Методы обогащения полезных ископаемых

СОДЕРЖАНИЯ

 

ВВЕДЕНИЯ…………………………………………………………………….3

Методы обогащения полезных ископаемых…………………………………5

Экологические аспекты обогащения………………………………………...23

ВЫВОД……………………………………………………………………......24

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………........25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Обогащение полезных ископаемых  ̶ совокупность процессов первичной переработки твёрдого минерального сырья с целью выделения продуктов, пригодных для дальнейшей технически возможной и экономически целесообразной химической или металлургической переработки или использования. К ним относятся процессы, в которых происходит разделение минералов без изменения их химического состава, структуры или агрегатного состояния.

        В результате обогащение полезных ископаемых получается два основных продукта: концентрат и хвосты. В некоторых случаях (например, при обогащении асбеста или антрацита) концентраты отличаются от хвостов в основном крупностью минеральных частиц. Если в руде содержится ряд полезных компонентов, то из неё получают несколько концентратов. Например, при обогащении полиметаллических руд, содержащих минералы Pb, Zn, Cu и S, получают соответственно свинцовый, цинковый, медный и серный концентраты. Возможно также получение концентратов различных сортов. В ряде случаев получают комплексные концентраты, например медно-золотые или никель-кобальтовые, компоненты которых разделяются уже в металлургическом процессе.

         Обогащение полезных ископаемых осуществляется с помощью ряда последовательных операций, составляющих схему обогащения. Вначале производится дробление и измельчение исходного материала с целью доведения его до размеров, пригодных для существующих обогатительных процессов и аппаратов, а также для разделения сростков и образования частиц индивидуальных минералов. Дробление и измельчение осуществляется в несколько стадий, между которыми может производиться выделение готового продукта для уменьшения ненужного переизмельчения. Для дробления применяются дробилки, доводящие материал до крупности 20—30 мм. Тонкое измельчение осуществляется в мельницах. Выделение продуктов нужной крупности производится с помощью грохотов для крупных зёрен и классификаторов для мелких зёрен.

         Если руды содержат минералы, изменяющиеся при высокой температуре, например выделяющие кристаллизационную воду, CO2, меняющие магнитную восприимчивость, плотность, растрескивающиеся, то их можно подготовить к последующему обогащению посредством обжига. В ряде случаев обжиг применяется и для удаления вредных примесей. Различие зёрен по крупности, форме, хрупкости и коэффициент трения позволяет разделить их по этим признакам. Однако такие процессы менее эффективны.

        

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методы обогащения полезных ископаемых

 

1. 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.

К гравитационным процессам относятся:

А) обогащение в тяжелых жидкостях и суспензиях,

Б) отсадка,

В) концентрация на столах,

Г) обогащение на шлюзах,

Д) обогащение на желобах,

Е) винтовых сепараторах,

 и другие (гравитационная классификация, сгущение пульпы и частично промывка руд).

В качестве среды, в которой осуществляется гравитационное обогащение, используют воду, воздух, тяжелые суспензии и жидкости.

Разделение частиц при гравитационном обогащении обычно происходит в движущейся среде с достаточно большим содержанием твердых частиц. В этих условиях на частицы кроме силы тяжести действуют силы:

• гидродинамические (подъемная сила и сила сопротивления при обтекании частиц жидкостью);

• возникающие при столкновении частиц и их трении;

• трения частиц о дно или стенки машины, в которой осуществляется обогащение.

Определяющей силой является гравитационная. Гравитационная сила определяется массой тела и ускорением свободного падения сообщение частицам знакопеременных симметричных ускорений (например, с помощью вибраций) со средним значением больше неизбежно уменьшает влияние гравитационной силы, увеличивая перемешивание частиц, что в конечном счете должно приводить к ухудшению процесса разделения. Поэтому в применяемых на практике гравитационных машинах и аппаратах (за исключением промывочных машин), ускорение, сообщаемое внешними силами частицам, как правило, не превосходит ускорения силы тяжести.

