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

(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:

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 %.

Задача основных процессов обогащения  разделить полезный минерал и пустую породу. В их основе лежат различия в физических и физико-химических свойствах разделяемых минералов.

Наиболее часто в практике обогащения используются гравитационные, флотационные и магнитные методы обогащения.

2.1. Гравитационный метод обогащения

Гравитационным методом обогащения называют такой, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером и формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в текучих средах под действием силы тяжести и сил сопротивления. Гравитационный метод занимает ведущее место среди других методов обогащения. Гравитационный метод представлен рядом процессов. Они могут быть собственно гравитационными (разделение в поле силы тяжести – обычно для относительно крупных частиц) и центробежными (разделение в центробежном поле – для мелких частиц). Если разделение происходит в воздушной среде, то процессы называют пневматическими; в остальных случаях – гидравлическими. Наибольшее распространение в обогащении получили собственно гравитационные процессы, осуществляемые в воде.

По типу используемых аппаратов гравитационные процессы можно разделить на отсадку, обогащение в тяжелых средах, концентрацию на столах, обогащение на шлюзах, в желобах, винтовых сепараторах, обогащение на центробежных концентраторах, противоточных сепараторах и др. Также к гравитационным процессам обычно относят промывку.

Гравитационные процессы используют при обогащении углей и сланцев, золото- и платиносодержащих руд, оловянных руд, окисленных железных и марганцевых руд, хромовых, вольфрамитовых и руд редких металлов, строительных материалов и некоторых других видов сырья.

Основные преимущества гравитационного метода в экономичности и экологической чистоте. Также к преимуществам можно отнести высокую производительность, характерную для большинства процессов. Основной недостаток в трудности эффективного обогащения мелких классов.

Гравитационные процессы используют как самостоятельно, так и в сочетании с другими обогатительными методами.

Наиболее распространенным методом гравитационного обогащения является отсадка. Отсадкой называется процесс разделения минеральных частиц по плотности в водной или воздушной среде, пульсирующей относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении.

Этим методом можно обогащать материалы крупностью от 0,1 до 400 мм. Отсадка применяется при обогащении углей, сланцев, окисленных железных, марганцевых, хромитовых, касситеритовых, вольфрамитовых и других руд, а также золотосодержащих пород.

В процессе отсадки (рис. 2.1) материал, помещенный на решете отсадочной машины, периодически разрыхляется и уплотняется. При этом зерна обогащаемого материала под влиянием сил, действующих в пульсирующем потоке, перераспределяются таким образом, что в нижней части постели сосредотачиваются частицы максимальной плотности, а в верхней – минимальной (размеры и форма частиц также оказывают влияние на процесс расслоения).

При обогащении мелкого материала на решето укладывают искусственную постель из материала (например, при обогащении угля используется постель из пегматита), плотность которого больше плотности легкого минерала, но меньше плотности тяжелого. крупность постели в 5-6 раз больше крупности максимального куска исходной руды и в несколько раз крупнее отверстий в решете отсадочной машины. Более плотные частицы проходят сквозь постель и решето и разгружаются через специальную насадку на дне камеры отсадочной машины.

При обогащении крупного материала постель на решето специально не укладывают, она образуется сама из обогащаемого материала и называется естественной (обогащаемый материал крупнее, чем отверстия решета). Плотные частицы проходят сквозь постель двигаются над решетом и разгружаются через специальную разгрузочную щель в решете и, далее, элеватором из камеры машины.

И, наконец, при обогащении широко классифицированного материала (есть и мелкие и крупные частицы), мелкие плотные частицы разгружаются через решето, крупные плотные – через разгрузочную щель (рис 2.1).

В настоящее время известно около 100 конструкций отсадочных машин. Машины можно классифицировать следующим образом: по типу среды разделения - гидравлические и пневматические; по способу создания пульсаций – поршневые с подвижным решетом, диафрагмовые, беспоршневые или воздушно-пульсационные (рис. 2.2). Также машины могут быть для обогащения мелких классов, крупных классов, ширококлассифицированного материала. Наиболее распространена гидравлическая отсадка. А среди машин чаще всего применяются беспоршневые.

