Ведение

ОСНОВЫ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

(конспект лекций)

В.Б.Кусков

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

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.. 19

2. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ.. 22

2.1. ГРАВИТАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ.. 22

2.3. МАГНИТНЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ.. 34

2.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОГАЩЕНИЕ. 37

2.5. специальные МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ.. 41

2.6. КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ.. 46

3 ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ.. 47

3.1. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ.. 47

3.2. ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЕ. 51

3.3. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД.. 52

3.3 ОПРОБОВАНИЕ, КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ.. 53

4. ОБОГАТИТЕЛЬНЫЕ ФАБРИКИ.. 53

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:

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 – b, - 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 a, в концентрате – b, в хвостах – J). 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 – g_и, g_к, g_хв - это отношение массы продукта к массе исходной руды; выход любого продукта обогащения выражают в процентах, реже в долях единицы;

· извлечение ценного компонента – e_и, e_к, e_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:

g _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:

g_к = 100, %; g_хв = 100, %;

Сумма выходов концентрата и хвостов равна:

g_к + g_хв = 100 %.

Очевидно, что

Q _кон + Q _хв = Q _исх.;

Р _кон + Р _хв = Р _исх.

Эта формула справедлива и для любого количества продуктов:

g₁ + g₂ +…+ g_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:

.

На практике содержания обычно определяют химическим анализом.

Извлечение полезного компонента в i – ий продукт:

Сумма извлечений концентрата и хвостов равна:

e_к + e_хв = 100 %.

Эта формула справедлива и для любого количества продуктов:

e₁ + e₂ +… e_n = 100 %.

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

g_к × b_кон+ g_хв × b_кон = g_исх × b_исх.

Уравнение справедливо также для любого числа продуктов:

g₁ × b₁+ g₂ × b₂ +…+g_n × b_n = g_исх × b_исх.

Следует отметить, что g_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;

g_кон = (Q _кон/ Q _исх)× 100 = (50/200)× 100 = 25 %;

g_хв = g_исх – g_к = 100 – 25 = 75%,

или g_хв= (Q _хв/ Q _исх)× 100 =(150/200)^.100=75%;

очевидно, что Q _хв = (g_{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:

g_к × b_кон+ g_хв × b_кон = g_исх × b_исх,

b_хв = = = 3, 33 %.