Технологический процесс обогащения полезных ископаемых. Основные понятия об обогащении полезных ископаемых

Горную массу, подразделяют на: основные (собственно обогатительные); подготовительные и вспомогательные.

Все существующие методы обогащения основаны на различиях в физических или физико-химических свойствах отдельных компонентов полезного ископаемого. Существует, например, гравитационное , магнитное , электрическое , флотационное , бактериальное и др. способы обогащения.

Технологический эффект обогащения

Предварительное обогащение полезных ископаемых позволяет:

увеличить промышленные запасы минерального сырья за счёт использования месторождений бедных полезных ископаемых с низким содержанием полезных компонентов;
повысить продуктивность труда на горных предприятиях и снизить стоимость добываемой руды за счёт механизации горных работ и сплошной выемки полезного ископаемого вместо выборочной;
повысить технико-экономические показатели металлургических и химических предприятий при переработке обогащённого сырья за счёт снижения затрат топлива, электроэнергии, флюсов, химических реактивов, улучшения качества готовых продуктов и снижения потерь полезных компонентов с отходами;
осуществить комплексное использование полезных ископаемых, потому что предварительное обогащение позволяет извлечь из них не только основные полезные компоненты, но и сопутствующие, которые содержатся в малых количествах;
снизить затраты на транспортировку к потребителям продукции горного производства за счёт транспортирования более богатых продуктов, а не всего объёма добытой горной массы, содержащей полезное ископаемое;
выделить из минерального сырья вредные примеси, которые при дальнейшей их переработке могут ухудшать качество конечной продукции, загрязнять окружающую среду и угрожать здоровью людей.

Переработка полезных ископаемых осуществляется на обогатительных фабриках , представляющих собой сегодня мощные высокомеханизированные предприятия со сложными технологическими процессами.

Классификация процессов обогащения

Переработка полезных ископаемых на обогатительных фабриках включает ряд последовательных операций, в результате которых достигается отделение полезных компонентов от примесей. По своему назначению процессы переработки полезных ископаемых разделяют на подготовительные, основные (обогатительные) и вспомогательные (заключительные).

Подготовительные процессы

Подготовительные процессы предназначены для раскрытия или открытия зёрен полезных компонентов (минералов), входящих в состав полезного ископаемого, и деления его на классы крупности, удовлетворяющие технологическим требованиям последующих процессов обогащения. К подготовительным относят процессы дробления, измельчения, грохочения и классификации.

Дробление и измельчение

Дробление и измельчение - процесс разрушения и уменьшения размеров кусков минерального сырья (полезного ископаемого) под действием внешних механических, тепловых, электрических сил, направленных на преодоления внутренних сил сцепления, связывающих между собой частички твёрдого тела.

По физике процесса между дроблением и измельчением нет принципиальной разницы. Условно принято считать, что при дроблении получают частицы крупнее 5 мм , а при измельчении - мельче 5 мм . Размер наиболее крупных зёрен, до которого необходимо раздробить или измельчить полезное ископаемое при его подготовке к обогащению, зависит от размера включений основных компонентов, входящих в состав полезного ископаемого, и от технических возможностей оборудования, на котором предполагается проводить следующую операцию переработки раздробленного (измельчённого) продукта.

Раскрытие зёрен полезных компонентов - дробления или (и) измельчения сростков до полного освобождения зёрен полезного компонента и получения механической смеси зёрен полезного компонента и пустой породы (микста). Открытие зёрен полезных компонентов - дробление или (и) измельчения сростков до высвобождения части поверхности полезного компонента, что обеспечивает доступ к нему реагента.

Дробление проводят на специальных дробильных установках . Дроблением называется процесс разрушения твердых тел с уменьшением размеров кусков до заданной крупности, путём действия внешних сил, преодолевающих внутренное силы сцепления, связывающие между собой частицы твердого вещества. Измельчение дроблёного материала осуществляют в специальных мельницах (как правило, шаровых или стержневых).

Грохочение и классификация

Грохочение и классификация применяются с целью разделения полезного ископаемого на продукты разной крупности - классы крупности . Грохочение осуществляется рассеванием полезного ископаемого на решето и ситах с калиброванными отверстиями на мелкий (подрешётный) продукт и крупный (надрешётный). Грохочение применяется для разделения полезных ископаемых по крупности на просевных (просеивающих) поверхностях, с размерами отверстий от миллиметра до нескольких сотен миллиметров.

