Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ГЛАВА 4. ФИЗИКО – ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ 2 глава





Магнитные и электромагнитные методы обогащенияоснованы на различии в магнитной восприимчивости минералов и различии траекторий их движения в магнитном поле. Эти методы применяются при обогащении железных, марганцевых руд, а также при доводке гравитационных концентратов.

Электрические методы обогащенияоснованы на различии в электропроводности минералов, в зависимости от величины которой и получаемого ими заряда движутся по различным траекториям. Эти методы применяются при доводке оловянных , вольфрамовых концентратов, при доводке гравитационных концентратов, содержащих ильменит, циркон, рутил.

Радиометрические методы обогащения основаны на различии в радиоактивных свойствах минералов или силе их естественной или наведенной радиоактивности.

К специальным методам обогащения относится рудоразборка, основанная на различии в цвете , блеске, прозрачности или свечении минералов, обогащение по трению, основанное на различии коэффициентов трения минералов при их движении по плоскости, обогащение, основанное на способности минералов прилипать к жировой поверхности, растрескиваться при нагревании, химическое и бактериальное выщелачивание, основанное на способности минералов, например, окисленных минералов меди растворяться в сернокислотных растворах. При этом медь переходит в раствор, из которого извлекается гидрометаллургическими методами (осаждением, сорбцией, экстракцией). Присутствие в растворах некоторых типов микроорганизмов , например, тионовых, значительно усиливает процесс окисления сульфидных минералов и их растворение.

Флотационные методы обогащенияоснованы на различии физико-химических свойств минералов, которые обеспечивают избирательное прилипание частиц минералов к поверхности раздела двух фаз воды и пузырьков газа. Применяя различные флотационные реагенты можно искусственно изменять смачиваемость минеральной поверхности. Частицы плохо смачиваемые водой ( гидрофобные) прилипают к пузырькам воздуха и образуют минерализованную пену, которая всплывает на поверхность пульпы. Частицы минералов с хорошо смачиваемой поверхностью ( гидрофильные) не прилипают к пузырькам воздуха и остаются в объеме пульпы.



В технологических схемах переработки сложных комплексных руд часто используется два или более различных методов обогащения, например, гравитационный и флотационный, гравитационный, магнитный и электрический. Применяется также комбинирование методов обогащения и пиро – и гидрометаллургии.

Большинство процессов обогащения осуществляется в водной среде и получаемые продукты содержат большое количество воды. Металлургические заводы, как правило, принимают концентраты с содержанием влаги не более 4-5%. Поэтому возникает необходимость в обезвоживании получаемых концентратов, а иногда и хвостов. Процессы обезвоживания, включающие сгущение, фильтрование и сушку, относятся к вспомогательным процессам. К ним можно также отнести процесс обеспыливания, очистку оборотных и сточных вод.

При обогащении полезных ископаемых применяются разнообразные технологические схемы, выбор которых определяется прежде всего вещественным составом руды, применяемым процессом обогащения и требованиями к технологическим показателям обогащения – к качеству концентратов и извлечению металлов. Очень редко в практике обогащения удается получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты. Это достигается лишь при последовательной совокупности нескольких операций обогащения. По своему назначению операции обогащения различают основные, перечистные и контрольные операции. Например, основная флотация, контрольная флотация и перечистная флотация.

Основная операция – первая операция обогащения в цикле, в результате которой выделяется черновой или грубый концентрат и хвосты. В одной и той же схеме может быть несколько основных операций, например, при обогащении медно-цинковой руды : основная медная флотация, основная цинковая флотация.

Контрольная операция – операция обогащения хвостов основной операции с целью доизвлечения из них ценных минералов. В контрольной операции концентрат представляет собой промпродукт, который возвращается, как правило в основную операцию, а хвосты являются отвальными.

Перечистная операция – операция повторного обогащения концентратов основной операции с целью повышения качества концентрата. В этой операции хвосты являются промпродуктом, который возвращается также в основную операцию.