Поршневые отсадочные машины могут применяться для отсадки материала крупностью – 30 + 0 мм. Колебания воды создаются движением поршня, ход которого регулируется эксцентриковым механизмом. Поршневые отсадочные машины в настоящее время не выпускаются и фактически полностью заменены другими типами машин.

Диафрагмовые отсадочные машины применяют для отсадки железных, марганцевых руд и руд редких и благородных металлов крупностью Диафрагмовые отсадочные машины применяются для обогащения руд крупностью от 30 до 0,5 (0,1) мм. Они изготавливаются с различным расположением диафрагмы.

Диафрагмовые машины с горизонтальной диафрагмой обычно имеют две или три камеры. Колебания воды в камерах создаются движениями вверх и вниз конических днищ, обеспечиваемыми одним или несколькими (в зависимости от типа машины) эксцентрическими приводными механизмами. Ход конического днища регулируется поворотом эксцентриковой втулки относительно вала и затяжкой гаек, а частота его качаний – сменой шкива на валу электродвигателя. Корпус машины у каждой камеры соединен с коническим днищем резиновыми манжетами (диафрагмами).

Диафрагмовые отсадочные машины с вертикальной диафрагмой имеют две или четыре камеры с пирамидальными днищами, разделенными вертикальными перегородкой, в стенку которой вмонтирована гибко связанная с ней металлическая диафрагма, совершающая возвратно-поступательные движения.

Отсадочные машины с подвижным решетом в отечественной практике применяются для обогащения марганцевых руд крупностью от 3 до 40 мм. Машины серийно не изготавливаются. Приводной кривошипно-шатунный механизм решета расположен над корпусом машины. Решето совершает дугообразные движения, при котором материал разрыхляется и продвигается вдоль решета. Машины имеют двух- , трех- и четырехсекционные решета площадью 2,9-4 м 2 . Тяжелые продукты разгружаются через боковую или центральную щель. В зарубежной практике применяют отсадочные машины с подвижным решетом, позволяющие обогащать материал крупностью до 400 мм. Например, машина фирмы «Хумбольт – Ведаг» позволяет обогащать материал крупностью –400+30 мм. Отличительной особенностью этой машины является то, что один конец решета закреплен на оси и следовательно не движется в вертикальном направлении. Разгрузка продуктов разделения осуществляется при помощи элеваторного колеса. Машина отличается высокой экономичностью в работе.

Воздушно-пульсационные (беспоршневые) отсадочные машины (рис. 3.3) отличаются от других использованием сжатого воздуха для создания колебаний воды в отсадочном отделении. Машины имеют воздушное и отсадочное отделение и снабжены универсальным приводом, обеспечивающим симметричный и асимметричный циклы отсадки и возможность регулирования подачи воздуха в камеры. Основное преимущество беспоршневых машин заключается в возможности регулирования цикла отсадки и достижении высокой точности разделения при повышенной высоте постели. Эти машины применяются в основном для обогащения углей, реже руд черных металлов. Машины могут иметь боковые воздушные камеры (рис.2.3), подрешетные воздушные камеры, патрубочные подрешетные воздушные камеры.

При боковом расположении воздушных камер равномерность пульсаций воды в отсадочном отделении сохраняется при ширине камер не более 2 м. Для обеспечения равномерного распределения поля скоростей пульсирующего потока по площади отсадочного решета в современных конструкциях отсадочных машин применяют гидравлические обтекатели на конце перегородки между воздушным и отсадочным отделением.

Сжатый воздух поступает в воздушное отделение периодически через пульсаторы различных типов (роторные, клапанные и др.), устанавливаемые по одному на каждую камеру; также периодически воздух выпускается из воздушного отделения в атмосферу. При впуске воздуха уровень воды в воздушном отделении понижается, а в отсадочном отделении, естественно, повышается (т.к. это «сообщающиеся сосуды»); при выпуске воздуха происходят обратные явления. Благодаря этому совершаются колебательные движения в отсадочном отделении.

