Процессы переработки полезных ископаемых по назначению в технологическом цикле фабрики разделяются на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные .

К подготовительным операциям относят дробление, измельчение, грохочение и классификацию, а также операции усреднения полезных ископаемых, которые могут проводиться на рудниках, карьерах, в шахтах и на обогатительных фабриках.

К основным обогатительным процессам относят те физические и физико-химические процессы разделения минералов, при которых полезные минералы выделяются в концентраты, а пустая порода - в отходы.

К вспомогательным процессам относят процессы удаления влаги из продуктов обогащения. Такие процессы называются обезвоживанием, которое проводится с целью доведения влажности продуктов до установленных норм. К вспомогательным процессам относят очистку сточных производственных вод (для повторного их использования или сброса в водоемы) и процессы пылеулавливания.

При обогащении полезных ископаемых используют различия их физических и физико-химических свойств, существенное значение из которых имеют цвет, блеск, твердость, плотность, спайность, излом, магнитные, электрические и некоторые другие свойства.

Цвет минералов разнообразен. Различие в цвете используется при ручной рудоразборке или породовыборке из углей и других видах обработки.

Блеск минералов определяется характером их поверхностей. Различие в блеске можно использовать, как и в предыдущем случае, при ручной рудоразборке или породовыборке из углей или при других видах обработки.

Твердость минералов, входящих в состав полезных ископаемых, имеет важное значение при выборе способов дробления и обогащения некоторых руд, а также углей. Минералы, обладающие меньшей твердостью, дробятся и измельчаются быстрее минералов, обладающих большей твердостью. Применив избирательное дробление или измельчение, можно осуществить последующее разделение таких минералов на грохоте.

Плотность минералов изменяется в широких пределах. Различие в плотности полезных минералов и пустой породы широко используется при обогащении руд и углей.

Спайность минералов заключается в их способности раскалываться от ударов по строго определенным направлениям и образовывать по плоскостям раскола гладкие поверхности. Спайность имеет значение для выбора способа дробления и измельчения, а также удаления измельченных материалов из продуктов обогащения грохочением и классификацией.

Излом имеет существенное практическое значение в процессах обогащения, так как характер поверхности минерала, полученного при дроблении и измельчении, оказывает влияние при обогащении электрическими и другими методами.

Магнитные свойства минералов используются при обогащении минералов различной магнитной восприимчивостью в магнитном поле различной напряженности.

Электрические свой ства минералов используются при электрических методах обогащения, связанных с различным отношением минеральных частиц к действию электрических и механических сил при перемещении в электрическом поле.

Физико-химические свойства поверхности минеральных частиц используются при флотационных процессах, заключающихся в различном отношении их к водной среде и воздействию на них химических веществ (реагентов.

На обогатительной фабрике исходное сырье при обработке подвергается ряду последовательных технологических операций. Графическое изображение совокупности и последовательности этих операций называется технологической схемой обогащения .

(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:

Наименование метода обогащения

Физические свойства, используемые для разделения

Основные виды полезных ископаемых, обогащаемые данным методом

Гравитационный метод обогащения

Плотность (с учетом крупности и формы)

Угли (+1 мм), сланцы, золотосодержащие, оловянные руды…

Флотационный метод обогащения

Смачиваемость поверхности

Руды цветных металлов, апатитовые, фосфоритовые, флюоритовые руды...

Магнитный метод обогащения

Удельная магнитная восприимчивость

Железные руды…

Электрический метод обогащения

Электрические свойства (электропроводность, трибозаряд, диэлектрическая проницаемость, пирозаряд)

Доводка алмазных руд, редкометальных: титан-циркониевых, тантало-ниобиевых, оловянно-вольфрамовых, редкоземельных (монацит-ксенотимовых). Стекольные пески, электронный лом…

Рудосортировка:

Рудоразборка

Радиометрическое обогащение

Внешние признаки: цвет, блеск, форма

Способность частиц испускать, отражать поглощать различные виды энергии

Драгоценные камни, листовая слюда, длинноволокнистый асбест

Руды черных и цветных металлов, алмазосодержащие, флюоритовые и др. руды

Избирательное дробление

Различие по прочности

Фосфоритовые руды, угли и сланцы

Обогащение по форме

Комбинированные методы

В схему помимо традиционных процессов обогащения (не затрагивающих химического состава сырья) включены пиро- или гидрометаллургические операции, изменяющие химический состав сырья.