Совокупность и последовательность операций, которым подвергается руда при переработке представляют собой технологическую схему обогащения, которую принято изображать графически. В зависимости от назначения и информации, которые несут технологические схемы они могут быть качественными, количественными, водно-шламовыми и схемы цепи аппаратов.

В качественной схеме графически изображается последовательность операций, которым подвергается руда и продукты обогащения с указанием некоторых данных о качественных изменениях руды и продуктов переработки, например крупности. Качественная схема ( рис. 2) дает представление о способе обогащения, стадиальности процесса, количестве перечистных и контрольных операций, принятом способе переработки промпродуктов и качестве конечных продуктов обогащения.

 

 

 

 

Рис. 2. Качественная схема обогащения

Если на качественной схеме указано выход (%) и количество переработанной руды и получаемых в отдельных операциях продуктов ( т/сут или т/ч), содержание в них ценных компонентов (%), а также извлечение их в продуктах обогащения всей схемы (%), то схема уже будет количественной или качественно-количественной.

На водно-шламовой схеме приводятся данные о количестве воды в отдельных операциях и продуктах обогащения, о количестве добавляемой воды в операции. Распределение твердого и воды в операциях и продуктах указывается в виде отношения твердого к жидкому Т:Ж, например, Т:Ж=1:3, в виде процента твердого, например, 70% твердогоили разжижения, т.е. соотношения жидкого к твердому, численно равное количеству воды (м3), приходящейся на 1 т твердого, например, при 30% твердого разжижение R будет равно 70/30 = 2,33.

 

 


Рис. 3. Схема цепи аппаратов:

1 —бункер исходной руды; 2,5, 8, ю и 11— конвейеры; з я в — 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

 

Количество воды, добавляемой в отдельные операции, выражается в м3/сут или м3/ч. Иногда на водно- шламовой схеме приводится баланс воды по всей технологической схеме.

Часто все вышеуказанные схемы совмещаются и тогда схема называется качественно-количественная и водно-шламовая.

Схема цепи аппаратов представляет собой графическое изображение движения руды и продуктов обогащения по схеме с условными изображением аппаратов, указанием типа и количества машин и аппаратов (рис. 3).


1.4. Продукты и показатели обогащения руд

 

В процессе обогащения руд выделяются концентраты ( один или несколько), отходы ( хвосты) и промежуточные продукты, которые, как правило, не являются конечными продуктами обогащения и подвергаются переработке в схемах обогащения в виде оборотных продуктов.

Концентратомназывается продукт обогащения, содержащий значительно больше ценного компонента по сравнению с исходным. По своему химическому и минеральному составу готовый концентрат должен удовлетворять требованиям ( кондициям), определяемыми стандартами или техническими условиями, которые зависят от назначения концентратов и условий их дальнейшей переработки. В этих требованиях указывается содержание основного металла по маркам концентратов и содержание основных вредных примесей в них.

Концентраты называют по основному металлу, входящему в их состав, например, медный, никелевый, свинцовый, молибденовый, литиевый и др.

В каждой операции обогащения выделяются концентраты и хвосты, в первых содержание ценного компонента больше, чем в продукте, поступающем на обогащение, во вторых содержание ценного компонента меньше, чем в исходном продукте. Например, выделяются концентраты и хвосты основной операции обогащения, доводочной операции и т.п.

Отвальными хвостами называют отходы обогащения, содержащие главным образом минералы вмещающих пород и незначительные количества ценных компонентов, извлечение которых при современном уровне технологии и техники обогащения затруднено или экономически невыгодно.

Промежуточными продуктами(промпродуктами) называют такие продукты обогащения, в которых содержание полезного компонента выше, чем в исходном продукте, но ниже, чем в концентрате. Промпродукты занимают, таким образом, промежуточное положение между концентратом и хвостами и являются оборотными. Иногда они подвергаются обогащению в отдельном цикле обогатительными или химико-металлургическими методами.

Результаты процессов обогащения оцениваются несколькими технологическими показателями: извлечение ценных компонентов в концентраты, выходом и качеством продуктов обогащения, степенью обогащения и эффективностью обогащения.

Извлечением называется отношение количества ценного компонента, выделяемого в концентрат, к его количеству в исходной руде или исходном продукте, выраженное в процентах. Эта величина характеризует полноту перевода ценного компонента из обогащаемой руды в продукты обогащения – концентрат и хвосты, иногда и в промпродукт. Это один из важнейших технологических показателей технологии обогащения руд и работы обогатительных фабрик.

Выход – это отношение массы какого-либо продукта обогащения к массе переработанной руды или исходного продукта, выраженной в процентах или в долях единицы.

Качество продуктов обогащения определяется содержанием в нем полезного компонента, которое определяется обычно методами химического, атомно-абсорбционного и др. видами анализов.

Если обозначить: γк – выход концентрата, α – содержание металла в руде, β – содержание металла в концентрате, θ – содержание металла в хвостах, а ε – извлечение металла в концентрат, то можно составить баланс металла по руде и продуктам обогащения, т.е. количество металла в руде равно сумме его в концентрате и хвостах

100α = γкβ+ γхвθ (1)

Если принять выход исходной руды в за 100%, то выход хвостов будет равен 100 – γк,

Тогда уравнение (1) примет вид

100α = γкβ+(100 – γк)θ (2)

И выход концентрата

γк= (3)

Откуда извлечение металла в концентрат можно подсчитать по формуле

ε = (4)

Если выход концентрата неизвестен, то извлечение определяется по формуле:

,% (5)

Например, при обогащении свинцовой руды, содержащей 2,5% свинца выделен концентрат с содержанием 55% свинца, и отвальные хвосты, содержащие 0,25% свинца. Подставляя значения содержания в приведенные выше формулы получим:

выход концентрата

γк= =

извлечение в свинцовый концентрат

ε =

выход хвостов

γхв = 100 – γк = 100 – 4,1 = 95,9

Эффективность обогащения характеризуется также степенью обогащения или степенью концентрации и эффективностью обогащения.

Степень обогащения К – это отношение содержания полезного компонента в концентрате к его содержанию в исходной руде или исходном продукте, т.е.

К = , (6)

Иногда пользуются величиной С, которая называется степенью сокращения и показывает во сколько раз выход полученного концентрата меньше количества переработанной руды или исходного продукта, т.е.

С = , (7)

Эффективность обогащения η при выделении из руды двух продуктов – концентрата и хвостов определяется по формуле Ханкока- Люйкена:

η = (8)

При значении величины η > 75% процесс обогащения весьма эффективен, при η <75% и >50% процесс обогащения эффективен и при η<25% процесс неэффективен

Для приведенного выше примера расчета технологических показателей обогащения свинцовых руд :

К = , С = и η = 0,89

 

ГЛАВА 2

ПРОЦЕССЫ ПОДГОТОВКИ РУД К ОБОГАЩЕНИЮ

Руда, поступающая на обогатительные фабрики из шахт и рудников, представляет собой неоднородную рудную массу, состоящую из кусков различной крупности. Крупность максимальных кусков руды в этой массе зависит от системы горных разработок, мощности рудных тел и производительности фабрик. Максимальная крупность кусков руды при подземных горных работах обычно составляет от 250 до 700, а при открытых горных работах – от 350 до 1200 мм.

Конечная крупность руды, поступающей на обогащение, определяется размером вкрапленности минералов, содержащих ценные металлы, и выбранным методом обогащения. Перед обогащением руда подвергается операциям разрушения до таких размеров, при которых максимальное количество ценных минералов будет находиться в свободном состоянии и могут быть отделены от минералов вмещающих пород. Чем полнее раскрыты зерна ценных минералов, тем эффективнее последующее извлечение их из руды. В то же время переизмельчение и ошламование ценных минералов снижает их извлечение.

Крупность исходной руды, продуктов дробления и измельчения характеризуется их гранулометрическим составом, т.е. распределение материала по классам крупности. Распределение ценных минералов или металлов по классам крупности определяет и конечную степень измельчения руды перед обогащением.

Для разрушения кусков руды с получением рудного материала определенной крупности или определенного гранулометрического состава применяются сочетание процессов дробления и грохочения, измельчение и классификация. Процессы дробления и измельчения чрезвычайно энергоемкие и дорогостоящие. На них расходуется более 50% всей электроэнергии, затрачиваемой на процесс обогащения. Стоимость этих процессов составляет до 50% от общей стоимости всего процесса обогащения. Поэтому эти процессы осуществляются по различным схемам с включением процессов грохочения и классификации. Это снижает расход электроэнергии, уменьшает износ футеровки, измельчающих тел и обеспечивает получение равномерного по крупности продукта для последующего обогащения.

Процесс дробления при подготовке руды к измельчению стальной средой ( шарами, стержнями или цильпепсами) обычно осуществляют в три стадии:

· крупное дробление, например, от 1100 до 250-300 мм;

· среднее дробление – от 250-300 до 60-75 мм;

· мелкое дробление – от 60-75 мм до 10-20 мм;

При подготовке руду к рудному самоизмельчению руда подвергается только крупному дроблению. После дробления руда направляется на измельчение до крупности, которая зависит от применяемого метода обогащения. Например, перед гравитационным обогащением руда измельчается до крупности минус 2 – 3 мм, а перед флотацией измельчение проводится до крупности 0,1 мм. и менее.

При подготовке к обогащению россыпей процессы дробления и измельчения не применяются, однако для освобождения ценных минералов от глины, содержащейся в россыпях, и для получения равномерного по крупности продукта, направляемого как правило, на обогащение гравитационными методами, россыпи подвергаются операциям дезинтеграции, промывки, классификации и обесшламливания.

 

2.1. Процессы дробления и измельчения. Общие сведения

Процессы дробления и измельчения – это процессы разрушения кусков и зерен полезных ископаемых под действием внешних сил. При обогащении руд цветных и редких металлов эти процессы - подготовительные, т.к. их целью является получение материала такой крупности, при которой происходит раскрытие минералов перед из разделением процессами обогащения. Дробление и измельчение руд осуществляется как при действии внешних механических сил, так и под действием самих кусков руды. Если при дроблении получаются продукты крупностью более 3-6 мм, то при измельчении – менее 3 – 6 мм.

 

2.2. Теоретические основы процессов дробления.

Процесс разрушения горной породы или руды методом дробления является первым в технологической схеме переработки руды. Эффективность этого процесса зависит от множества факторов, к которым можно отнести : твердость, крепость и прочность руды и входящих в ее состав минералов, измеряемая сопротивлением, которые они оказывают при дроблении, плотность, дробимость, вязкость дробимых материалов, форма кусков и взаимное расположение их в зоне дробления, влажность руды, наличие глинистых минералов, однородность материала, гранулометрический состав его и требования к продуктам дробления.

Твердость– характеристика твердого вещества, какими является руда и минералы, показывающая их способность противодействовать внешней механической силе. Твердость зависит от особенности структуры и состава минерала и руды, типа химической связи , типа и плотности кристаллической упаковки, наличия изоморфных примесей в минералах. В таблице 3 представлена относительная твердость некоторых минералов по десятичной шкале твердости Мооса.

Таблица 3. Твердость некоторых минералов

Минерал Твердость
Тальк
Ковеллин 1-1,2
Молибденит 1-2
Гипс
Галенит 2,5
Кальцит
Борнит
Сфалерит 3,5
Плавиковый шпат
Халькопирит 3,5-4
Апатит
Лимонит 5-5,5
Вольфрамит 5 -5,5
Полевой шпат
Танталит
Рутил 6 – 6,5
Пирит 6 – 6,5
Кварц
Циркон 7,5
Касситерит
Берилл 7,5 - 8
Топаз
Корунд
Алмаз

 

Сопротивляемость или прочность горных пород их технологическому разрушению характеризуется крепостью, выражением которой является коэффициент крепости по шкале М.М. Протодьяконова ( таблица 4).