Обогащение полезных ископаемых в тяжелых средах основано на разделении минеральной смеси по плотности. Процесс происходит в соответствии с законом Архимеда в средах с плотностью, промежуточной между плотностью удельно-легкого и удельно-тяжелого минерала. Удельно-легкие минералы всплывают, а удельно-тяжелые погружаются на дно аппарата. Обогащение в тяжелых средах широко применяют в качестве основного процесса для углей трудной и средней категорий обогатимости, а также сланцев, хромитовых, марганцевых, сульфидных руд цветных металлов и др. Эффективность разделения в тяжелых средах выше эффективности обогащения на отсадочных машинах (это самый эффективный гравитационный процесс).

В качестве тяжелых сред применяют тяжелые жидкости и тяжелые суспензии. Между ними есть одно принципиальное различие. Тяжелая жидкость однородна (однофазна), тяжелая суспензия неоднородна (состоит из воды и взвешенных в ней частиц - утяжелителя). Поэтому обогащение в тяжелой жидкости в принципе приемлемо для частиц любой крупности.

Тяжелую суспензию можно считать псевдожидкостью с определенной плотностью лишь для достаточно больших (по сравнению с размерами частиц утяжелителя) частиц. Кроме того, вследствие общего движения частиц утяжелителя в определенном направлении под воздействием силового поля, в котором производится обогащение (гравитационного или центробежного), для получения однородной по плотности суспензии в аппаратах приходится производить ее перемешивание. Последнее неизбежно оказывает влияние и на частицы, подвергаемые обогащению. Поэтому нижний предел крупности частиц, обогащаемых в тяжелой суспензии, ограничен и составляет: при гравитационных процессах - для руд 2-4 мм, для углей - 4-6 мм; при центробежных процессах для руд - 0,25-0,5 мм, для углей 0,5-1 мм.

В качестве промышленной тяжелой среды используют тяжелые суспензии, т.е. взвесь мелких удельно-тяжелых частиц (утяжелителя) в среде, которой обычно является вода. (Тяжелые жидкости в промышленности не применяют из-за их высокой стоимости и токсичности) Гидравлические суспензии называют просто суспензиями. Наиболее часто используемыми утяжелителями являются магнетит, ферросилиций и галенит. Крупность частиц утяжелителя обычно0,15мм. Плотность суспензии определяется выражением:

 c = С( у – 1) + 1, г/см 3 ,

где: С – концентрация утяжелителя, д. ед.,  у – плотность утяжелителя, г/см 3 . Таким образом, меняя концентрацию утяжелителя можно приготовить суспензию требуемой плотности.

Обогащение в тяжелых суспензиях средне и крупнокускового материала производят в гравитационных сепараторах (в сепараторах со статическими условиями разделения). Обогащение мелкозернистого материала осуществляют в центробежных сепараторах (сепараторах с динамическими условиями разделения) – гидроциклонах. Остальные виды тяжелосредных сепараторов (аэросуспензионные, вибрационные) используются редко.

Тяжелосредные гравитационные сепараторы можно разделить на три основных типа  колесные, конусные и барабанные. Колесные сепараторы (рис.2.4) применяют для обогащения материала крупностью 400-6 мм, в отечественной практике в основном для угля и сланца. Чаще всего используют СКВ – сепаратор колесный с вертикальным элеваторным колесом.

В конусных суспензионных сепараторах (рис. 2.5) тяжелая фракция, как правило, разгружается внутренним или наружным аэролифтом. Эти сепараторы применяются для обогащения рудного материала крупностью –80(100)+6(2) мм

Конусные сепараторы с наружным аэролифтом (рис. 2.5) состоят из верхней цилиндрической и нижней конической частей. Нижняя коническая часть заканчивается переходным коленом, соединяющим конус с аэролифтом, поднимающим осевшие частицы. В трубу аэролифта через –форсунки подается сжатый воздух при давлении порядка 3-4·10 5 Па. Диаметр трубы аэролифта принимается равным не менее, чем трем размерам наибольшего куска руды. Всплывший продукт вместе с суспензией сливается в желоб, а тяжелый – подается аэролифтом в разгрузочную камеру.

Барабанный сепаратор (рис. 2.6) используется для обогащения рудного материала крупностью 150+3(5) мм, при высокой плотности обогащаемого материала.

Тяжелосредные обогатительные гидроциклоны конструктивно похожи на классифицирующие. Через питающий патрубок тангенциально подается обогащаемый материал вместе с тяжелой суспензией. Под действием центробежной силы (во много раз превышающей силу тяжести) происходит расслоение материала: плотные частицы перемещаются ближе к стенкам аппарата и «внешним вихрем» транспортируются к разгрузочной (песковой) насадке, легкие частицы перемещаются ближе к оси аппарата и «внутренним вихрем» транспортируются к сливной насадке.

Технологические схемы обогащения в тяжелых суспензиях практически одинаковы для большинства работающих установок. Процесс состоит из следующих операций: подготовка тяжелой суспензии, подготовка руды к разделению, разделение руды в суспензии на фракции различной плотности, дренаж рабочей суспензии и отмывка продуктов разделения, регенерация утяжелителя.

Обогащение в потоках, текущих по наклонным поверхностям, производится на концентрационных столах, шлюзах, в желобах и винтовых сепараторах. Движение пульпы в этих аппаратах происходит по наклонной поверхности под действием силы тяжести при малой (по сравнению с шириной и длиной) толщине потока. Обычно она превышает размер максимального зерна в 2-6 раз.

Концентрация (обогащение) на столах – это процесс разделения по плотности в тонком слое воды, текущей по слабонаклонной плоскости (деке), совершающей асимметричные возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению движения воды. Концентрацию на столе применяют при обогащении мелких классов – 3+0,01 мм для руд и –6(12)+0,5 мм для углей. Данный процесс используется при обогащении руд олова, вольфрама, редких, благородных и черных металлов и др.; для обогащения мелких классов углей, в основном для их обессеривания. Концентрационный стол (рис. 2.7) состоит из деки (плоскости) с узкими рейками (рифлями); опорного устройства; приводного механизма. Угол наклона деки  = 410. Для легких частиц преобладающими являются гидродинамическая и подъемная турбулентная силы, поэтому легкие частицы смывает в перпендикулярном к деке направлении. Частицы промежуточной плотности попадают между тяжелыми и легкими частицами.

Шлюз (рис. 2.8) представляет собой наклонный желоб прямоугольного сечения с параллельными бортами, на дно которого укладывают улавливающие покрытия (жесткие трафареты или мягкие коврики), предназначенные для удержания осевших частиц тяжелых минералов. Шлюзы применяют для обогащения золота, платины, касситерита из россыпей и других материалов, обогащаемые компоненты которых значительно различаются по плотности. Шлюзы характеризуются высокой степенью концентрации. Материал на шлюз подают непрерывно до тех пор, пока ячейки трафаретов не заполнятся преимущественно частицами плотных минералов. После этого загрузку материала прекращают и производят сполоск шлюза.

Струйный желоб (рис 2.9) имеет плоское днище и сходящиеся под некоторым углом борта. Пульпа загружается на широкий верхний конец желоба. У конца желоба в нижних слоях располагаются частицы большей плотности, а в верхних слоях  меньшей. В конце желоба материал специальными рассекателями разделяется на концентрат, промпродукт и хвосты. Суживающиеся желоба применяют при обогащении россыпных руд. Аппараты типа суживающихся желобов делят на две группы: 1) аппараты, состоящие из набора отдельных желобов в различных компоновочных вариантах; 2) конусные сепараторы, состоящие из одного или нескольких конусов, каждый из которых представляет собой как бы набор радиально установленных суживающихся желобов с общим днищем.

У винтовых сепараторов неподвижный наклонный гладкий желоб выполнен в виде спирали с вертикальной осью (рис.2.10), их используют для разделения материала крупностью от 0,1 до 3 мм. При движении в закрученном потоке помимо обычных гравитационных и гидродинамических сил, действующих на зерна, развиваются центробежные силы. Тяжелые минералы концентрируются у внутреннего борта желоба, а легкие – у внешнего. Затем продукты разделения разгружают из сепаратора при помощи рассекателей, стоящих в конце желоба.

В центробежных концентраторах центробежная сила, действующая на тело, во много раз больше, чем сила тяжести и материал разделяется под действием центробежной силы (сила тяжести оказывает лишь небольшое влияние). В тех же случаях, если центробежная сила и сила тяжести соизмеримы и сепарация происходит под действием обеих сил, обогащение принято называть центробежно-гравитационным (винтовые сепараторы).

Создание центробежного поля в центробежных концентраторах принципиально может осуществляться двумя путями: тангенциальной подачей потока под давлением в закрытый и неподвижный цилиндрический сосуд; закручиванием свободно подаваемого потока в открытом вращающемся сосуде и, соответственно, центробежные концентраторы принципиально могут быть разделены на два типа: напорные циклонные аппараты; безнапорные аппараты-центрифуги.

По принципу работы центробежные концентраторы циклонного типа имеют много общего с гидроциклонами, но отличаются значительно большим углом конусности (до 140). Благодаря этому в аппарате образуется «постель» из обогащаемого материала, играющая роль аналогичную тяжелой суспензии в тяжелосредных обогатительных циклонах. И разделение происходит аналогично. По сравнению с тяжелосредными гидроциклонами эти значительно экономичнее в работе, но дают худшие технологические показатели.

Работа концентраторов второго типа напоминает работу обычной центрифуги. Центробежные концентраторы этого типа используют для обогащения грубозернистых песков, при разведке золотосодержащих россыпных месторождений, при извлечении мелкого свободного золота из различных продуктов. Аппарат представляет собой полусферическую чашу, футерованную рифленой резиновой вставкой. Чаша укреплена на специальной площадке (платформе), получающей вращение от электродвигателя через клиноременную передачу. Пульпу обогащаемо материала загружают в аппарат, легкие частицы вместе с водой сливаются через борта, тяжелые застревают в нарифлениях. Для разгрузки концентрата, уловленного рифленой резиновой поверхностью, чашу останавливают и производят сполоск (есть и конструкции позволяющие вести непрерывную разгрузку). При работе на грубых золотосодержащих песках концентратор обеспечивает очень высокую степень сокращения – до 1000 раз и более при высоком (до 96-98%) извлечении золота.

Противоточная водная сепарация применяется в отечественной практике для переработки энергетических и разубоженных углей. Аппаратами для обогащения данным методом являются шнековые и крутонаклонные сепараторы. Шнековые горизонтальные и вертикальные применяются для обогащения углей крупностью 6 – 25 мм и 13 – 100 мм, а также для обогащения отсевов и крупнозернистых шламов. Крутонаклонные сепараторы применяются для обогащения разубоженных углей крупностью до 150 мм. Преимуществом противоточных сепараторов является простота технологический схемы. Во всех противоточных сепараторах материал делится на два продукта: концентрат и отходы. Сформированные в процессе сепарации встречные транспортные потоки продуктов разделения движутся в пределах рабочей зоны с заданным гидравлическим сопротивлением их относительному перемещению, при этом поток легких фракций является попутным потоку разделительной среды, а поток тяжелых фракций встречным. Рабочие зоны сепараторов представляют собой закрытые каналы, оснащенные системой однотипных элементов, обтекаемых потоком и обуславливающих образование определенным образом организованной системы вторичных течений и вихрей. Как правило, в таких системах исходный материал разделяется по плотности, значительно превосходящей плотность разделительной среды.

Необходимым условием подготовки песков россыпных месторождений и руд осадочного происхождения к обогащению является освобождение их от глины. Частицы минералов в этих рудах и песках не связаны взаимным прорастанием, но сцементированы в плотную массу мягким и вязким глинистым веществом.

Процесс дезинтеграции (разрыхление, диспергирование) глинистого материала, цементирующего зерна песков или руды, с одновременным отделением его от рудных частиц с помощью воды и соответствующих механизмов называют промывкой . Дезинтеграция обычно происходит в воде. При этом глина в воде разбухает, и это облегчает ее разрушение. В результате промывки получают отмытый материал (руда или пески) и шламы, содержащие диспергированные в воде тонкозернистые глинистые частицы. Промывка широко применяется при обогащении руд черных металлов (железных, марганцевых), песков россыпных месторождений редких и благородных металлов, строительного сырья, каолинового сырья, фосфоритов и других полезных ископаемых. Промывка может иметь самостоятельное значение, если в результате ее получают товарную продукцию. Чаще она применяется как подготовительная операция для подготовки материала к последующему обогащению. Для промывки применяют: грохота, бутары, скруббера, скруббер-бутары, корытные мойки, вибромойки и другие аппараты.

Пневматические процессы обогащения основаны на принципе разделения полезных ископаемых по крупности (пневматическая классификация) и плотности (пневматическая концентрация) в восходящей или пульсирующей струе воздуха. Он применяется при обогащении углей, асбеста и других полезных ископаемых, обладающих незначительной плотностью; при классификации фосфоритов, железных руд, сурика и других полезных ископаемых в циклах дробления и сухого измельчения, а также при обеспыливании воздушных потоков в цехах обогатительных фабрик. Применение пневматического метода обогащения целесообразно в суровых климатических условиях северных и восточных районов Сибири или в районах, где ощущается недостаток воды, а также для переработки полезных ископаемых, содержащих легкоразмокаемую породу, образующую большое количество шламов, нарушающих четкость разделения. Преимущества пневматических процессов в их экономичности, простоте и удобстве утилизации хвостов обогащения, главный недостаток – в сравнительно низкой эффективности разделения из-за чего эти процессы используются весьма редко.

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

сухое обогащение (в воздухе и аэросуспензии),

мокрое (в воде, тяжёлых средах),

в гравитационном поле,

в поле центробежных сил,

в магнитном поле,

в электрическом поле.

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 обогащение 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 -- 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 зольности неклассифицированного энергетического угля путём выделения и обогащения крупного класса с дальнейшим смешиванием полученного концентрата и мелкого необогащённого отсева.

Потери полезных ископаемых при обогащении

Под потерями полезного ископаемого при обогащении понимается количество пригодного для обогащения полезного компонента, которое теряется с отходами обогащения вследствие несовершенства процесса или нарушения технологического режима.

Установлены допустимые нормы взаимозасорения продуктов обогащения для разных технологических процессов, в частности, для обогащения угля. Допустимый процент потерь полезного ископаемого сбрасывается с баланса продуктов обогащения для покрытия расхождений при учёте массы влаги, выноса полезных ископаемых с дымовыми газами сушилен, механических потерь.

Граница обогащения полезных ископаемых

Граница обогащения полезных ископаемых -- это наименьший и наибольший размеры частичек руды, угля, эффективно обогащаемых в обогатительной машине.

Глубина обогащения

Глубина обогащения - это нижняя граница крупности материала, который подлежит обогащению.

При обогащении угля применяются технологические схемы с границами обогащения 13; 6; 1; 0,5 и 0 мм. Соответственно выделяется необогащённый отсев крупностью 0-13 или 0-6 мм, или шлам крупностью 0-1 или 0-0,5 мм. Граница обогащения 0 мм означает, что все классы крупности подлежат обогащению.

Подготовительные процессы обогащения полезных ископаемых

Введение

Назначение обогащения полезных ископаемых

Добываемая горная масса представляет собой смесь кусков минеральных комплексов, сростков минералов с различными физическими, физико-химическими и химическими свойствами. Для получения конечных продуктов (концентратов металлов, кокса, строительных материалов, хим. удобрений и т.д.) ее необходимо подвергнуть ряду процессов обработки: механических, термических, химических.

Переработка полезных ископаемых на ОФ включает ряд операций, в результате которых достигается отделение полезных компонентов от примесей, т.е. доведение полезного ископаемого до качества, пригодного для последующего передела, например,необходимо повышение содержания: железа от 30-50% до 60-70 % ; марганца от 15-25 % до 35-45 % , меди от 0,5-1,5 % до 45-60 % , вольфрама от 0,02-0,1 % до 60-65 %.

По своему назначению процессы переработки полезных ископаемых разде-ляют на подготовительные, основные (обогатительные) и вспомогательные .