Урановые, золотосодержащие (коренные) руды, медно-никелевые руды…

Кроме перечисленных есть и другие методы обогащения. Также, иногда к обогатительным относят процессы окускования (увеличения крупности материалов).

К вспомогательным относят обезвоживание, пылеулавливание, очистку сточных вод, опробование, контроль и автоматизацию. Задача этих процессов  обеспечить оптимальное протекание основных процессов, довести продуты разделения до необходимых кондиций.

Совокупность последовательных технологических операций обработки, которым подвергают полезные ископаемые на обогатительных фабриках, называется схемой обогащения . В зависимости от характера сведений, которые содержатся в схеме обогащения, ее называют технологической, качественной, количественной, качественно-количественной, водно-шламовой и схемой цепи аппаратов.

Обогащение, как и любой другой технологический процесс, характеризуется показателями. Основные технологические показатели обогащения следующие:

Q  масса продукта (производительность); 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 %.

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.

КУРС ЛЕКЦИЙ

Введение. Значение и роль обогащения при использовании различных ПИ…6
Классификация процессов обогащения………………………………………..14
Типы и схемы обогащения и их применения………………………………….21
Процессы грохочения. Конструкции и принцип работы грохотов…………..27
Способы и процессы дробления полезных ископаемых……………………...38
Типы дробилок и схемы дробления…………………………………………….45
Процесс измельчения. Типы и принцип работы мельниц…………………….58
Классификация продуктов………………………………………………………70
Конструкция и принцип работы гидравлических классификаторов. Конструкция и принцип работы воздушных классификаторов………………74
Гравитационные методы обогащения………………………………………….82
Обогащение в тяжелых средах………………………………………………….89
Обогащение на отсадочных машинах……………………………………….....99
Обогащение на концентрационных столах…………………………………..110
Флотационные методы обогащения. Типы флотационных реагентов их применение в производстве…………………………………………………..118
Конструкции и принцип работы флотационных машин…………………….127
Магнитные методы обогащения………………………………………………137
Электрическое обогащение. Обезвоживание продуктов обогащения……..145
Применение различных сгустителей и принцип их работы. Механическое оборудование для фильтрования……………………………………………..154
Список рекомендуемых источников…………………………………………168

ВЕДЕНИЕ. ЗНАЧЕНИЕ И РОЛЬ ОБОГАЩЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.

Цель: Получение студентами начальных навыков в терминах и названиях, а так же в значении самого предмета и его ценности в практическом применении.

План:

1.
Основные термины предмета и их значение.

2.
Общие сведения о рудах и минералах цветных и редких металлов.

Подразделения и группировка руд.

3.
Характеристика Месторождений. Концентраты, промпродукты, хвосты.



4.
Значение и роль обогатительных фабрик при использовании полезных ископаемых.

Ключевые слова: руда, минерал, монометаллическая руда, полиметаллическая, полезный компонент, ценный компонент, концентрат, промпродукт, хвосты, пустая порода, окисленные руды, самородные, тонковкрапленные, сульфидные, обогащение полезных ископаемых, обогатительная фабрика, значение (социальное, экономическое).

1. «Основными направлениями экономического и социального раз­вития Республики Узбекистан на современный период, предусматривается дальнейшее совершенствование технологии добычи и переработки руд и концентратов, повышение ком­плексности использования минерального сырья, ускорение внедрения эффективных технологических процессов, улучшение качества и ассортимента выпускаемой продукции.

Развитие экономической стабильности страны является развитие современных технологий и техники различных отраслей промышленности, в том числе обогащения полезных ископаемых.

Источником получения металлов, многих видов сырья, топлива, а так же строительных материалов являются полезные ископаемые.

Полезные ископаемые в зависимости от характера и назначения ценных компонентов принято подразделять на: рудные, нерудные и горючие.

Рудами называют полезные ископаемые, которые содержат ценные компоненты в количестве, достаточном для того, чтобы их извлечение при современном состоянии технологии и техники было экономически выгодным. Руды делятся на металлические и неметаллические.

К металлическим относятся руды, являющиеся сырьем для получения черных, цветных, редких, драгоценных и других металлов.

К неметаллическим – асбестовые, баритовые, апатитовые, фосфоритовые, графитовые, тальковые и другие.