 

Таблица 4. Коэффициент крепости горных пород по шкале М.М. Протодъяконова

Категория руд Название горной породы Коэффициент крепости
Очень мягкие Уголь Антрацит Известняк пористый 2 - 5
Мягкие Известняк плотный Песчаник Медный колчедан 5 - 10
Средние Гранит Сиенит Мрамор 10-15
Твердые Диабаз Диорит Гнейс 15-18
Весьма твердые Кварцит Порфир Титаномагнетит Базальт 18 - 20

 

Даже в пределах одного месторождения крепость руды может изменяться в широких пределах. Так, медная руда Кальмакырского месторождения имеет крепость 6-12, Медная руда Джезказганского месторождения – 8-15, апатито-нефелиновая руда Кольского полуострова 8-12, медная руда Коунрадского месторождения имеет более равномерную крепость 10-12, медно-никелевая руда Норильского месторождения 16-18, вольфрамо-молибденовая руда Тырныаузского месторождения 16-18.

Плотностью горных пород и минералов называется отношение их массы к объему Она изменяется от значений менее 1 ( озокерит) до 2300 кг/м3 (невьянскит) и зависит от химического состава и структуры минерала, при этом наиболее важную роль играют атомная масса элементов, входящих в состав минерала, их валентность, координационное число, размер ионных радиусов элементов. Это свойство минералов имеет большое практическое значение при обогащении минерального сырья, где различие в плотности используется для разделения минералов. Эту плотность необходимо отличать от насыпной массы, которая представляет собой массу руды в единице объема, включая промежутки между отдельными зернами и порами. Так, если плотность средней по своим свойствам руды составляет 2700 кг/м3, то насыпная масса ее принимается равной 1600 кг/м3.

Чем прочнее и твердее горная порода или руда, тем большее усилие необходимо для того, чтобы преодолеть внутренние силы сцепления частиц полезного ископаемого и разрушить его. Силы сцепления между отдельными кристаллами будут значительно меньше сил сцепления внутри кристаллов. Суммарная величина этих сил сцепления зависит не только от структуры и свойств самих кристаллов, но и от различного рода трещин, примесей и таких физических свойств минералов, как хрупкость и ковкость.

Естественно, что при приложении внешних сил, превышающих силы внутреннего сцепления, руда дробится сначала по сечениям с минимальными силами сцепления. Часть энергии, которая расходуется при дроблении на преодоление внутренних сил, представляет собою полезный расход энергии. После разрушения кусков руды по слабым связям происходит как бы его упрочнение и для дальнейшего его разрушения необходимо, чтобы величина внешних сил превышала величину сопротивления полезного ископаемого по сечениям с максимальной силой сцепления. При разрушении кусков руды по этим сечениям и плоскостям образуются новые обнаженные плоскости, на что также затрачивается определенное количество энергии. Кроме того, энергия, идущая на разрушение, расходуется на образование микротрещин без раскола кусков, на преодоление внешнего трения между разрушаемыми кусками и дробящими частями машины.

Таким образом, учет всего количества энергии, затрачиваемый на процесс разрушения, очень сложен и не поддается полному анализу вследствие невозможности определения величины различных составляющих этой энергии или работы.

Работа при разрушении или дроблении руды расходуется прежде всего на деформацию кусков руды. Она пропорциональна деформированному объему, т.е.

АД = К ΔV, (9)

 

где АД – энергия, расходуемая на разрушение куска руды,

К – коэффициент пропорциональности;

ΔV – деформированный объем разрушаемого куска.

Энергия или работа, затрачиваемая на образование вновь обнаженной поверхности пропорциональна этой поверхности:

АП = δΔS (10)

Где δ – коэффициент проворциональности;

ΔS – величина вновь образованной поверхности.