Грохочение осуществляется специальными машинами - грохотами .

Полезные ископаемые, компоненты которых имеют различия в электропроводности или имеют способность под действием тех или иных факторов приобретать разные по величине и знаку электрические заряды , могут обогащаться способом электрической сепарации . К таким полезным ископаемым относятся апатитовые , вольфрамовые , оловянные и другие руды.

Обогащение по крупности используется в тех случаях, когда полезные компоненты представлены более крупными или, наоборот, более мелкими зёрнами в сравнении с зёрнами пустой породы. В россыпях полезные компоненты находятся в виде мелких частичек, поэтому выделение крупных классов позволяет избавиться от значительной части породных примесей.

Различия в форме зёрен и коэффициенте трения позволяют отделять плоские чешуйчатые частички слюды или волокнистые агрегаты асбеста от частичек породы, которые имеют округлую форму. При движении по наклонной плоскости волокнистые и плоские частички скользят, а округлые зёрна скатываются вниз. Коэффициент трения качения всегда меньше коэффициента трения скольжения, поэтому плоские и округлые частички движутся по наклонной плоскости с разными скоростями и по разным траекториям, что создаёт условия для их разделения.

Различия в оптических свойствах компонентов используется при обогащении полезных ископаемых способом фотометрической сепарации . Этим способом осуществляется механическое рудоразделение зёрен, имеющих разный цвет и блеск (например, отделение зёрен алмазов от зёрен пустой породы).

Основные заключительные операции - сгущение пульпы , обезвоживание и сушка продуктов обогащения. Выбор метода обезвоживания зависит от характеристик материала, который обезвоживается, (начальной влажности, гранулометрического и минералогического составов) и требований к конечной влажности. Часто необходимой конечной влажности трудно достичь за одну стадию, поэтому на практике для некоторых продуктов обогащения используют операции обезвоживания разными способами в несколько стадий.

Отходы

Отходы - конечные продукты обогащения с малым содержанием ценных компонентов, дальнейшее извлечение которых невозможно технически и/или нецелесообразно экономически. (Данный термин равнозначен употреблявшемуся ранее термину отвальные хвосты , но не термину хвосты , которым, в отличие от отходов, называют обеднённый продукт любой отдельно взятой обогатительной операции).

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 и извлечением 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.

Международные конгрессы

С 1952 года проводятся Международные конгрессы по обогащению полезных ископаемых. Ниже приведён их список .

Конгресс	Год	Место проведения
I	1952	Лондон
II	1953	Париж
III	1954	Гослар
IV	1955	Стокгольм
V	1960	Лондон
VI	1963	Кан
VII	1964	Нью-Йорк
VIII	1968	Ленинград
IX	1970	Прага
X	1973	Лондон
XI	1975	Кальяри
XII	1975	Сан-Паулу
XIII	1979	Варшава
XIV	1982	Торонто
XV	1985	Кан
XVI	1988	Стокгольм
XVII	1991	Дрезден
XVIII	1993	Сидней
XIX	1995

Обогащение руд основано на использовании различий в физических и физико-химических свойствах минералов, от величины вкрапленности ценных минералов.

Физические свойства минералов - это цвет, блеск, плотность, магнитная восприимчивость, электропроводность, смачиваемость поверхности минерала.

Существуют различные методы обогащения.

Гравитационный метод обогащения основан на использовании разницы в плотностях, размеров и форм минералов. Применяется этот метод для золота, олова, вольфрама, россыпей, редких металлов, железа, марганца, хрома, угля, фосфоритов, алмазов.

Разделение минералов по плотности можно производить в воде, воздухе и тяжелых средах. К гравитационным процессам относятся:

Обогащение в тяжелых средах – применяется для руд с крупной вкрапленностью 100-2 мм;

Отсадка – основана на разности в скоростях падения частиц в вертикальной струе воды, применяется для крупно вкрапленных руд 25-5 мм;

Обогащение на концентрационных столах – связано с разделением минералов под действием сил, возникающих в результате движения стола и потока воды, текущего по наклонной плоскости стола, применяется для руд крупностью 3-0,040 мм;

Обогащение на шлюзах – разделение минералов происходит под действием горизонтального потока воды и улавливания тяжелых минералов покрытием дна шлюзов, применяется для руд крупностью 300-0,1 мм;

Обогащение на винтовых, струйных и конусных сепараторах – разделение происходит под действием потока воды, движущейся по наклонной плоскости для руд крупностью 16-1 мм.

Магнитный метод обогащения основан на разделении минералов за счет разницы минералов в удельной магнитной восприимчивости и различии траекторий их движения в магнитном поле.

Флотационный метод обогащения основан на различии в смачиваемости отдельных минералов и как следствие избирательном прилипании их к воздушным пузырькам. Это универсальный метод обогащения, применяется для всех руд, особенно для полиметаллических. Крупность обогащаемого материала 50-100% класса –0,074 мм.

Электростатическое обогащение основано на различии в электропроводности минералов.

Кроме того, существуют специальные методы обогащения, к которым относятся:

Декрипитация, основана на способности минералов растрескиваться по плоскостям спайности при сильном нагревании и сильном охлаждении;

Рудоразборка по цвету, блеску, бывает ручная, механическая, автоматизированная; применяется обычно для крупного материала >25 мм;

Радиометрическая сортировка, основана на различной способности минералов испускать, отражать и поглощать те или иные лучи;

Обогащение по трению, основано на различии в коэффициентах трения;

Химическое и бактериальное обогащение, основано на свойствах минералов (например, сульфидов) окисляться и растворяться в сильно кислых растворах. Металл растворяется, и затем его извлекают химико-гидрометаллургическими методами. Присутствие в растворах некоторых типов бактерий интенсифицирует процесс растворения минералов.

2.3 Операции и процессы обогащения

Обогатительная фабрика является промежуточным звеном между рудником и металлургическим заводом. Обогатительная фабрика - это сложное сочетание всевозможных машин и аппаратов. Мощность фабрики определяется обычно количеством переработанной руды и бывает, различна от 15 тыс. т до 50 млн. т в год. Крупные фабрики располагаются в нескольких зданиях.

Руда различной крупности (D max = 1500-2000 мм – характерна для открытых горных работ, D max = 500-600 мм – характерна для подземных горных работ), поступающая с рудника на обогатительной фабрике проходит различные процессы, которые по своему назначению можно разделить на:

Подготовительные;

Собственно обогатительные;

Вспомогательные.

Подготовительные процессы включают, прежде всего, операции уменьшения размеров кусков руды: дробление, измельчение и связанную с ними классификацию руды на грохотах, в классификаторах и гидроциклонах. Конечная крупность измельчения определяется крупностью вкрапленности минералов.

К собственно обогатительным процессам относятся процессы разделения руды и других продуктов по физическим и физико-химическим свойствам минералов, входящих в их состав. К этим процессам относятся гравитационное обогащение, флотация, магнитная и электрическая сепарация и другие процессы.

Большинство процессов обогащения проводится в воде, поэтому на определенной стадии возникает необходимость ее сокращения или удаления, что возможно осуществить с помощью вспомогательных процессов. К вспомогательным процессам относятся операции обезвоживания: сгущение, фильтрация, сушка.

Совокупность и последовательность операций, которым подвергается руда при переработке, составляют схемы обогащения, которые принято изображать графически. Схемы бывают:

Принципиальные (рис. 2.2);

Качественные (если не приводятся данные о количестве и качестве продуктов) (рис. 2.3);

Качественно-количественные;

Водно-шламовые;

Схемы цепи аппаратов (рис. 2.4).

Рис. 2.2 Принципиальная схема обогащения

(отражает только главные особенности технологии)

Рис. 2.3 Качественная схема обогащения

(на качественной схеме представлены операции, продукты обогащения и путь движения их по схеме)

Рис. 2.4 Схема цепи аппаратов

1 – бункер исходной руды; 2, 5, 8, 10 и 11 – конвейеры; 3 и 6 – грохоты; 4 – щековая дробилка; 7 – конусная дробилка; 9 – бункер дробленой руды; 12 – мельница; 13 – спиральный классификатор; 14 – флотационная машина; 15 – сгуститель; 16 – вакуум-фильтр; 17 – сушильный барабан.

Обогащение полезных ископаемых – это совокупность технологических процессов предварительной обработки минерального сырья с целью придания ему качеств, удовлетворяющих требованиям потребителей.