В гравитационной машине (аппарате) частицы руды транспортируются вдоль нее водой, воздухом или с помощью вибраций поверхности, на которой производится обогащение, одновременно перемещаясь и вертикальном или близком к нему направлении под действием силы тяжести.

 

                  

Рис. 2. Гидравлическая отсадочная машина: 1 ̶  резервуар (камера); 2  ̶   перегородка; 3  ̶  решето; 4  ̶ шток с поршнем.

 

Распределение частиц по высоте потока, определяющее их разделение, происходит в соответствии с их крупностью, плотностью и формой в результате совместного действия указанных сил. При одинаковой крупности и форме частиц, разделение происходит тем успешнее, чем больше разница в плотностях разделяемых минералов. Можно выделить два вида разделения частиц — гидравлическое и сегрегационное.

Гидравлическим называется разделение частиц, при котором силы взаимодействия между частицами малы по сравнению с гидродинамическими силами. Гидравлическое разделение происходит по законам свободного и стесненного падения частиц. При разделении более крупные частицы, имеющие большую скорость свободного падения, располагаются, как правило, ниже гидравлически менее крупных; в стесненных условиях при большой объемной концентрации частиц гидравлически мелкие частицы могут располагаться ниже крупных.

 

Сегрегационным (сегрегацией) называется разделение частиц в условиях их соприкосновения, при которых силы взаимодействия между частицами преобладают я ад гидродинамическими. Сегрегация может происходить под влиянием возмущающих сил переменного направления, возникающих при колебаниях среды, в которой производится обогащение (отсадочные машины), или при колебаниях рабочей поверхности аппарата (концентрационные столы, вибрационные шлюзы). Сегрегация имеет значение для тех гравитационных процессов, при которых объемное содержание твердых частиц в пульпе достаточно велико (40—50 %). К таким процессам относятся, например, отсадка, концентрация на столах в суживающихся желобах для промывки и обогащения в тяжелых суспензиях (за исключением обогащения на виброжелобах) сегрегация не имеет существенного значения. При гравитационном обогащении часто в одной машине сочетаются оба процесса гидравлическое разделение и сегрегация.

Гравитационные процессы являются массовыми, в них одновременно участвует большое количество частиц, физические свойства которых (плотность, размер, форма) изменяются, как правило, не скачкообразно, а непрерывно в определенных интервалах. Массовость наличие «неупорядоченного» перемешивания, вызванного турбулентными пульсациями среды и соударениями частиц, позволяют характеризовать гравитационные процессы как «квазидиффузию частиц», происходящую в полях силы тяжести и гидродинамических. При этом кроме закономерного перемещения частиц, приводящего к их разделению, наблюдается случайное перемещение, нарушающее разделение и существенно замедляющее процесс. Как показывают исследования, случайные перемещения при гравитационных процессах подчиняются статистическим закономерностям.

В гравитационных аппаратах и машинах разделение частиц происходит в разрыхленных слоях, в которых твердые частицы находятся во взвешенном состоянии, обусловливаемом воздействием на них жидкости, газа или вибрирующих твердых стенок. Толщина взвешенных слоев колеблется в широких пределах — от нескольких метров до миллиметров (концентрационные столы, шлюзы).

 А) Обогащение в тяжелых суспензиях.

Процесс обогащения в тяжелых суспензиях заключается в разделении рудного материала по плотности отдельных кусков в гравитационном либо центробежном полях в суспензии, имеющей промежуточную плотность между тяжелой и легкой фракциями. Тяжелые суспензии, применяемые при обогащении, представляют собой механическую взвесь тонкодисперсных частиц тяжелых минералов (утяжелителей) в воде.

Для того чтобы частицы утяжелителя находились во взвешенном состоянии, применяют механическое перемешивание или создают циркулирующие потоки.

В качестве утяжелителей суспензии используют: минералы — пирит, пирротин, барит, магнетит, арсенопирит, галеиит; сплав — ферросилиций; металл — свинец. Нередко применяют смесь минералов и сплавов. Жидкой фазой обычно является вода, редко — насыщенные растворы солей.