К нерудным относится сырье для производства строительных материалов (песок, глина, гравий, строительный камень, цементное сырье и другие).

К горючим относятся ископаемое твердое топливо, нефть и природный горючий газ.

Ценными компонентами называются отдельные химические элементы или минералы, входящие в состав полезного ископаемого и представляющие интерес ля их дальнейшего использования.

Полезными примесями называют отдельные химические элементы или их природные соединения, которые входят в состав полезного ископаемого в небольших количествах и могут быть выделены и использованы совместно с основным ценным компонентом, улучшая его качество. Например: полезными примесями в железных рудах являются хром, вольфрам, ванадий, марганец и другие.

Сопутствующими компонентами называются ценные химические элементы и отдельные минералы, содержащиеся в полезных ископаемых в сравнительно небольших количествах, выделяемые при обогащении попутно в самостоятельный или комплексный продукт совместно с основным ценным компонентом, и извлекаемые из него в дальнейшем в процессе металлургической плавки или химической переработки. Например: в некоторых рудах цветных металлов сопутствующими являются золото, серебро, молибден и другие.

Вредными примесями называют отдельные примеси и элементы, или природные химические соединения, содержащиеся в полезных ископаемых и оказывающие отрицательное влияние в полезных ископаемых на качество извлекаемых ценных компонентов.

2. По составу руды бывают простые (полезный компонент представлен одним минералом) и сложные (полезный компонент представлен различными по свойствам минералами).

Минералы, не содержащие ценных компонентов, называют пустой породой. При обогащении они удаляются в отходы (хвосты) совместно с вредными примесями.

В результате обогащения основные составные компоненты полезного ископаемого могут выделяться в виде самостоятельных продуктов: концентратов (одного или нескольких) и хвостов. Кроме того, в процессе обогащения из полезного ископаемого могут выделяться так же промежуточные продукты.

Источниками добычи цветных и редких металлов являются месторождения руд или полезных ископаемых, содержащие один или несколько ценных металлов (компонентов), представленных со­ответствующими минералами в сочетании с вмещающей породой. В очень редких случаях в земной коре встречаются самородные эле­менты (медь, золото, серебро) в виде зерен, имеющих кристалличе­ское или аморфное строение. Содержание золота и серебра в руде очень низкое, всего несколько граммов на 1 т руды. На 1 г золота в земной коре приходится около 2 т породы.

Руда - это такая порода, из которой на данном этапе развития техники экономически выгодно извлекать ценные компоненты. Руда состоит из отдельных минералов; те из них, которые надо извлечь, называют ценными (полезными), а те, которые в данном случае не используются, являются минералами вмещающей (пустой) породы.

Однако понятие «пустая порода» условно. По мере развития техники обогащения и способов последующей переработки получае­мых при обогащении продуктов минералы пустой породы, содержа­щиеся в руде, становятся полезными. Так, в апатитонефелиновой ру­де нефелин долгое время являлся минералом пустой породы, но по­сле того как была разработана технология получения глинозема из нефелиновых концентратов, он стал полезным компонентом.

По минеральному составу руды подразделяются на самород­ные, сульфидные, окисленные и смешанные.

Руды также разделяются на монометаллические и полиметаллические.

Монометаллические руды содержат только один ценный ме­талл. Полиметаллические - два и более, например, Си, РЬ, Zn, Fe и др. В природе полиметаллические руды встречаются значительно чаще, чем монометаллические. В большинстве руд содержится не­сколько металлов, но не все они имеют промышленное значение. В связи с развитием техники обогащения становится возможным из­влекать и те металлы, содержание которых в руде мало, но их попут­ное извлечение экономически целесообразно.

Различают также руды вкрапленные и сплошные. Во вкрап­ленных рудах зерна ценных минералов распределены в массе вме­щающей породы. Сплошные руды (колчеданные) состоят на 50...100 % из сульфидов, главным образом пирита (серного колчеда­на) и небольшого количества минералов вмещающей породы.

По размеру вкрапленности зерен полезных минералов руды бывают крупновкрапленные (> 2 мм), мелковкрапленные (0,2...2 мм), тонковкрапленные (< 0,2 мм) и весьма тонковкрапленные (< 0,02 мм). Последние являются труднообогатимыми рудами.