При обогащении:

Повышается содержание полезного компонента в сырье,

Удаляются из сырья вредные примеси,

Достигается однородность сырья по крупности и составу.

В результате обогащения получают:

Концентрат – продукт обогащения, имеющий более высокое по сравнению с рудой содержание полезного компонента. По его содержанию, по содержанию примесей, влаги, концентраты должны удовлетворять требованиям ГОСТов, ОСТов, ТУ;

Отвальные хвосты – отходы обогащения, состоящие их пустой породы с незначительным содержанием полезных компонентов, извлечение которых технологически невозможно или экономически невыгодно.

Обогащение уменьшает расходы на транспортировку сырья, а также на его переработку, т.к. удаляется большой объем пустой породы.

В результате обогащения значительно повышается содержание полезных компонентов (%):

10 3 10 2 10 -1

d, мм

На рисунке показана зависимость удельного расхода энергии при дроблении и измельчении материала средней прочности от различной конечной крупности.

Степень дробления (измельчения) – это отношение диаметра наибольших кусков руды (D) к диаметру кусков продукта измельчения (d):

В зависимости от свойств руды применяется:

1 – раздавливание – разрушение в результате сжатия кусков между двумя давящими телами;

2 – раскалывание – разрушение в результате расклинивания между остриями дробящих тел;

3 – удар – разрушение под действием кратковременных динамических нагрузок;

4 – истирание – разрушение в результате воздействия смещающихся относительно друг друга поверхностей.

В зависимости от способа и механизма разрушения кусков руды различают:

Щековые дробилки (раздавливают и раскалывают куски между периодически сближающимися плитами – щеками) – аппараты периодического действия: дробление руды чередуется с разгрузочно-загрузочным циклом, что является основным недостатком этого типа дробилок, снижающим их производительность;

Конусные дробилки (раздавливают и истирают куски между движущимся и неподвижным конусами) – дробилки непрерывного действия;

Валковые дробилки (раздавливают и раскалывают куски между двумя гладкими иди зубчатыми валами, движущимися навстречу друг другу) – дробилки непрерывного действия;

Дробилки ударного действия используются для дробления мягких и вязких материалов.

Измельчение материала проводится в мельницах различного типа:

Барабанные мельницы используют для измельчения материала до крупности частиц 1-2 мм. Это стальной барабан, в который вместе с рудой загружают мелющие тела. В зависимости от вида дробящих тел различают мельницы шаровые, стержневые, галечные и самоизмельчения.

После каждой стадии дробления (измельчения) от полученного продукта с помощью грохочения (просеивания) отделяется мелкая фракция. Грохочение обычно применяют для разделения материалов с крупностью частиц выше 1-2 мм.

Методы гидравлической классификации используют для разделения материалов с размером частиц менее 100 мкм. Гидравлическая классификация – процесс разделения смеси минеральных зерен по крупности на основе различия в скоростях их осаждения в воде.

Затем идет собственно обогащение. Наиболее распространенные методы обогащения:

Флотационный,

Гравитационный,

Магнитный,

Электрический.

С помощью флотации обогащается более 90% всех руд черных и цветных металлов, а также неметаллические полезные ископаемые: сера, графит, фосфатные руды, уголь.

Флотационная система гетерогенна, включает в себя три фазы: твердую, жидкость, газ. Флотация основана на способности твердых частиц удерживаться на границе раздела жидкой и газовой фаз, т.е. на гидрофобности, несмачиваемости частиц. Наиболее распространена пенная флотация. Несмачиваемые водой минеральные зерна прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность. Изменяя условия флотации можно добиться, например, следующего: при флотации железных руд в пенный продукт будет выделяться магнетит (железорудный концентрат) – прямая флотация, а может выделяться кварц (пустая порода) – обратная флотация, т.е. флотационные процессы универсальны из-за разнообразных способов ведения и широких возможностей регулирования.

Для ведения процесса флотации необходимо использование различных химических соединений:

Собиратели – резко повышают гидрофобность поверхности извлекаемых частиц. При флотации сульфидных материалов применяют

Ксантогенаты R-O-C-S-Me и дитиофосфаты RO S

(R – спиртовый или фенольный радикал; Me – Na или K);

Несульфидные минералы флотируют с Na-мылами жирных кислот (олеат Na – С17Н33СООNa) или аминами (RNH2);

Уголь, сера и другие природногидрофобные минералы флотируются при помощи керосина и других неполярных реагентов.

Вспениватели – вещества, которые облегчают диспергирование воздуха, препятствуют слиянию пузырьков и повышают прочность пены (различные ПАВы, сосновое масло);

Регуляторы среды – создают оптимальную рН среды (известь, сода, серная кислота).

Процесс флотации проводят во флотационных машинах. Пенный продукт подают на обезвоживание.

Гравитационные процессы основаны на различии характера и скорости движения минеральных частиц с разными плотностями в водной или воздушной среде:

Промывка – разделение путем разрыхления и удаления с помощью воды глинистых материалов, которыми скреплены зерна полезного ископаемого (железные и марганцевые руды, фосфориты, россыпи цветных, редких и благородных металлов, промывка золотого песка, высококачественного строительного материала);

Обогащение в тяжелых средах – разделение добытых ископаемых по плотностям. Образующиеся продукты (тяжелые и легкие фракции) имеют плотность больше или меньше плотности разделяющей среды и из-за этого или всплывают или тонут в ней. Такое обогащение – основное в угольной промышленности. В качестве тяжелых сред применяют органические жидкости, водные растворы солей и суспензии:

Органические жидкости: трихлорэтан С2Н3С13 (плотность 1460 кг/м3), хлороформ СС14 (1600), дибромэтан С2Н4Br2 (2170), ацетилентетрабромид С2Н1Br2 (2930);

Водные растворы неорганических солей: СаСд2 (1654), ZnС12 (2070);

Суспензии: в качестве утяжелителей используют измельченные менее чем до 0,1мм различные вещества – глину (1490), пирит (2500), галенит PbS (3300). При обогащении углей применяется суспензия магнетита (2500).

Магнитное обогащение применяют при переработке руд черных, редких и цветных металлов. Основано оно на использовании различий в магнитных свойствах минералов и пустой породы. При движении частиц через магнитное поле магнитный и немагнитный продукты движутся по разным траекториям. По удельной магнитной восприимчивости минералы делятся на:

Сильномагнитные – магнетит Fe 3 O 4 , пирротин Fe 1-n S n - χ >380*10 -7 м3/кг,

Слабомагнитные – гидроксиды и карбонаты Fe и Mn - χ = (7,5-1,2)* 10-7 м3/кг,

Немагнитные кварц SiO2, апатит Ca5(F,Cl)(PO4)3, рутил TiO2, полевой шпат (Na,K,Ca)(AlSi3O8).

Электрическое обогащение основано на различной электропроводности пород и их свойствах электризоваться. Электрическая сепарация применяется для обогащения зернистых сыпучих тел крупностью 0,05-3 мм, компоненты которых не имеют значительных различий в других свойствах (плотности, магнитной восприимчивости, физико-химических свойствах поверхности).

В зависимости от удельной электропроводности минералы делят на:

Проводники – рутил, пирит,

Полупроводники – магнетит,

Непроводники – кварц, циркон (ZrSO4).

При соприкосновении частиц минерала-проводника с электродом они заряжаются одноименным зарядом. Частица диэлектрика при этом не заряжается. Затем частицы проходят через постоянное электрическое поле и меняют свои траектории в зависимости от заряда на их поверхности.

Обогатительные фабрики – источник значительных выбросов пыли и сточных вод.

Пылеобразование происходит в процессе переработки и хранения твердого минерального сырья. Сильное пылевыделение наблюдается при сухом дроблении, грохочении, при сухих методах обогащения, транспортировке и перегрузке продуктов обогащения.

При работе дробилок основное пылевыделение происходит в местах разгрузки продукта и достигает для валковых дробилок 4г/с, для конусных и щековых – 10 г/с, для молотковых – 120 г/с. При работе мельниц выделяется до 80 г/с пыли.

Сточные воды сбрасываются в хвостохранилища вместе с хвостами обогащения, откуда могут попадать в водоемы.

Основные загрязняющие вещества – грубодисперсные примеси (гравитационные хвосты обогащения), соли в растворенном виде, флотационные реагенты в виде эмульсий, продукты взаимодействия реагентов между собой и с минералами.

