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.

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.


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.


им 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.

щность 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.

В.Б.Кусков


САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2015

Содержание

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.


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

Форма

Слюды

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); Pмасса (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 = (Qi /Qисх)100,%

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

к =Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование 100,%; хв = Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование 100,%;

Сумма выходов концентрата и хвостов равна:

к + хв = 100 %.

Очевидно, что

Qкон + Qхв = Qисх.;

Ркон + Рхв = Рисх.

Эта формула справедлива и для любого количества продуктов:

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).

Содержание в i – ом продукте:

Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование.

На практике содержания обычно определяют химическим анализом.

Извлечение полезного компонента в i – ий продукт:

Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудованиеi = Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование100,%, или i=Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование%.

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 Qисх = 200 т/ч, по концентрату – Q кон = 50 т/ч. Производительность по расчетному компоненту Рисх = 45  т/ч, по компоненту в концентрате Ркон = 40  т/ч.

Qхв = QисхQкон= 200 – 50 = 150 т/ч;

кон = (Qкон/Qисх)100 = (50/200)100 = 25 %;

хв = исх – к = 100 – 25 = 75%,

или хв= (Qхв/Qисх)100 =(150/200).100=75%;

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

Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование=Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование=Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование= 22,5 %;

Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование=Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование=Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование= 80 %;

Рхв= РисхРкон= 45 – 40 = 5,

тогда Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование=Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование=Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование=3,33 %.

Либо воспользовавшись, уравнение баланса имеем:

к кон+ хв кон = исх исх,

хв = Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование=Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование= 3,33 %.

Обогащение полезных ископаемых: основные методы, технологии и оборудование

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector