↑ Обогащение полезных ископаемых

Обогащение сырья и топлива - первоначальный этап их переработки. Его проводят в тех случаях, когда получить необходимый продукт непосредственно из сырья невозможно, или экономически нецелесообразно. Обогащению подвергаются почти все руды цветных металлов, нерудное сырье химической промышленности, основная часть железных руд, около половины угля. Сущность его заключается в отделении полезного компонента от пустой породы, вредных примесей, или в разделении полезных веществ сырья с целью повышения их содержания.

РИС. 5. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ОСНОВНЫХ ТИПОВ ДРОБИЛОК И МЕЛЬНИЦ

Приведенные способы обогащения имеют второстепенное значение. Основными способами являются флотация, гравитацион­ное разделение руды, электромагнитная и электростатическая сепарация.

Одно из основных свойств вещества - плотность. На основе различного удельного веса частицы породы двигаются в воздухе или жидкой среде с определенной скоростью и траекторией. На этом принципе основано гравитационное разделение руды на полезные вещества и пустую породу. Наиболее простым видом гравитационного обогащения является  ручная промывка золота старателями. Этот вид разделения породы распространен и в

Промышленности, где он еще называется отсадкой или промывкой.

При этом руду дробят и помещают на сито в воде (рис.6.). Поршнем, диафрагмой и другими способами изменяют уровень воды, который поднимается и опускается. При этом легкие фракции вымываются и уносятся водой, а тяжелые остаются на сите и выгружаются с него. Промывку проводят и на наклонных столах, в спе­циальных желобах.

РИС. 6. СХЕМЫ ОТСАДОЧНЫХ МАШИН 

В промышленности гравитационное обогащение проводят в жидкой среде следующим образом. Измельченную породу смешивают с водой. Получают вещество, которое называется пульпа. Ее подают в отстойник, который разделен перегородками на секции. Самые тяжелые частицы руды оседают в ближайшей камере, более легкие в последующих, а самые легкие могут выноситься водой из отстойника (рис.7.). Таким образом, руду разделяют на различные вещества. Более качественное обогащение проводят в тяжелых средах, что уменьшает потери полезных компонентов в отходах по сравнению с простой гравитацией. В этом случае вместо однородной жидкости используют ее смесь с различными добавками тяжелых веществ - измельченного до порошкового состояния кварца, глины - суспензию. В результате повышается плотность жидкости. Суспензию смешивают с подготовленной породой и смесь подают в отстойник. Получают в зависимости от плотности породы осевшую и всплывшую фракции, которые разделяют. Гравитационное обогащение возможно проводить с использованием центробежных сил. В этом случае разделение руды происходит под влиянием сил, возникающих при вращательном движении породы. Тяжелые и легкие частицы имеют различную скорость движения и располагаются в определенных частях машины. Гравитационное обогащение отдельных ископаемых (слюд, асбеста и др.) проводят в воздушной среде. При этом легкие частицы породы переносятся струей воздуха, а тяжелые остаются на месте.

 

РИС. 7. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА МОКРОГО ГРАВИТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ

Работа пневматических установок сопровождается значительным пыле образованием, что ухудшает санитарно-гигиенические условия труда и требует дополнительных затрат на вентиляцию. Эти обстоятельства сдерживают использование гравитационного обогащения в воз­душной среде.

Один из распространенных способов обогащения - флотация. Она основана на различной смачиваемости жидкостью компонентов руды. Этим способом обогащают руды цветных металлов, апатит, графит, серу, железные и марганцевые руды, уголь, соли и др. Широкое распространение флотация получила из-за использования весьма мелкого состава вещества (до 10 мк), а также возможности разделять руды, в которых компоненты имеют одинаковую плотность, цвет, электропроводимость и другие свойства. В природе преимущественно встречаются вещества с хорошей смачиваемостью. Плохие эти свойства, природную флотируемость имеют только сера, графит, каменный уголь, озокерит. Однако, если два минерала имеют даже одинаковую смачиваемость, то различные эти свойства возможно создать искусственно использованием специальных веществ-реагентов. По назначению они подразделяются на пенообразователи (спирты, растительные масла, фенолы и др.), которые в пульпе способствуют образованию устойчивых пузырьков воздуха; собиратели вещества, которые уменьшают смачиваемость компонентов, создают на поверхности минерала воздушную пленку, что облегчает прилипание частиц воздуха до породы. В качестве собирателей в основном используют органические кислоты, растительные масла, каменноугольную, сланцевую смолы. Другие вещества - подавители (депресаторы) - увеличивают смачиваемость отдельных частиц руды. В их качестве применяют соли натрия, крахмал. На основе различного соединения реагентов возможно выделить из руды все ценные компоненты в определенной последовательности (селективности). При этом в зависимости от вещества руды каждый реагент может выполнять различные функции. Сущность производственного процесса сводится к подаче во флотационную машину пульпы - смеси измельченной руды с водой. Во флотационной камере осуществляется механическое и воздушное перемешивание пульпы. В результате плохой смачиваемости водой частицы одних минералов прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность, где образуют пену. При этом частицы руды всплываю на поверхность независимо от плотности. Может быть, что более тяжелые вещества всплывают, а легкие тонут (рис.8.).

РИС.8. СХЕМА ФЛОТАЦИОННЫХ ЯВЛЕНИЙ 

Образованная пена удаляется, из флотационной машины и просушивается до состояния готового продукта. Другие частицы породы смачиваются жидкостью, и к ним воздух не прилипает. Они остаются в пульпе или падают на дно флотационной камеры и образуют отходы производства - шламы. В результате происходит разделение породы на готовый продукт и отходы. В процессе одноразовой флотации не всегда возможно получить качественный продукт с высоким содержанием полезного вещества. Поэтому флотацию руды часто проводят многократно, или используют ее с другими методами обогащения, например, с магнитной сепарацией.

Магнитное обогащение основано на различных магнитных свойствах полезного вещества руды и пустой породы. Этот способ применяют для обогащения магнетитовых и марганцевых руд, для изъятия из обогащаемого материала стальных предметов, что предохраняет технологическое оборудование от поломок. Принципиальная схема обогащения состоит в подаче подготовленной руды в специальный аппарат - сепаратор, где создается магнитное поле.

 

 

РИС. 9. СХЕМА МАГНИТНОГО СЕПАРАТОРА

Под его воздействием компоненты породы в зависимости от магнит­ных свойств двигаются по различным траекториям (рис. 9.). Частицы, которые легко намагничиваются, притягиваются магнитом, а не намагниченный компонент руды не меняет линии движения и падает в другой бункер. Таким образом, руда разделяется на магнитный и немагнитный продукт. Содержание магнетита в готовом продукте достигает 90 %. Процесс обогащения может проводиться в воздушной и жидкой среде. Последний случай используется для мелкоизмельченных руд, что снижает запыленность окружающей среды. Конструктивно магнитные сепараторы бывают барабанными и ленточными.

Электростатическая сепарация основана на различных электростатических свойствах компонентов руды. Под воздействием трения, электродов частицам руды сообщается электрический заряд. Подготовленная таким способом порода подается в постоянное электрическое поле сепаратора. Электростатические сепараторы имеют, как правило, вращающийся барабан, который представляют один из электродов электрической системы. Электропроводящие компоненты руды (золото, серебро, колчедан и др.) быстро отдают противоположный заряд электроду, отталкиваются от него и падают в бункер (рис.10.). Непроводящие ток частицы руды задерживаются на барабане и снимаются с него щеткой в бункер пустой породы. Как правило, сепарацию проводят многоразово, а готовый продукт содержит до 90 % полезного вещества. Таким способом разделяют руды цветных металлов (рутил от циркония), слюды (вермикулит) от пустой породы.

Обогащение жидких и газовых полезных ископаемых основано на различных температурах кипения, конденсации, особенностях ректификации, абсорбции (поглощения компонентов веществом), десорбции (выделение из вещества компонента) и других свойствах.

В результате обогащения ископаемых получают концентрат и отходы. Концентрат - конечный продукт с повышенным содержанием полезного вещества по сравнению с рудой. Извлечь из руды все полезные вещества невозможно по технологической причине. Поэтому часть его (5-20 % от общей массы в руде) остается в обработанной руде, входит в пустую породу и составляет отходы обогащения. В них содержание полезного компонента меньше, чем в руде, и основная часть представлена пустой породой. Твердые отходы обогащения называются "хвостами", жидкие - шламами.

	РИС. 10. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО СЕПАРАТОРА

Технико-экономическая специфика обогащения характеризуется значительным расходом руды на единицу концентрата из-за малого содержания полезного вещества в сырье. Это обусловливает большую материалоемкость производства. Невыгодна и транспортировка необогащенной породы на значительное расстояние, что требует дополнительных затрат. Концентрат, как продукт с большим содержанием полезного вещества, перевозить более выгодно, чем руду. Поэтому горнообогатительные фабрики, или горнообогатительные комбинаты - так называются предприятия, на которых обогащают руду, размещаются в районах добычи полезных ископаемых.

Микроположение предприятий в конкретном районе зависит от водообеспечения той или иной производственной площадки, так как обогащение преимущественно проводится в жидкой среде и значительные объемы переработки руды увеличивают значение водных ресурсов в размещении предприятий.

Экологическое влияние обогащения обусловлено, прежде всего, образованием твердых и жидких отходов, которые складируются в отвалах, на специальных хранилищах около предприятий. Под них отводятся земли даже из под хозяйственной деятельности. Отвалы и шламохранилища загрязняют воздух, почву, воды. Влияние на окружающую среду зависит от химического состава пород. Обогащение ископаемых в жидкой среде больше загрязняет воду механическими веществами, химическими реагентами. Использование обогащения в воздушной среде повышает  загрязнение атмосферы.