Сточные воды могут содержать:

Кислоты, применяемые в технологическом процессе,

Ионы Fe, Cu, Ni, Zn, Pb, Al, Co, Cd, Sb, Hg и другие, которые попадают в сточные воды из-за растворения их соединений кислотами,

Цианиды – основное загрязняющее вещество золотоизвлекающих фабрик и фабрик, применяющих в качестве флотационного реагента циан-плав,

Фториды, если флотореагентами являются NaF, NaSiF6,

Нефтепродукты, чаще всего – керосин, флотоагент в обогащении угля, серы, Cu-Mo, Mo-W рудБ

Фенолы, как флотоагенты, ксантогенаты и дитиофосфаты – флотоагенты с неприятным запахом.

Основные (обогатительные) процессы

Основные (обогатительные) процессы предназначены для разделения исходного минерального сырья с раскрытыми или открытыми зёрнами полезного компонента на соответствующие продукты. В результате основных процессов полезные компоненты выделяют в виде концентратов, а породные минералы удаляют в виде отходов, которые направляют в отвал. В процессах обогащения используют отличия минералов полезного компонента и пустой породы в плотности, магнитной восприимчивости, смачиваемости, электропроводности, крупности, форме зёрен, химических свойствах и др.

Различия в плотности минеральных зёрен используются при обогащении полезных ископаемых гравитационным методом. Его широко применяют при обогащении угля, руд и нерудного сырья.

Магнитное обогащение полезных ископаемых основывается на неодинаковом воздействии магнитного поля на минеральные частички с разной магнитной восприимчивостью и на действии коэрицитивной силы. Магнитным способом, используя магнитные сепараторы, обогащают железные, марганцевые, титановые, вольфрамовые и другие руды. Кроме того, этим способом выделяют железистые примеси из графитовых, тальковых и других полезных ископаемых, применяют для регенерации магнетитовых суспензий.

Различия в смачиваемости компонентов водой используется при обогащении полезных ископаемых флотационным способом. Особенностью флотационного способа является возможность штучного регулирования смоченности и разделения очень тонких минеральных зёрен. Благодаря этим особенностям флотационный способ является одним из наиболее универсальных, он используется для обогащения разнообразных тонковкрапленных полезных ископаемых.

Различия в смачиваемости компонентов используется также в ряде специальных процессов обогащения гидрофобных полезных ископаемых - в масляной агломерации, масляной грануляции, полимерной (латексной) и масляной флокуляции.

Полезные ископаемые, компоненты которых имеют различия в электропроводности или имеют способность под действием тех или иных факторов приобретать разные по величине и знаку электрические заряды, могут обогащаться способом электрической сепарации. К таким полезным ископаемым относятся апатитовые, вольфрамовые, оловянные и другие руды.

Различия в форме зёрен и коэффициенте трения позволяет отделять плоские чешуйчатые частички слюды или волокнистые агрегаты асбеста от частичек породы, которые имеют округлую форму. При движении по наклонной плоскости волокнистые и плоские частички скользят, а округлые зёрна скатываются вниз. Коэффициент трения качения всегда меньше коэффициента трения скольжения, поэтому плоские и округлые частички движутся по наклонной плоскости с разными скоростями и по разным траекториям, что создаёт условия для их разделения.

Различия в оптических свойствах компонентов используется при обогащении полезных ископаемых способом фотометрической сепарации. Этим способом осуществляется механическое рудоразделение зёрен, имеющих разный цвет и блеск (например, отделение зёрен алмазов от зёрен пустой породы).

Отличия в адгезионных и сорбционных свойствах минералов полезного компонента и пустой породы лежит в основе адгезионного и сорбционного способов обогащения золота и адгезионного обогащения алмазов (способы принадлежат к специальным способам обогащения).

Разные свойства компонентов полезного ископаемого взаимодействовать с химическими реагентами, бактериями и (или) их метаболитами обуславливает принцип действия химического и бактериального выщелачивания ряда полезных ископаемых (золото, медь, никель).

Разная растворимость минералов лежит в основе современных комплексных (совмещённых) процессов типа “добыча-обогащение” (скважинное растворение солей с дальнейшим выпариванием раствора).

Использование того или иного метода обогащения зависит от минерального состава полезных ископаемых, физических и химических свойств разделяемых компонентов.

При виде товарных ценных минералов справедливо возникает вопрос о том, каким образом из первичной руды или ископаемого может получиться столь привлекательное ювелирное изделие. Особенно с учетом того, что переработка породы как таковая представляет собой если не один из финальных, то как минимум предшествующий заключительному этапу процесс облагораживания. Ответом же на вопрос будет обогащение в ходе которого происходит базовая обработка породы, предусматривающая отделение ценного минерала от пустых сред.

Общая технология обогащения

Переработка ценных ископаемых осуществляется на специальных предприятиях по обогащению. Процесс предусматривает выполнение нескольких операций, среди которых подготовка, непосредственное расщепление и разделение породы с примесями. В ходе обогащения получают разные минералы, в том числе графит, асбест, вольфрам, рудные материалы и т. д. Не обязательно это должны быть ценные породы - есть немало фабрик, выполняющих переработку сырья, которое в дальнейшем используется в строительстве. Так или иначе, основы обогащения полезных ископаемых базируются на анализе свойств минералов, которые обуславливают и принципы разделения. К слову, необходимость отсечения разных структур возникает не только с целью получения одного чистого минерала. Распространена практика, когда из одной структуры выводится несколько ценных пород.

Дробление породы

На этом этапе производится измельчение материала на отдельные частицы. В процессе дробления задействуются механические силы, с помощью которых преодолеваются внутренние механизмы сцепления.

В результате порода делится на мелкие твердые частицы, носящие однородный характер структуры. При этом стоит различать непосредственное дробление и технику измельчения. В первом случае минеральное сырье подвергается менее глубокому разделению структуры, в ходе которого формируются частицы фракцией более 5 мм. В свою очередь измельчение обеспечивает образование элементов диаметром менее 5 мм, хотя и этот показатель зависит от того, с какой породой приходится иметь дело. В обоих случаях ставится задача максимального расщепления зерен полезного вещества так, чтобы освобождался чистый компонент без микста, то есть пустой породы, примесей и т. д.

Процесс грохочения

После завершения процесса дробления заготовленное сырье подвергается другому технологическому воздействию, которое может представлять собой и просеивание, и выветривание. Грохочение в сущности является способом классификации полученных зерен по характеристике крупности. Традиционный способ реализации данного этапа предусматривает использование решета и сита, обеспеченных возможностью калибрования ячеек. В процессе грохочения отделяются надрешетчатые и подрешетчатые частицы. В некотором роде обогащение полезных ископаемых начинается уже на этой стадии, поскольку часть примесей и миксты отделяются. Мелкая фракция размером менее 1 мм отсеивается и с помощью воздушной среды - выветриванием. Масса, напоминающая мелкофракционный песок, поднимается искусственными воздушными потоками, после чего оседает.

В дальнейшем частицы, которые оседают медленнее, отделяются от совсем маленьких пылевых элементов, задерживающихся в воздухе. Для дальнейшего сбора производных такого грохочения используют воду.

Обогатительные процессы

Процесс обогащения ставит целью выделение из исходного сырья частиц полезного ископаемого. В ходе выполнения таких процедур выделяется несколько групп элементов - полезный концентрат, отвальные хвосты и другие продукты. Принцип разделения этих частиц основывается на различиях между свойствами полезных минералов и пустой породы. Такими свойствами могут выступать следующие: плотность, смачиваемость, магнитная восприимчивость, типоразмер, электропроводность, форма и т. д. Так, процессы обогащения, использующие разницу в плотности, задействуют гравитационные методы разделения. Такой подход используется при рудного и нерудного сырья. Весьма распространено и обогащение на основе характеристик смачиваемости компонентов. В данном случае применяется флотационный метод, особенностью которого является возможность разделения тонких зерен.

Также используется магнитное обогащение полезных ископаемых, которое позволяет выделять железистые примеси из тальковых и графитовых сред, а также очищать вольфрамовые, титановые, железные и другие руды. Базируется эта техника на разнице в воздействии магнитного поля на частицы ископаемых. В качестве оборудования задействуются специальные сепараторы, которые также используют для восстановления магнетитовых суспензий.

Заключительные этапы обогащения

К основным процессам этого этапа стоит отнести обезвоживание, сгущение пульпы и сушку полученных частиц. Подбор оборудования для обезвоживания осуществляется на основе химико-физических характеристик минерала. Как правило, данная процедура выполняется в несколько сеансов. При этом необходимость в ее выполнении возникает не всегда. Например, если в процессе обогащения использовалась электрическая сепарация, то обезвоживание не требуется. Помимо подготовки продукта обогащения к дальнейшим процессам переработки, должна быть предусмотрена и соответствующая инфраструктура для обращения с частицами минерала. В частности, на фабрике организуется соответствующее производственное обслуживание. Вводятся внутрицеховые транспортные средства, организуется снабжение водой, теплом и электроэнергией.

Оборудование для обогащения

На этапах измельчения и дробления задействуются специальные установки. Это механические агрегаты, которые с помощью различных приводных сил оказывают разрушающее воздействие на породу. Далее в процессе грохочения используют решето и сито, в которых предусматривается возможность калибрования отверстий. Также для просеивания применяют более сложные машины, которые называются грохотами. Непосредственно обогащение выполняют электрические, гравитационные и магнитные сепараторы, которые используются в соответствии с конкретным принципом разделения структуры. После этого для обезвоживания используют технологии дренирования, в реализации которых могут применяться те же грохоты, элеваторы, центрифуги и аппараты для фильтрации. Заключительный этап, как правило, предполагает использование средств термической обработки и сушки.

Отходы процесса обогащения

В результате процесса обогащения образуется несколько категорий продуктов, которые можно разделить на два вида - полезный концентрат и отходы. Причем ценное вещество вовсе не обязательно должно представлять одну и ту же породу. Также нельзя сказать, что отходы представляют собой ненужный материал. В таких продуктах может содержаться ценный концентрат, но в минимальных объемах. При этом дальнейшее обогащение полезных ископаемых, которые находятся в структуре отходов, зачастую не оправдывает себя технологически и финансово, поэтому вторичные процессы такой переработки редко выполняются.

Оптимальное обогащение

В зависимости от условий проведения обогащения, характеристик исходного материала и самого метода может различаться качество конечного продукта. Чем выше содержание в нем ценного компонента и меньше примесей, тем лучше. Идеальное обогащение руды, к примеру, предусматривает полное отсутствие отходов в продукте. Это значит, что в процессе обогащения смеси, полученной дроблением и грохочением, из общей массы полностью были исключены частицы сора от пустых пород. Однако достичь такого эффекта удается далеко не всегда.

Частичное обогащение полезных ископаемых

Под частичным обогащением понимается разделение класса крупности ископаемого или же отсечение легко выделяемой части примесей из продукта. То есть данная процедура не ставит целью полное очищение продукта от примесей и отходов, а лишь повышает ценность исходного материала путем увеличения концентрации полезных частиц. Такая обработка минерального сырья может использоваться, к примеру, в целях понижения зольности угля. В процессе обогащения выделяется крупный класс элементов при дальнейшем смешивании концентрата необогащенного отсева с мелкой фракцией.

Проблема потерь ценной породы при обогащении

Как ненужные примеси остаются в массе полезного концентрата, так и ценная порода может выводиться вместе с отходами. Для учета таких потерь используются специальные средства, позволяющие рассчитать допустимый уровень оных для каждого из технологических процессов. То есть для всех методов отделения разрабатываются индивидуальные нормы допустимых потерь. Допустимый процент учитывается в балансе обрабатываемых продуктов с целью покрытия расхождений в расчете коэффициента влаги и механических потерь. Особенно такой учет важен, если планируется обогащение руды, в процессе которого используется глубокое дробление. Соответственно, повышается и риск потерь ценного концентрата. И все же в большинстве случаев утрата полезной породы происходит из-за нарушений в технологическом процессе.

Заключение

За последнее время технологии обогащения ценных пород сделали заметный шаг в своем развитии. Совершенствуются и отдельные процессы переработки, и общие схемы реализации отделения. Одним из перспективных направлений дальнейшего продвижения является использование комбинированных схем обработки, которые повышают качественные характеристики концентратов. В частности, комбинированию подвергаются магнитные сепараторы, в результате чего оптимизируется процесс обогащения. К новым методикам этого типа можно отнести магнитогидродинамическую и магнитогидростатическую сепарацию. При этом отмечается и общая тенденция ухудшения рудных пород, что не может не сказываться на качестве получаемого продукта. Бороться с повышением уровня примесей можно активным применением частичного обогащения, но в общем итоге увеличение сеансов переработки делает технологию неэффективной.