Месторождения промышленных руд по характеру происхож­дения бывают коренными и россыпными. Коренные месторождения залегают в месте первоначального образования. Ценные минералы и минералы вмещающей породы в этих рудах находятся в тесной ассо­циации между собой.

Россыпями называют вторичные месторождения, образовав­шиеся в результате разрушения первичных коренных месторождений и вторичного отложения материала из первичных руд. В россыпных месторождениях присутствуют несульфидные, труднорастворимые минералы в виде зерен округлой формы (скатанных). Сростки отсут­ствуют, что облегчает и удешевляет процесс обогащения россы­пей .

В земной коре содержится около 4 тысяч различных минера­лов, которые представляют собой более или менее устойчивые при­родные химические соединения. Одни из них, такие как кварц, поле­вые шпаты, алюмосиликаты, пирит составляют основную массу зем­ной коры, другие, например, минералы Сu, Рb, Zn, Мо, Ве, Sn нахо­дятся в больших количествах только в определенных участках - руд­ных телах, третьи, такие как германит (минерал германия), гринокит (минерал кадмия) встречаются еще реже, сопутствуя различным ми­нералам в рудах.

К сульфидным относятся минералы, представляющие собой соединения металлов с серой. Например, халькопирит СиРе$2 явля­ется основным минералом меди, сфалерит 2п8 - цинка, молибденит МоS 2 - молибдена.

К оксидам относится значительная часть цветных и редкометальных минералов, например, куприт Сu 2 О, ильменит FеТiО 3 , рутил ТiO 2 , касситерит SnО 2 .

Силикаты представляют собой самую большую группу мине­ралов, залегающих в земной коре. В верхней мантии земли они со­ставляют до 92 %. К силикатам относится основная масса минералов вмещающей (пустой) породы (непригодной для промышленного по­требления), а также минералы лития, бериллия, циркона и др. Среди силикатов наиболее распространен кварц SiO 2 ; его можно извлекать в самостоятельный продукт и использовать в производстве стекла, хрусталя, в строительной промышленности.

К алюмосиликатам относятся сподумен LiAlSi 2 О б и берилл Ве 3 Аl 6 О 18 , являющиеся основными минералами в производстве 1 лития и бериллия, а также шпаты, - альбит NaAlSiзО 8 и микроклин КАlSi 3 О 8 , - основные минералы вмещающей породы (в сред­нем 60 %).

К карбонатам относятся минералы, содержащие углекислоту: кальцит СаСОз (минерал вмещающей породы), церуссит РbСО 3 .

3. Месторождения промышленных руд по характеру происхожде­ния бывают коренными и россыпными. Коренными называют руды, залегающие в месте первоначального образования и расположенные внутри общего массива горных пород. Эти руды после добычи из шахты или из открытого рудника требуют пред­варительно перед обогащением дробления и измельчения. Ценные минералы и минералы пустой породы в таких рудах находятся в тесной ассоциации между собой.

Россыпями называют вторичные месторождения, образова­вшиеся в результате разрушения руд первичных коренных место­рождений и вторичного отложения материала из первичных руд. В россыпях минералы претерпели очень сильные изменения по химическому составу и физическим свойствам. Все минералы и крупные куски руды подверглись разрушению водными пото­ками, выветриванию, изменениям температуры, воздействию хи­мических соединений и т. п.

Речными водными потоками или волнами моря и океана куски руды и минералы обычно переносятся на большие расстояния. Перекатываясь, они принимают округлую форму. Сульфиды при этом разрушаются и в месторождениях полностью отсутствуют, а несульфидные труднорастворимые минералы освобождаются от сростков с минералами пустой породы (песок, галечник). Поэтому руды россыпных месторождений не подвергают дробле­нию и измельчению, и процессы обогащения их значительно проще и дешевле.

С помощью обогащения удаляют вредные примеси из концентратов, поступающих на металлургический завод, затрудняющие процессы плавки и ухудшающие качество получаемых металлов. Удаление вредных примесей позволяет значительно улучшить технико-экономические показатели металлургических процессов. Например, вредной примесью в свинцовом концентрате является цинк. Повышение содержания его в свинцовом концентрате с 10 до 20% увеличивает потери свинца при плавке почти в 2 раза. В процессе обогащения руды получают концентраты (один или несколько), отвальные хвосты и промежуточные продукты.

Концентраты – продукты, в которых сосредоточено основное количество того или иного ценного компонента. Концентраты, по сравнению с обогащаемой рудой характеризуются значительно более высоким содержанием полезных компонентов и более низким содержанием пустой породы и вредных примесей.

Промпродукты – продукты, получаемые при обогащении полезных ископаемых и представляющие собой смесь зерен, содержащих полезные компоненты, с зернами пустой породы. Промпродукты характеризуются более низким по сравнению с концентратами и более высоким по сравнению с хвостами содержанием полезных компонентов.

Хвосты – продукты, в которых сосредоточено основное количество пустой породы, вредных примесей и небольшое (остаточное) количество полезного компонента.

Обогащением полезных ископаемых называют совокупность процессов первичной обработки минерального сырья из недр, в результате которых происходит отделение полезных компонентов (минералов) от пустой породы.

Концентраты и хвосты являются окончательными продуктами, а промежуточные продукты - оборотными. Качество концент­ратов, выдаваемых обогатительными фабриками, должно отвечать требованиям, определяемым ГОСТами или техническими усло­виями. Эти требования зависят от назначения концентратов и условий их дальнейшей переработки. В ГОСТах указано наимень­шее допустимое содержание полезного компонента и наибольшее допустимое содержание вредных примесей для концентратов раз­личных сортов.

Результаты обогащения оцениваются несколькими показате­лями и прежде всего полнотой извлечения ценных компонентов и качеством получаемых концентратов.

Извлечением называется отношение количества по­лезного компонента, переведенного в концентрат, к его коли­честву в руде, выраженное в процентах. Извлечение характеризует полноту перевода полезного компонента из руды в концентрат и является одним из важнейших технологических показателей работы обогатительной фабрики.

Выходом называется отношение массы какого-либо про­дукта обогащения к массе переработанной руды, выраженной в процентах.

4.

Обогащением руд называется совокуп­ность процессов первичной обработки ми­нерального сырья, имеющих целью отде­ление всех полезных минералов (а при необ­ходимости и их взаимное разделение) от пустой породы. В результате обогащения получают один или несколько богатых концентратов и отвальные хвосты. Концентрат содержит в десятки, иногда и в сотни раз больше полезного минерала по сравнению рудой. Он пригоден для металлургической переработки или может служить сырьем для других отраслей промышленности. Отвальные хвосты содержат главным образом минералы пустой породы, которые при данных технико-экономических условиях извлекать нецелесообразно или же в этих минералах нет по­требности.

Необходимость процессов обогащения полезных ископаемых подтверждается зависимостью технико-экономических показате­лей металлургической переработки от содержания металла в сырье, поступающем в плавку.

Еще больший экономический эффект получается при обогащении бедных руд, содержащих редкие и другие дорогостоящие металлы (молибден, олово, тантал, ниобий и др.).

Значение обогащения полезных ископаемых обуславливается тем, что:

во первых – во многих случаях лишь после него становятся возможными многие технологические процессы (металлургические, химические и другие);

во вторых – переработка обогащаемого продукта осуществляется с большим экономическим эффектом, чем природного: уменьшается объем перерабатываемого материала, улучшается качество готовой продукции, сокращаются потери ценного компонента с отходами производства и расходы на транспортирование сырья, повышается производительность труда, снижаются расходы топлива, электроэнергии и т. д.

Технология обогащения полезных ископаемых состоит из ряда последовательных операций, осуществляемых на обогатительных фабриках.

Обогатительными фабриками называют промышленные предприятия, на которых методами обогащения обрабатывают полезные ископаемые и выделяют из них один или несколько товарных продуктов с повышенным содержанием ценных компонентов и пониженным содержанием вредных примесей. Современная обогатительная фабрика – это высокомеханизированное предприятие со сложной технологической схемой переработки полезного ископаемого.

Технологическая схема включает сведения о последовательности технологических операций по переработки полезных ископаемых на обогатительной фабрике.

Выводы:

Источником добычи цветных и редких металлов являются месторождения руд или полезных ископаемых, содержащих один или несколько цветных или редких металлов, представленных соответствующими минералами в сочетании с минералами пустой породы.

В очень редких случаях встречаются в земной коре самород­ные элементы (медь, золото, серебро и сера). Обычно они образуют различные химические соединения - минералы, являющиеся есте­ственными продуктами процессов, происходящих в земной коре. Самородные элементы встречаются главным образом в твердом состоянии и представляют собой зерна, имеющие кристаллическое или аморфное строение.

Полезные ископаемые - это природные мине­ральные вещества, которые при данном уровне и состоянии тех­ники могут быть с достаточной эффективностью использованы в народном хозяйстве в естественном виде или после предваритель­ной обработки.

Ископаемые, добываемые из недр земли, бывают твердыми (руда, уголь, торф), жидкими (нефть) и газообразными (природ­ные газы).

По вещественному составу металлические полезные ископа­емые подразделяются на руды черных, цветных, ред­ких, благородных и радиоактивных металлов.

По минеральному составу руды подразделяются на само­родные, сульфидные, окисленные и сме­шанные.

Концентраты и хвосты являются окончательными продуктами, а промежуточные продукты - оборотными. Качество концент­ратов, выдаваемых обогатительными фабриками, должно отвечать требованиям, определяемым ГОСТами или техническими усло­виями.

Из руд цветных и редких металлов, обычно содержащих очень небольшой процент полезного минерала, выплавлять металл без предварительного обогащения экономически невыгодно, а часто и практически невозможно. Поэтому более 95% добываемых руд подвергаются обогащению.

Контрольные вопросы:

1.
На какие группы подразделяются полезные ископаемые?

2.
Что такое руда и какие руды относят к металлическим, неметаллическим, нерудным, горючим?

3.
Что называют ценными компонентами, полезными примесями, сопутствующими компонентами, вредными примесями?

4.
Основное значение обогащения полезных ископаемых и обогатительных фабрик.

5. На какие составляющие делятся руды?

6. Простые и сложные руды.

Что называют концентратом, промпродуктами и хвостами?

Что такое обогащение полезных ископаемых?

Как характеризуются месторождения?

Каковы основные показатели экономической выгоды обогащения полезных ископаемых?

Домашнее задание :

1.
Подготовиться к опросу по заданной лекционной теме.

2.
Подготовить краткий тезис по тематике семинарского задания.

3.
Ответить на вопросы к лекции.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕСОВ ОБОГАЩЕНИЯ.

Цель: Знание краткого описания процессов обогащения, для первичного восприятия студентами данного предмета.

План:

1.
Общие сведения по классификации процессов обогащения.

2.
Краткая характеристика основных процессов обогащения.

3.
Краткая характеристика специальных методов обогащения.

4.
Технологические показатели обогащения

Ключевые слова: основные процессы, специальные, грохочение; дробление; измельчение; классификация, гравитационные процессы обогащения; флотационные методы; магнитные методы обогащения; электрическое обогащение, ручная и механизированная рудоразработка, пробовыработка, декрипитация, радиометрические методы обогащения.

1.

Обогащение полезных ископаемых является весьма важным аспектом в добыче и переработки руд. Оно подразделяется на множество методов обогащения, что подразумевает под собой наиболее качественный и полный процесс обогащения.

Подготовительные процессы имеют целью под­готовить руду к обогащению. Подготовка включает прежде всего операции уменьшения размеров кусков руды - дробление и измельчение и связанную с ними классификацию руды на гро­хотах, в классификаторах и гидроциклонах. Конечная крупность измельчения определяется крупностью вкрапленности минералов, так как при измельчении не­обходимо максимально рас­крыть зерна ценных 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 др.

Большинство процессов обогащения проводится в во­де и получаемые продукты содержат большое количе­ство ее. Поэтому возникает необходимость во вспомогательных процессах. К ним относится обезвоживание продуктов обогащения, включающее сгущение, фильтрование и сушку.

Совокупность и последовательность операций, которым под­вергается руда при переработке, составляют схемы обога­щения, которые принято изображать графически. В зависи­мости от назначения схемы могут быть качественными, количе­ственными, шламовыми. Кроме указанных схем обычно соста­вляют схемы цепи аппаратов.

Таким образом, обогащение полезных ископаемых можно разделить на основные и вспомогательные процессы (методы) обогащения.

К основным методам обогащения относятся:

1.грохочение; 2.дробление; 3.измельчение; 4.классификация; 5.гравитационные процессы обогащения; 6.флотационные методы; 7.магнитные методы обогащения; электрическое обогащение.

К вспомогательным методам относят:

1.ручную и механизированную рудоразработку и промывку. Избирательное дробление и декрипитацию;

2.обогащение по трению, форме и упругости;

3.радиометрические методы обогащения;

4. химические методы обогащения.

2 Грохочением называют процесс разделения кусковых и зернистых материалов на продукты различной крупности, называемые классами, с помощью просеивающих поверхностей с калиброванными отверстиями (колосниковые решетки, листовые и проволочные решета).

В результате грохочения исходный материал разделяется на надрешетный (верхний) продукт, зерна (куски) которого больше размера отверстий просеивающей поверхности, и подрешетный (нижний продукт), зерна (куски) которого меньше размера отверстий просеивающей поверхности.

Дробление и измельчение – процесс разрушения полезных ископаемых под действием внешних сил до заданной крупности, требуемого гранулометрического состава или необходимой степени раскрытия материалов. При дроблении и измельчении нельзя допускать переизмельчения материалов, так как это ухудшает процесс обогащения полезного ископаемого.

Классификация – процесс разделения смеси минеральных зерен на классы различной крупности по скоростям их осаждения в водной или воздушной средах. Классификация осуществляется в специальных аппаратах, называемых классификаторами, если разделение происходит в водной среде (гидроклассификация), и воздушными сепараторами, если разделение происходит в воздушной среде.

Гравитационными процессами обогащения называют процессы обогащения, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.

К гравитационным процессам относятся отсадка, обогащение в тяжелых средах, концентрация на столах, обогащение в шлюзах, желобах, струйных концентраторах, конусных, винтовых и противоточных сепараторах, пневматическое обогащение.

Флотационные методы обогащения – процесс разделения тонкоизмельченных полезных ископаемых, осуществляемый в водной среде и основанный на различии их способности, естественной или искусственно создаваемой, смачиваться водой, что определяет избирательное прилипание частиц минералов к поверхности раздела двух фаз. Большую роль при флотации играют флотационные реагенты – вещества, позволяющие процессу идти без особых осложнений и ускоряющие сам процесс флотации, а так же выход концентрата.

Магнитные методы обогащения полезных ископаемых основаны на различии магнитных свойств разделяемых минералов. Разделение по магнитным свойствам осуществляется в магнитных полях.

При магнитном обогащении используются только неоднородные магнитные поля. Такие поля создаются соответствующей формой и расположением полюсов магнитной системы сепаратора. Таким образом магнитное обогащение осуществляется в специальных магнитных сепараторах.

Электрическим обогащением называется процесс разделения минералов в электрическом поле, основанный на различии их электрических свойств. Этими свойствами являются электропроводность, диэлектрическая проницаемость, трибоэлектрический эффект.

3. Ручная рудоразработка и породовыборка как способ обогащения основаны на использовании различия во внешних признаках разделяемых минералов – цвете, блеске, форме зерен. Из общей массы полезного ископаемого отбирают обычно тот материал, которого содержится меньше. В том случае, когда из полезного ископаемого отбирается ценный компонент, операция называется рудоразработкой, когда пустая порода – породовыработкой.

Декрипитация основана на способности отдельных минералов растрескиваться (разрушаться) при их нагревании и последующем быстром охлаждении.

Обогащение по трению, форме и упругости основано на использовании различий в скоростях движения разделяемых частиц по плоскости под действием сил тяжести. Основным параметром движения частиц по наклонной плоскости, является коэффициент трения, зависящий в основном от характера поверхности самих частиц и их формы.

Адиометрическая сортировка , основанная на различии радиоактивных свойств минералов или силе их излучения

Радиометрические методы обогащения основаны на различной способности минералов, испускать, отражать, или поглощать различные виды излучения.

К химическим методам обогащения относят процессы, связанные с химическими превращениями минералов (или только их поверхности) в другие химические соединения, в результате чего изменяются их свойства, или с переводом минералов из одного состояния в другое.

Химическое и бактериальное обогащение, основанное на спо­собности минералов, например сульфидов, окисляться и раство­ряться в сильно кислых растворах. При этом металлы переходят в раствор, из которого извлекаются различными химико-металлур­гическими методами. Присутствие в растворах некоторых типов бактерий, например тионовых, значительно интенсифицирует процесс растворения минералов.

В технологических схемах обогащения сложных комплексных руд часто используют одновременно два или три различных ме­тода обогащения, например: гравитационный и флотационный, гравитационный и магнитный и т. п. Применяются также комби­нированные методы обогащения в сочетании с гидрометаллурги­ческими.

Для успешного применения того или иного метода обогащения необходимо наличие у минералов достаточного различия тех свойств, которые используются в данном методе.

4. Процесс обогащения характеризуется следующими техноло­гическими показателями: содержанием металла в руде или продукте обогащения; выходом продукта; степенью сокращения и извлечением металла.

Содержание металла в руде или продукте обогащения - это отношение массы этого металла в руде или продукте обогащения к массе сухой руды или продукта, выраженное в процентах. Содержание металла принято обозначать греческими буквами α (в исходной руде), β (в концентрате) и θ (в хвостах). Содержание драгоценных металлов выражается обычно в единицах массы (г/т).

Выход продукта - отношение массы продукта, полученного -при обогащении, к массе переработанной исходной руды, выражен­ное в долях единицы или процентах. Выход концентрата (γ) показы­вает, какую долю от общего количества руды составляет концентрат.

Степень сокращения - величина, обозначающая во сколько раз выход полученного концентрата меньше количества перерабо­танной руды. Степень сокращения (К) выражает количество тонн; руды, которое нужно переработать, чтобы получить 1 т концентрата, и рассчитывается по формуле:

К= 100/ γ

Для руд цветных и редких металлов характерен малый выход концентрата и, следовательно, высокая степень сокращения. Выход концентрата определяется прямым взвешиванием или по данным химического анализа по формуле:

γ =(α - θ/β - θ)100,%.

Степень обогащения, или степень концентрации показывает, во сколько раз увеличилось содержание металла в кон­центрате по сравнению с содержанием металла в руде. При обогаще­нии бедных руд этот показатель может составлять 1000... 10000.

Извлечение металлаε - это отношение массы металла в кон­центрате к массе металла в исходной руде, выраженное в процентах

ε=γβ/α

Уравнение баланса металла

εα=γβ

связывает основные технологические показатели процесса и позволяет рассчитать степень извлечения металла в концентрат, которая, в свою очередь, показывает полноту перехода металла из руды в концентрат.

Выход продуктов обогащения можно определить по данным химических анализов продуктов. Если обозначить:- выход концентрата; - содержание металла в руде; - содержание металла в концентрате; - содержание металла в хвостах, а - извлечение металла в концентрат, то можно составить баланс металла по руде и продуктам обогащения, т. е. коли­чество металла в руде равно сумме его количеств в концентрате и хвостах

Здесь за 100 принят выход исходной руды в процентах. Отсюда выход концентрата

Извлечение металла в концентрат можно подсчитать по формуле

Если выход концентрата неизвестен, то

Например, при обогащении свинцовой руды, содержащей 2,5% свинца, получен концентрат с содержанием 55% свинца и хвосты, содержащие 0,25% свинца. Подставляя результаты химических анализов в приведенные выше формулы, получим:

выход концентрата

извлечение в концентрат

выход хвостов

степень обогащения:

Качественно-количественные показатели обогащения харак­теризуют техническое совершенство технологического процесса на фабрике.

Качество конечных продуктов обогащения должно соответство­вать требованиям, предъявляемым потребителями к их химическому составу. Требования к качеству концентратов называются кондициями и регламентируются ГОСТ, техническими условиями (ТУ) или временными нормами и разрабатываются с учетом технологии и экономики I переработки данного сырья и его свойств. Кондициями устанавливается минимально или максимально допустимое содержание различных со­ставных компонентов полезного ископаемого в конечных продуктах обогащения. Если качество продуктов соответствует кондициям, то эти продукты называются кондиционными.

Выводы:

Обогатительная фабрика является промежуточным звеном между рудником (шахтой) и металлургическим заводом. Руда различной крупности, поступающая с рудника, при переработке на обогатительной фабрике проходит различные процессы, которые по своему назначению можно разделить на подготовитель­ные, собственно обогатительные и вспомогательные.

Подготовительные процессы имеют целью под­готовить руду к обогащению. Подготовка включает прежде всего операции уменьшения размеров кусков руды - дробление и измельчение и связанную с ними классификацию руды на гро­хотах, в классификаторах и гидроциклонах. Конечная крупность измельчения определяется крупностью вкрапленности минералов, так как при измельчении не­обходимо максимально рас­крыть зе

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.