Обычно основной целью обогащения в тяжелых суспензиях является удаление пустой породы перед тонким измельчением руды, приводящее к снижению общих эксплуатационных расходов и нередко к повышению технологических показателей. Применение этого метода способствует интенсификации горных работ, вовлечению в эксплуатацию бедных руд; получаемая пустая порода может быть реализована в качестве строительного материала. Благодаря низкой стоимости обогащения в тяжелых суспензиях, снижается общая стоимость переработки руды на фабриках в среднем на 15— 20%.

Эффективность разделения в тяжелых суспензиях выше эффективности обогащения на отсадочных машинах и зависит от вещественного состава руды, физических свойств суспензии, типа сепараторов и крупности обогащаемого материала.

Б) Отсадка.

Отсадка является процессом разделения смеси рудных частиц по плотности в водной или воздушной среде, колеблющейся (пульсирующей) относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении. В процессе отсадки материал, помещенный на решете, периодически разрыхляется и уплотняется. Пульсацию среды, в которой производят разделение, создают движением поршня, диафрагмы, периодической подачей в машину сжатого воздуха или колебаниями решета. Слой материала, находящийся на решете, при отсадке крупного материала называется постелью, а при отсадке мелкого материала (меньше 3-5 мм) — над постельным слоем.

Между постельным слоем и решетом находится искусственная постель, состоящая из крупных тяжелых частиц обогащаемой руды или какого-либо другого материала. Воду, равномерно или периодически подаваемую под решето отсадочной машины, называют под решетной водой.

Циклом отсадки называется закономерность вертикального перемещения среды (или решета) в течение одного периода колебаний. Элементами цикла являются подъем, пауза, опускание среды.

Основным циклом, применяемым в отсадочных машинах, является гармонический (2 а).

 

 

Для широко классифицированной постели существуют две критические скорости — нижний, при которой взвешиваются самые мелкие частицы постели, и верхний — при которой взвешиваются наиболее крупные частицы.

Скорость движения подрешетной воды в отсадочных машинах при обогащении руд обычно не превышает 0,6 см/с. При такой скорости может разрыхляться лишь слой частиц мельче 0,5 мм. Постель из частиц крупнее 0,5 мм разрыхляется в основном колебаниями воды (или решета).

В) Концентрация на столах.

Концентрация на столах является процессом разделения рудных частиц по плотности в тонком слое воды, текущей по слабонаклонной плоской деке, совершающей при помощи привода возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно к направлению движения воды.

Концентрация на столах применяется для обогащения руд олова, вольфрама, редких, благородных и черных металлов и других полезных ископаемых крупностью —3 + 0,01 мм.

Концентрационные столы используются также для флотогравитации.

За время пребывания материала на деке концентрационного стола происходит разрыхление слоя, расслаивание и транспортирование частиц в продольном (вдоль рифлей) и поперечном направлениях в соответствии с их плотностью и крупностью.

Разрыхление слоя частиц создается колебаниями деки и турбулентными вертикальными пульсациями, происходящими в потоке воды. Основным средством для разрыхления слоя в межрифлевом пространстве являются колебания деки, частота которых (4-7 Гц) существенно выше частоты главных вертикальных пульсаций потока воды на концентрационном столе.  Разрыхление слоя частиц является обязательным условием эффективного расслаивания на деке стола.

Наибольшую разрыхленность имеют нижние слои, расположенные вблизи деки, наименьшую — средние слои. Дополнительное разрыхление верхних слоев, расположенных над рифлями, происходит под влиянием возмущений, производимых турбулентньими пульсациями, а также волнами на поверхности раздела пульпа—воздух.

На концентрационных столах с подбрасыванием разрыхление достигается также в результате отрыва слоя частиц от деки под действием вертикальной составляющей ее скорости.

Расслаивание на концентрационном столе имеет в значительной мере характер сегрегации. В нижних слоях потока располагаются Самые тонкие частицы большой плотности, над ними — более крупные той же плотности в смеси с мелкими частицами меньшей плотности, еще выше — последовательно мелкие и крупные частицы малой плотности (самые тонкие частицы — меньше 0,01 мм —движутся вместе с потоком воды).