Сумма энергии деформации в деформированном объеме разрушаемого куска и энергии образования новых поверхностей дает полную энергию, затрачиваемую на разрушение куска :

А = АД + АП = К ΔV + δΔS (11)

Это математическое выражение гипотезы Ребиндера и Жигача позволяет связать энергию, затрачиваемую на дробление, с объемом разрушаемого куска и с величиной вновь образованной поверхности.

Если при разрушении куска руды с небольшой степенью дробления величина вновь образованной поверхности сравнительно небольшая, то энергией, затрачиваемой на образование этой поверхности, можно пренебречь и тогда энергия дробления будет пропорциональная объему деформированной части (9), а деформированная часть объема ΔV пропорциональная объему разрушаемого куска:

ΔV = К1V, ( 12)

где К1 – коэффициент пропорциональности;

V – объем разрушаемого куска,

Тогда А = КкV, (13)

где КК – коэффициент пропорциональности , равный произведению коэффициентов К и К1.

Если кусок руды плотностью Δ имеет диаметр D и объем D3, то для дробления его на две части необходима энергия равная А = 2 D3 /2 = D3. Тогда расход энергии на дробление одного куска будет

АК = К0 Δ D3, (14)

где К0 – коэффициент пропорциональности.

Если принять, что КК = К0 Δ, то

А = КК D3 (15)

 

т.е. при дроблении с одной и той же степенью работа дробления пропорциональна массе или объему дробимого материала. Это закон дробления Кика ( Кирпичева), который справедлив лишь для крупного дробления, т.к. он не учитывает расход энергии на образование новых поверхностей, что имеет большое значение при тонком измельчении. В этом случае величина вновь образованной поверхности будет большой, а энергия деформации значительно меньше энергии образования новых поверхностей. Пренебрегая работой деформации, получим аналогично (11)

А = δΔS

Эта формула является выражением закона Риттингера и показывает, что работа дробления пропорциональна величине вновь образованной поверхности.

Для промежуточного случая, когда энергия, затраченная на деформацию примерно равна работе, расходуемой на образование поверхности, энергия на дробление и измельчение будет прямопропорциональна приращению параметра, являющегося среднегеометрической величиной меду объемом и поверхностью зерен, т.е.

АБ = КБ Δ D2,5 (16)

Это математическое выражение закона Бонда.

Предложенные законы не исключают и не противоречат друг другу, а дополняют один другого. Гипотеза Ребиндера объединяет эти законы единым уравнением и показывает, что расход энергии при дроблении связан с объемом дробимого тела и с величиной вновь образованной поверхностью, однако они могут использоваться только для приближенного определения энергии, затрачиваемой на процессы разрушения руд и минералов ввиду сложности процессов и большого количества факторов, влияющих на их эффективность.

 

 

2.3. Типы дробильных машин и аппаратов, принцип их действия

Для дробления горных пород и руд, имеющих различные физические свойства и размеры, применяются разнообразные типы дробильных машин и аппаратов. Разрушение кусков руды осуществляется способами, из которых наиболее широкое распространение получили раздавливание, раскалывание, удар и истирание, срез, излом ( рис.4) или их сочетание.

 

 

Рис. 4. Способы разрушения

а – раздавливание; б – раскалывание;

в– излом; г – срез;д –истирание; е -удар

В зависимости от дробимости, минерального состава, трещиноватости, формы кусков руды, крупности исходной руды и требуемой крупности дробленой руды испрользуются дробилки различной конструкции.

Крупное, среднее и мелкое дробление твердых пород производится в дробилках, работающих по принципу раздавливания.

Дробильные машины, исходя из основных применяемых способов дробления, принято классифицировать на следующие группы:

1. Щековые дробилки с подвижной щекой. Принцип действия их состоит в раздавливании кусков руды, которое происходит периодически в пространстве между двумя щеками при их сближении, к ним относятся щековые дробилки с простым и сложным движением подвижной щеки или двух подвижных щек.









Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2021 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.