Что такое обогащение полезных ископаемых определение
Обогащение полезных ископаемых
Извлекаемые из земных недр природные ресурсы обычно малопригодны для непосредственного использования, так как содержат много пустой породы. Кроме того, требуется разделение минералов друг от друга и формирование потребляемой продукции по стандартным размерам. Все эти процессы осуществляются с помощью обогащения, выполняемого на горно-обогатительных предприятиях: комбинатах и фабриках.
Обогащение – важнейший промежуточный процесс между добычей природных ресурсов и потреблением извлечённых минералов. Теоретической основой его выступаем минералургия – наука, изучающая свойства и взаимодействия полезных ископаемых с целью получения кондиционного конечного продукта, предназначенного для последующего промышленного использования.
Процесс обогащения позволяет довести концентрацию ценного компонента до 60-90%, удалить влагу, вредные примеси, снизить образование золы ископаемых углей. В основе этого процесса лежат физико-химические свойства компонентов, пребывающих в составе минеральных ресурсов:
Результатом обогащения выступают:
В роли компонента здесь выступает минерал, для получения которого извлекаются из недр природные ресурсы. Иногда параллельно с ним в составе породы присутствуют и вредные примеси, ухудшающие потребительские качества полезного минерала. Вполне понятно, что от вредных примесей необходимо избавляться во время обогащения.
Классификация процессов и методов обогащения
Для достижения заданного результата – получения концентрата с требуемыми характеристиками, – добытая руда должна пройти ряд этапов переработки, подразделяющихся:
Подготовительные этапы
Включают в себя: дробление, измельчение, грохочение, классификацию, усреднение. Цель этих операций заключается в открытии зёрен добытых природных запасов и распределении материала по уровням крупности. Местом осуществления данных процессов служат шахты, карьеры, рудники и, конечно же, обогатительные предприятия.
Измельчение и дробление
Фактически это способы разрушения добытой первородной массы до уровня вскрытия минералов или придания им стандартного гранулометрического состава. Дробление выполняется в дробилках, получаемые частицы должны быть размерами, превышающими 5 мм. Измельчение – менее 5 мм – осуществляется на шаровых или стержневых мельницах.
Результатом процессов дробления и измельчения является раскрытие зёрен искомых минералов, обеспечивающее доступ к ним взаимодействующих реагентов.
Грохочение
Грохочение – это разделение минерала по классам крупности, производимое на решетах и ситах с ячейками разных размеров (от одного – до нескольких сотен миллиметров). Находящимися в конструкциях специальных механизмов, носящих название «грохотов».
Классификация
Процесс распределения частиц по крупности, величиной не более 1 мм, выполняемой в водной или воздушной среде. Благодаря разности времени оседания, они подразделятся на крупную фракцию – пески, мелкую – слив (при гидравлическом характере процесса) или тонкий продукт (при пневматическом…).
Усреднение
Одна из важнейших функций организационно-технологических процессов, обеспечивающая стабилизацию габаритов, химического состава, технологических свойств добываемых минералов. Что стоит в перечне определяющих факторов для их последующего использования в промышленных целях. Механическое усреднение, обеспечивающее однородность массы полезного ископаемого, выполняется при помощи дозирования и смешивания. Обычно эти взаимно дополняемые операции производятся во время добычи, подготовки и переработки минерального сырья.
Основные процессы
Непосредственно обогатительные процессы преследуют целью получить ценный минерал или несколько минералов в наиболее концентрированном виде. В ходе их осуществления получаются концентраты, промышленные продукты, отходы.
Теоретической основой осуществления обогащения служит разница физико-химических (и целого ряда других) свойств извлекаемого из общей массы материала от остальных компонентов, выступающих в роли пустой породы. Хотя, справедливости ради надо сказать, что и они подчас представляют значительную ценность. Особенно, если это драгоценные или редкоземельные металлы.
В промышленном масштабе наибольшее распространение получили следующие методы получения концентратов:
Понятно, что достичь идеального – 100% результата удаётся достичь далеко не всегда. Нередко происходят потери извлекаемого материала, а в самом концентрате, хотя и в незначительных количествах, но всё-таки присутствуют посторонние примеси.
Заключительные этапы обогащения и вспомогательные технологии
Основным этапом общий процесс обогащения не заканчивается. Необходимо ещё провести сушку и обеспыливание готовой продукции, довести её до стандартного вида товарной готовности. Для обезвоживания, сгущения, фильтрования, сушки и ликвидации пыли применяются:
Но это ещё далеко не всё. Кроме основных технологических процессов, необходимо организовать и целый ряд вспомогательных, включающих в себя все виды энергоснабжения, внешнюю и внутреннюю логистику, контроль техпроцессов и качества выпускаемой продукции.
Показатели и технологические результаты обогащения
Что в итоге даёт процесс обогащения. С его помощью горнодобытчики и производственники достигают:
Биотехнологии
Несмотря на всё разнообразие методик обогащения и значительный ассортимент соответствующего оборудования, трудности у переработчиков всё возрастают. Сказывается исчерпание длительно работающих месторождений, очень малое содержание в рудах полезных минералов, ассоциация высокого уровня в составе добытой породы. Следствием этого становится значительное усложнение и удорожание процесса добычи, вынужденного перемещаться в отдалённые труднодоступные места и самого технологического цикла переработки.
На помощь приходят весьма перспективные биотехнологии, основанные на высокопродуктивном использовании микроорганизмов, уже способные выполнять:
Становится всё более очевидным, что будущее обогатительной индустрии лежит где-то на стыке машинных и биологических технологий, позволяющем взаимно дополнять и компенсировать друг друга.
Обогащение полезных ископаемых
Обогащение полезных ископаемых — совокупность процессов первичной обработки минерального сырья, имеющая своей целью отделение всех ценных минералов от пустой породы, а также взаимное разделение ценных минералов.
Содержание
Общая информация
При обогащении возможно получение как конечных товарных продуктов (известняк, асбест, графит и др.), так и концентратов, пригодных для дальнейшей химической или металлургической переработки. Обогащение — наиважнейшее промежуточное звено между добычей полезных ископаемых и использованием извлекаемых веществ. В основе теории обогащения лежит анализ свойств минералов и их взаимодействия в процессах разделения — минералургия.
Обогащение позволяет существенно увеличить концентрацию ценных компонентов. Содержание важных цветных металлов — меди, свинца, цинка — в рудах составляет 0,3-2 %, а в их концентратах — 20-70 %. Концентрация молибдена увеличивается от 0,1-0,05 % до 47-50 %, вольфрама — от 0,1-0,2 % до 45-65 %, зольность угля снижается от 25-35 % до 2-15 %. В задачу обогащения входит также удаление вредных примесей минералов (мышьяк, сера, кремний и т. д.). Извлечение ценных компонентов в концентрат в процессах обогащения составляет от 60 до 95 %.
Операции обработки, которым подвергают на обогатительной фабрике горную массу, подразделяют на: основные (собственно обогатительные); подготовительные и вспомогательные.
Все существующие методы обогащения основаны на различиях в физических или физико-химических свойствах отдельных компонентов полезного ископаемого. Существует, например, гравитационное, магнитное, электрическое, флотационное, бактериальное и др. способы обогащения.
Технологический эффект обогащения
Предварительное обогащение полезных ископаемых позволяет:
Переработка полезных ископаемых осуществляется на обогатительных фабриках, представляющих собой сегодня мощные высокомеханизированные предприятия со сложными технологическими процессами.
Классификация процессов обогащения
Переработка полезных ископаемых на обогатительных фабриках включает ряд последовательных операций, в результате которых достигается отделение полезных компонентов от примесей. По своему назначению процессы переработки полезных ископаемых разделяют на подготовительные, основные (обогатительные) и вспомогательные (заключительные).
Подготовительные процессы
Подготовительные процессы предназначены для раскрытия или открытия зёрен полезных компонентов (минералов), входящих в состав полезного ископаемого, и деления его на классы крупности, удовлетворяющие технологическим требованиям последующих процессов обогащения. К подготовительным относят процессы дробления, измельчения, грохочения и классификации.
Дробление и измельчение
Дробление и измельчение — процесс разрушения и уменьшения размеров кусков минерального сырья (полезного ископаемого) под действием внешних механических, тепловых, электрических сил, направленных на преодоления внутренних сил сцепления, связывающих между собой частички твёрдого тела.
По физике процесса между дроблением и измельчением нет принципиальной разницы. Условно принято считать, что при дроблении получают частицы крупнее 5 мм, а при измельчении — мельче 5 мм. Размер наиболее крупных зёрен, до которого необходимо раздробить или измельчить полезное ископаемое при его подготовке к обогащению, зависит от размера включений основных компонентов, входящих в состав полезного ископаемого, и от технических возможностей оборудования, на котором предполагается проводить следующую операцию переработки раздробленного (измельчённого) продукта.
Раскрытие зёрен полезных компонентов — дробления или (и) измельчения сростков до полного освобождения зёрен полезного компонента и получения механической смеси зёрен полезного компонента и пустой породы (микста). Открытие зёрен полезных компонентов — дробление или (и) измельчения сростков до высвобождения части поверхности полезного компонента, что обеспечивает доступ к нему реагента.
Дробление проводят на специальных дробильных установках. Дроблением называется процесс разрушения твердых тел с уменьшением размеров кусков до заданной крупности, путем действия внешних сил, преодолевающих внутренное силы сцепления, связывающие между собой частицы твердого вещества.
Грохочение и классификация
Грохочение и классификация применяются с целью разделения полезного ископаемого на продукты разной крупности — классы крупности. Грохочение осуществляется рассеванием полезного ископаемого на решето и ситах с калиброванными отверстиями на мелкий (подрешётный) продукт и крупный (надрешётный). Грохочение применяется для разделения полезных ископаемых по крупности на просевных (просеивающих) поверхностях, с размерами отверстий от миллиметра до нескольких сотен миллиметров.
Грохочение осуществляется специальными машинами — грохотами.
Классификация материала по крупности производится в водной или воздушной среде и базируется на использовании различий в скоростях оседания частичек разной крупности. Большие частички оседают быстрее и концентрируются в нижней части классификатора, мелкие частички оседают медленнее и выносятся из аппарата водным или воздушным потоком. Полученные при классификации крупные продукты называются песками, а мелкие — сливом (при гидравлической классификации) или тонким продуктом (при пневмоклассификации). Классификация используется для разделения мелких и тонких продуктов по зерну размером не более 1 мм.
Основные (обогатительные) процессы
Основные (обогатительные) процессы предназначены для разделения исходного минерального сырья с раскрытыми или открытыми зёрнами полезного компонента на соответствующие продукты. В результате основных процессов полезные компоненты выделяют в виде концентратов, а породные минералы удаляют в виде отходов, которые направляют в отвал. В процессах обогащения используют отличия минералов полезного компонента и пустой породы в плотности, магнитной восприимчивости, смачиваемости, электропроводности, крупности, форме зёрен, химических свойствах и др.
Различия в плотности минеральных зёрен используются при обогащении полезных ископаемых гравитационным методом. Его широко применяют при обогащении угля, руд и нерудного сырья.
Магнитное обогащение полезных ископаемых основывается на неодинаковом воздействии магнитного поля на минеральные частички с разной магнитной восприимчивостью и на действии коэрицитивной силы. Магнитным способом, используя магнитные сепараторы, обогащают железные, марганцевые, титановые, вольфрамовые и другие руды. Кроме того, этим способом выделяют железистые примеси из графитовых, тальковых и других полезных ископаемых, применяют для регенерации магнетитовых суспензий.
Различия в смачиваемости компонентов водой используется при обогащении полезных ископаемых флотационным способом. Особенностью флотационного способа является возможность штучного регулирования смоченности и разделения очень тонких минеральных зёрен. Благодаря этим особенностям флотационный способ является одним из наиболее универсальных, он используется для обогащения разнообразных тонковкрапленных полезных ископаемых.
Различия в смачиваемости компонентов используется также в ряде специальных процессов обогащения гидрофобных полезных ископаемых — в масляной агломерации, масляной грануляции, полимерной (латексной) и масляной флокуляции.
Полезные ископаемые, компоненты которых имеют различия в электропроводности или имеют способность под действием тех или иных факторов приобретать разные по величине и знаку электрические заряды, могут обогащаться способом электрической сепарации. К таким полезным ископаемым относятся апатитовые, вольфрамовые, оловянные и другие руды.
Обогащение по крупности используется в тех случаях, когда полезные компоненты представлены более крупными или, наоборот, более мелкими зёрнами в сравнении с зёрнами пустой породы. В россыпях полезные компоненты находятся в виде мелких частичек, поэтому выделение крупных классов позволяет избавиться от значительной части породных примесей.
Различия в форме зёрен и коэффициенте трения позволяет отделять плоские чешуйчатые частички слюды или волокнистые агрегаты асбеста от частичек породы, которые имеют округлую форму. При движении по наклонной плоскости волокнистые и плоские частички скользят, а округлые зёрна скатываются вниз. Коэффициент трения качения всегда меньше коэффициента трения скольжения, поэтому плоские и округлые частички движутся по наклонной плоскости с разными скоростями и по разным траекториям, что создаёт условия для их разделения.
Различия в оптических свойствах компонентов используется при обогащении полезных ископаемых способом фотометрической сепарации. Этим способом осуществляется механическое рудоразделение зёрен, имеющих разный цвет и блеск (например, отделение зёрен алмазов от зёрен пустой породы).
Отличия в адгезионных и сорбционных свойствах минералов полезного компонента и пустой породы лежит в основе адгезионного и сорбционного способов обогащения золота и адгезионного обогащения алмазов (способы принадлежат к специальным способам обогащения).
Разные свойства компонентов полезного ископаемого взаимодействовать с химическими реагентами, бактериями и (или) их метаболитами обуславливает принцип действия химического и бактериального выщелачивания ряда полезных ископаемых (золото, медь, никель).
Разная растворимость минералов лежит в основе современных комплексных (совмещённых) процессов типа “добыча-обогащение” (скважинное растворение солей с дальнейшим выпариванием раствора).
Использование того или иного метода обогащения зависит от минерального состава полезных ископаемых, физических и химических свойств разделяемых компонентов.
Заключительные операции
Заключительные операции в схемах переработки полезных ископаемых предназначены, как правило, для снижения влажности до кондиционного уровня, а также для регенерации оборотных вод обогатительной фабрики.
Основные заключительные операции — сгущение пульпы, обезвоживание и сушка продуктов обогащения. Выбор метода обезвоживания зависит от характеристик материала, который обезвоживается, (начальной влажности, гранулометрического и минералогического составов) и требований к конечной влажности. Часто необходимой конечной влажности трудно достичь за одну стадию, поэтому на практике для некоторых продуктов обогащения используют операции обезвоживания разными способами в несколько стадий.
Для обезвоживания продуктов обогащения используют способы дренирования (грохоты, элеваторы), центрифугирования (фильтрующие, отсаживающие и комбинированные центрифуги), сгущения (сгустители, гидроциклоны), фильтрования (вакуум-фильтры, фильтр-прессы) и термической сушки.
Кроме технологических процессов, для нормального функционирования обогатительной фабрики должны быть передусмотрены процессы производственного обслуживания: внутрецеховой транспорт полезного ископаемого и продуктов его переработки, снабжения фабрики водой, электроенергией, теплом, технологический контроль качества сырья и продуктов переработки.
Основные методы обогащения полезных ископаемых
По виду среды, в которой производят обогащение, различают обогащение:
Гравитационные методы обогащения основываются на различии в плотности, крупности и скорости движения кусков породы в водной или воздушной среде. При разделении в тяжёлых средах преимущественное значение имеет разница в плотности разделяемых компонентов.
Для обогащения наиболее мелких частиц применяют способ флотации, основанный на разнице в поверхностных свойствах компонентов (избирательной смачиваемости водой, прилипании частиц минерального сырья к пузырькам воздуха).
Продукты обогащения полезных ископаемых
В результате обогащение полезное ископаемое разделяется на несколько продуктов: концентрат (один или несколько) и отходы. Кроме того, в процессе обогащения могут быть получены промежуточные продукты.
Концентраты
Концентраты — продукты обогащения, в которых сосредоточено основное количество ценного компонента. Концентраты в сравнении с обогащаемым материалом характеризуются значительно более высоким содержанием полезных компонентов и более низким содержанием пустой породы и вредных примесей.
Отходы
Отходы — продукты с малым содержанием ценных компонентов, дальнейшее извлечение которых невозможно технически или нецелесообразно экономически. (Данный термин равнозначен употреблявшемуся ранее термину отвальные хвосты, но не термину хвосты, которые, в отличие от отходов, присутствуют практически в каждой операции обогащения)
Промежуточные продукты
Промежуточные продукты (промпродукты) — это механическая смесь сростков с раскрытыми зёрнами полезных компонентов и пустой породы. Промпродукты характеризуются более низким в сравнении с концентратами и более высоким в сравнении с отходами содержанием полезных компонентов.
Качество обогащения
Качество полезных ископаемых и продуктов обогащения определяется содержанием ценного компонента, примесей, сопутствующих элементов, а также влажностью и крупностью.
Обогащение полезных ископаемых идеальное
Под идеальным обогащением полезных ископаемых (идеальным разделением) понимается процесс разделения минеральной смеси на компоненты, при котором полностью отсутствует засорение каждого продукта посторонними для него частичками. Эффективность идеального обогащения полезных ископаемых составляет 100 % по любым критериям.
Частичное обогащение полезных ископаемых
Потери полезных ископаемых при обогащении
Под потерями полезного ископаемого при обогащении понимается количество пригодного для обогащения полезного компонента, которое теряется с отходами обогащения вследствие несовершенства процесса или нарушения технологического режима.
Установлены допустимые нормы взаимозасорения продуктов обогащения для разных технологических процессов, в частности, для обогащения угля. Допустимый процент потерь полезного ископаемого сбрасывается с баланса продуктов обогащения для покрытия расхождений при учёте массы влаги, выноса полезных ископаемых с дымовыми газами сушилен, механических потерь.
Граница обогащения полезных ископаемых
Граница обогащения полезных ископаемых — это наименьший и наибольший размеры частичек руды, угля, эффективно обогащаемых в обогатительной машине.
Глубина обогащения
При обогащении угля применяются технологические схемы с границами обогащения 13; 6; 1; 0,5 и 0 мм. Соответственно выделяется необогащённый отсев крупностью 0-13 или 0-6 мм, или шлам крупностью 0-1 или 0-0,5 мм. Граница обогащения 0 мм означает, что все классы крупности подлежат обогащению.
Что такое обогащение полезных ископаемых определение
Виды полезных ископаемых
Все полезные ископаемые, которые подвергаются обогащению, можно разделить на следующие типы:
Типы обогатительных фабрик
В зависимости от обогащаемого сырья обогатительные фабрики классифицируются на следующие типы:
• Фабрики, обогащающие руды черных и цветных металлов – ГОКи, ЦГОКи, ГМК;
• Фабрики при коксохимических заводах – ОФ.
Продукты обогащения
В результате обогащения получают следующие продукты:
• Концентрат – продукт, содержащий максимальное количество полезного компонента;
• Промежуточный продукт (промпродукт) – занимающий промежуточное положение по качеству между концентратом и отходами;
Технологические показатели процессов обогащения
Различают 2 группы показателей:
1. Характеризующие количество обогащаемого материала;
2. Характеризующие качество обогащаемого материала и продуктов обогащения.
К количественным показателям относятся нагрузка и выход.
Для руд используются следующие показатели:
• Содержание металла в исходной руде…….. a, %;
• Содержание металла в концентрате …… b, %;
• Содержание металла в отходах ……………Q, %;
Эффективность процесса оценивается показателем, который называется извлечение (E, %).
Виды операций обогащения
Процесс обогащения включает следующие операции:
1. Подготовительные. К ним относятся: дробление, измельчение, грохочение. Предназначены для подготовки материала к обогащению. 2. Основные. К ним относятся: гравитационные процессы, флотационные процессы, магнитное обогащение, электрическое обогащение, специальные методы обогащения. Предназначены для непосредственного разделения минерала на полезные компоненты и отходы. 3. Заключительные. К ним относятся: обезвоживание, классификация на товарные сорта. Предназначены для доведения продуктов обогащения до нормативных показателей.
Последовательность операций обогащения называется технологической схемой.
Свойства минералов и методы обогащения
В основу процесса обогащения положены различия минералов в определённых свойствах. Чем контрастнее эти различия, тем выше эффективность разделения минералов. К свойствам минералов, положенным в основу разделения, относятся:
• Группа свойств, положенных в основу специальных методов обогащения.
Плотность положена в основу гравитационных процессов, к которым относится: обогащение в тяжёлых средах, отсадка, обогащение на концентрационных столах, обогащение на шлюзах, в винтовых сепараторах, тяжелосредных гидроциклонах.
Различие в смачиваемости положено в основу процесса флотации. Различие в магнитных свойствах положено в основу магнитного обогащения. Различие в электрических свойствах положено в основу электросепарации. Различие в цвете, блеске, твёрдости, коэффициенте трения, радиоактивном излучении и т. д. положено в основу специальных методов обогащения.
Примеры основных операций обогащения
Гравитационное обогащение
Флотационное обогащение
Флотационные методы обогащения основаны на различии в смачиваемости разделяемых компонентов. В этой связи все минералы делятся на две группы: гидрофильные – смачиваемые водой; гидрофобные – несмачиваемые водой.
Магнитное обогащение
Электросепарация
Процесс электросепарации полезных ископаемых основан на различии в электропроводности разделяемых компонентов. Исходный материал крупностью 0 – 3 мм поступает на заряженный осадительный электрод, выполненный в виде барабана из нержавеющей стали. Проводники, соприкасаясь с барабаном, заряжаются одноимённым с ним зарядом и отталкиваются от него. Непроводники дольше удерживаются на барабане и имеют другую траекторию. В средней части сепаратора разгружаются полупроводники. Таким образом, неупорядоченная смесь зёрен с различной электропроводностью разделяется на три качественно разных продукта: концентрат (проводники); промпродукт (полупроводники); отходы (непроводники).
Обогащение по трению (специальные методы)
Этот метод основан на различии в коэффициентах трения разделяемых минералов. Обогащение осуществляется на наклонной поверхности. Частицы, отличающиеся коэффициентом трения, приобретают на наклонной плоскости различную скорость и, следовательно, имеют различную траекторию движения. Таким образом, происходит их разделение.