др. Широкое распространение флотация получила из-за использования весьма мелкого состава вещества (до 10 мк), а также возможности разделять руды, в которых компоненты имеют одинаковую плотность, цвет, электропроводимость и другие свойства. В природе преимущественно встречаются вещества с хорошей смачиваемостью. Плохие эти свойства, природную флотируемость имеют только сера, графит, каменный уголь, озокерит. Однако, если два минерала имеют даже одинаковую смачиваемость, то различные эти свойства возможно создать искусственно использованием специальных веществ-реагентов. По назначению они подразделяются на пенообразователи (спирты, растительные масла, фенолы и др.), которые в пульпе способствуют образованию устойчивых пузырьков воздуха; собиратели вещества, которые уменьшают смачиваемость компонентов, создают на поверхности минерала воздушную пленку, что облегчает прилипание частиц воздуха до породы. В качестве собирателей в основном используют органические кислоты, растительные масла, каменноугольную, сланцевую смолы. Другие вещества — подавители (депресаторы) — увеличивают смачиваемость отдельных частиц руды. В их качестве применяют соли натрия, крахмал. На основе различного соединения реагентов возможно выделить из руды все ценные компоненты в определенной последовательности (селективности). При этом в зависимости от вещества руды каждый реагент может выполнять различные функции. Сущность производственного процесса сводится к подаче во флотационную машину пульпы — смеси измельченной руды с водой. Во флотационной камере осуществляется механическое и воздушное перемешивание пульпы. В результате плохой смачиваемости водой частицы одних минералов прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность, где образуют пену. При этом частицы руды всплываю на поверхность независимо от плотности. Может быть, что более тяжелые вещества всплывают, а легкие тонут (рис.8.).
|
РИС.8. СХЕМА ФЛОТАЦИОННЫХ ЯВЛЕНИЙ
Образованная пена удаляется, из флотационной машины и просушивается до состояния готового продукта. Другие частицы породы смачиваются жидкостью, и к ним воздух не прилипает. Они остаются в пульпе или падают на дно флотационной камеры и образуют отходы производства — шламы. В результате происходит разделение породы на готовый продукт и отходы. В процессе одноразовой флотации не всегда возможно получить качественный продукт с высоким содержанием полезного вещества. Поэтому флотацию руды часто проводят многократно, или используют ее с другими методами обогащения, например, с магнитной сепарацией.
Магнитное обогащение основано на различных магнитных свойствах полезного вещества руды и пустой породы. Этот способ применяют для обогащения магнетитовых и марганцевых руд, для изъятия из обогащаемого материала стальных предметов, что предохраняет технологическое оборудование от поломок. Принципиальная схема обогащения состоит в подаче подготовленной руды в специальный аппарат — сепаратор, где создается магнитное поле.
РИС. 9. СХЕМА МАГНИТНОГО СЕПАРАТОРА
Под его воздействием компоненты породы в зависимости от магнитных свойств двигаются по различным траекториям (рис. 9.). Частицы, которые легко намагничиваются, притягиваются магнитом, а не намагниченный компонент руды не меняет линии движения и падает в другой бункер. Таким образом, руда разделяется на магнитный и немагнитный продукт. Содержание магнетита в готовом продукте достигает 90 %. Процесс обогащения может проводиться в воздушной и жидкой среде. Последний случай используется для мелкоизмельченных руд, что снижает запыленность окружающей среды. Конструктивно магнитные сепараторы бывают барабанными и ленточными.
Электростатическая сепарация основана на различных электростатических свойствах компонентов руды. Под воздействием трения, электродов частицам руды сообщается электрический заряд. Подготовленная таким способом порода подается в постоянное электрическое поле сепаратора. Электростатические сепараторы имеют, как правило, вращающийся барабан, который представляют один из электродов электрической системы. Электропроводящие компоненты руды (золото, серебро, колчедан и др.) быстро отдают противоположный заряд электроду, отталкиваются от него и падают в бункер (рис.10.). Непроводящие ток частицы руды задерживаются на барабане и снимаются с него щеткой в бункер пустой породы. Как правило, сепарацию проводят многоразово, а готовый продукт содержит до 90 % полезного вещества. Таким способом разделяют руды цветных металлов (рутил от циркония), слюды (вермикулит) от пустой породы.
Обогащение жидких и газовых полезных ископаемых основано на различных температурах кипения, конденсации, особенностях ректификации, абсорбции (поглощения компонентов веществом), десорбции (выделение из вещества компонента) и других свойствах.
В результате обогащения ископаемых получают концентрат и отходы. Концентрат — конечный продукт с повышенным содержанием полезного вещества по сравнению с рудой. Извлечь из руды все полезные вещества невозможно по технологической причине. Поэтому часть его (5-20 % от общей массы в руде) остается в обработанной руде, входит в пустую породу и составляет отходы обогащения. В них содержание полезного компонента меньше, чем в руде, и основная часть представлена пустой породой. Твердые отходы обогащения называются «хвостами», жидкие — шламами.
РИС. 10. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО СЕПАРАТОРА |
Технико-экономическая специфика обогащения характеризуется значительным расходом руды на единицу концентрата из-за малого содержания полезного вещества в сырье. Это обусловливает большую материалоемкость производства. Невыгодна и транспортировка необогащенной породы на значительное расстояние, что требует дополнительных затрат. Концентрат, как продукт с большим содержанием полезного вещества, перевозить более выгодно, чем руду. Поэтому горнообогатительные фабрики, или горнообогатительные комбинаты — так называются предприятия, на которых обогащают руду, размещаются в районах добычи полезных ископаемых.
Микроположение предприятий в конкретном районе зависит от водообеспечения той или иной производственной площадки, так как обогащение преимущественно проводится в жидкой среде и значительные объемы переработки руды увеличивают значение водных ресурсов в размещении предприятий.
Экологическое влияние обогащения обусловлено, прежде всего, образованием твердых и жидких отходов, которые складируются в отвалах, на специальных хранилищах около предприятий. Под них отводятся земли даже из под хозяйственной деятельности. Отвалы и шламохранилища загрязняют воздух, почву, воды. Влияние на окружающую среду зависит от химического состава пород. Обогащение ископаемых в жидкой среде больше загрязняет воду механическими веществами, химическими реагентами. Использование обогащения в воздушной среде повышает загрязнение атмосферы.
Источник