Подготовительные процессы предназначены для раскрытия или открытия зерен полезных компонентов (минералов), входящих в состав полезных ископаемых, и разделения их на классы крупности, удовлетворяющие технологическим требованиям последующих процессов обогащения.

К подготовительным относятся процессы дробления, измельчения, грохочения и классификации.

Обогащением полезных ископаемых называется совокупность процессов механической обработки минерального сырья, позволяющая отделить полезные минералы (концентрат) от пустой породы.

Специалисты инженеры-обогатители должны решать следующие задачи:

Комплексное освоение минеральных ресурсов;

Утилизация продуктов переработки;

Создание новых процессов безотходной технологии разделения полезного ископаемого на конечные товарные продукты для их использования в промыш-ленности;

Охрана окружающей среды.

Разделение смесей минералов производят на основе различий в физических, физико-химических и химических свойствах с получением ряда продуктов с повышенным содержанием ценных компонентов (концентраты ) , низким (промпродукты ) и незначительным (отходы, хвосты ) .

Процесс обогащения направлен не только на повышение содержания ценного компонента в концентрате, но и на удаление вредных примесей:

сера в угле, фосфор в марганцевом концентрате, мышьяк в буром железняке и сульфидных полиметаллических рудах. Эти примеси, попадая в чугун и затем в сталь, ухудшают механич. свойства металла.

Краткие сведения о полезных ископаемых

Полезными ископаемыми называют руды, нерудные и горючие ископаемые материалы, используемые в промышленном производстве в естественном или переработанном виде.

К рудам относят полезные ископаемые, которые содержат ценные компоненты в количестве, достаточном для того, чтобы их извлечение было экономически выгодным.

Руды подразделяются на металлические и неметаллические .

Металлические руды - сырье для получения черных, цветных, редких, драгоценных и других металлов – вольфрамо-молибденовые, свинцово-цинковые, марганцевые, железные, кобальтовые, никелевые, хромитовые, золотосодержащие;

неметаллическиеруды - асбестовые, баритовые, апатитовые, фосфоритовые, графитовые, тальковые, сурьмяные и др.

Нерудные полезные ископаемые - сырье для производства строительных материалов (песок, глина, гравий, строительный камень, портландцемент, строительный гипс, известняк и др.)

Горючие полезные ископаемые - твердое топливо, нефть и горючий газ.

Полезные ископаемые состоят из минералов, отличающихся своей ценностью, физическими и химическими свойствами (твердостью, плотностью, магнитной проницаемостью, смачиваемостью, электропроводностью, радиоактивностью и т.д.).

Минералами - называются самородные (т.е. встречающиеся в природе в чистом виде) элементы и природные химические соединения.

Полезным минералом (или компонентом) - называют элемент или его природное соединение, с целью получения которого производится добыча и переработка полезного ископаемого. Например: в железной руде полезные минералы - магнетит Fe 3 O 4 , гематит Fe 2 O 3 .

Полезными примесями - называют минералы (элементы), содержание которых в небольших количествах приводит к улучшению качества продуктов, получаемых из полезных минералов. Например, примеси ванадия, вольфрама, марганца, хрома в железной руде положительно влияют на качество металла, выплавляемого из нее.

Вредными примесями - называют минералы (элементы), содержание которых в небольших количествах приводит к ухудшению качества продуктов, получаемых из полезных минералов. Например, примеси серы, фосфора, мышьяка негативно влияют на процесс выплавки стали.

Элементами-спутниками называют компоненты, содержащиеся в полезном ископаемом в небольших количествах, выделяемые в процессе обогащения в отдельные продукты или продукт основного компонента. Дальнейшая металлургическая или химическая переработка элементов-спутников позволяет извлечь их в отдельный продукт.

Минералами пустой породы - называют компоненты, не имеющие промыш-ленной ценности. В железной руде к ним могут быть отнесены SiO 2 , Al 2 O 3 .

В зависимости от структуры различают полезные ископаемые вкрапленные и сплошные , например, во вкрапленных - отдельные мелкие зерна полезного минерала рассеяны среди зерен пустой породы; в сплошных - зерна полезного минерала представлены в основном сплошной массой, а минералы пустой породы в виде прослоек, включений.