Обогащение полезных ископаемых

Главное изображение:

Название:

Краткое описание:

Обогащение полезных ископаемых – совокупность процессов первичной переработки твёрдого минерального сырья с целью выделения продуктов, пригодных для дальнейшей технически возможной и экономически целесообразной химической или металлургической переработки или использования.

Автор:

Статус:

Черновик Публикация Архив

<p><strong>Обогащение полезных ископаемых </strong>–совокупность процессов первичной переработки твёрдого минерального сырья с целью выделения <a href="/enc/ru/encyclopedia:0129547">продуктов</a>, пригодных для дальнейшей технически возможной и экономически целесообразной химической или металлургической переработки или использования. К обогатительным относятся процессы, в которых происходит разделение минералов без изменения их химического состава, структуры или агрегатного состояния{ref:r1}.</p> <p>В результате осуществления обогащения полезных ископаемых получается два основных продукта: концентрат и хвосты.</p> <p>Обогащение осуществляется с помощью ряда последовательных операций, составляющих схему обогащения. Вначале производится дробление и измельчение исходного материала с целью доведения его до размеров, пригодных для существующих обогатительных процессов и аппаратов, а также для разделения сростков и образования частиц индивидуальных минералов. Дробление и измельчение осуществляется в несколько стадий, между которыми может производиться выделение готового продукта для уменьшения ненужного переизмельчения. Собственно обогащение осуществляется с использованием различных физических и физико-химических свойств <a href="/enc/ru/encyclopedia:0129272">минералов</a>.</p> <p>В обогащении различают основные и доводочные операции. Первые обеспечивают степень концентрирования в 10–15 раз с получением достаточно загрязненных (черновых) концентратов. Доводка направлена на возможно полную очистку этих концентратов от нерудных минералов с повышением содержания полезного компонента в них до требующегося или до максимального технологически возможного. Основные и доводочные операции могут быть принципиально разными, например флотация, магнитная сепарация или гравитационное концентрирование. В качестве доводочной (при многократном повторении) может выступать и основная обогатительная операция.</p> <p>Процессы обогащения полезных ископаемых известны с древнейших времён. Первое обстоятельное описание многих (естественно, примитивных) процессов дал <a href="/enc/ru/library:0129277">Г. Бауэр (Агрикола)</a> в 1556 г. В России зарождение процессов обогащения полезных ископаемых связано с выделением золота из руд. В 1488 г. Иван III привлекал мастеров, умеющих отделить золотую руду от пустой породы. В 1748 г. на р. Исети была построена первая обогатительная фабрика для извлечения золота, а в 1763 г. <a href="/enc/ru/library:01692">М. В. Ломоносов</a> в труде «Первые основания металлургии или рудных дел» дал описание ряда обогатительных процессов. Его современники И.И. Ползунов, К.Д. Фролов, В.А. Кулибин построили несколько обогатительных фабрик.</p> <p>{Contents}</p> <h2>Рудоподготовка</h2> <p>На современном этапе развития горной промышленности непосредственно после <a href="/enc/ru/encyclopedia:0129539">добычи полезного ископаемого</a> следует рудоподготовка, то есть комплекс всех технологических процессов после вскрытия месторождений до раскрытия минералов при из­мельчении в обогатительном переделе, обеспечивающих получение из горной массы кондиционной руды для обогащения или товарной руды. Рудоподготовка состоит из операций дезинтеграции сырья и его предварительного концентрирования{ref:r2}.</p> <p>Дезинтеграция руды на минеральные агрегаты (или фазы) является первым процессом рудоподготовки, которому предшествует оконтуривание рудных тел в недрах. Она начинается с получения горной массы заданного гранулометрического состава и определенными прочностными свойствами путем регулирования способов взрывания и массы взрывчатых веществ в зависимости от неоднородности физик механических свойств горных пород. Затем следуют дробление и мельчение, различающиеся между собой конечной крупностью частиц (до 5–12 мм в первом случае и до десятков микрометров во втором). Результат дезинтеграции определяется размерами выделений рудных минералов и возможностями последующего технологического процесса.</p> <p>Предварительная концентрация заключается в уменьшении объема руды, подаваемой на обогащение, без ухудшения основных ее характеристик. Предконцентрация осуществляется путем выделения безрудной части на основе использования одного или нескольких физических свойств (плотность, магнитность, электропроводность, люминесценция, цвет, естественная и наведенная радиоактивность) или химического состава (содержание полезных или вредных компонентов). В зависимости от этого выделяют концентрирование в тяжелых средах, магнитную, электромагнитную, люминесцентную, фото–, рентгенорадиометрическую и другие виды сепарации и сортировки. Процессы сортировки и сепарации отличаются друг от друга объектами воздейст­вия: сортировка производится в транспортных емкостях – вагонах, вагонетках, самосвалах и на конвейерах в тонком слое, а сепарация представляет собой деление по отдельным кускам руды размером 25–150 мм.</p> <p>К рудоподготовке относится также усреднение руд, целью которого является сглаживание технологических различий между рудами разных типов и участков с применением специальных многослойных штабелей и усреднительных бункеров, и их складирование в специальных усреднительных складах для бесперебойного снабжения сырьем обогатительных фабрик независимо от режима работы горного цеха. В отдельных случаях руды можно обогащать совместно только при смешивании в определенных пропорциях. Тогда из штабелей усреднительного склада формируют единый поток рудной шихты (смеси), поступающей на обогащение. В случае технологической несовместимости разновидностей руд они не смешиваются и поступают на фабрику в виде изолированных транспортных потоков для обогащения на отдельных секциях.</p> <p>К подготовительным операциям можно отнести и такие процессы, как магнетизирующий, сульфатизирующий и другие виды обжига, обеспечивающие появление новых, более благоприятных для дальнейшего обогащения свойств. В качестве примера можно привести превращение при обжиге гематита в магнетит перед магнитной сепарацией железных руд.</p> <p>Процессы обогащения направлены на избирательную концентрацию освободившихся при измельчении минералов и основаны на контрастности (различии) тех или иных их свойств. Успех обогащения увеличивается одновременно с возрастанием этой контрастности, которая может быть природной или искусственно создаваемой при обогащении. Конечной целью обогащения является совместное (коллективное) и, раздельное накопление полезных минералов в концентратах и максимальный вывод нерудных минералов и вредных примесей в хвосты.</p> <p> </p> <h2>Гравитационная сепарация</h2> <p>Гравитационный метод разделения минералов основан на различиях в их плотности и форме частиц, которые определяют скорость движения этих частиц в воде, тяжелых жидкостях, воздухе или суспензиях – смесях разной плотности в виде порошков с водой{ref:r2}.</p> <p>Под воздействием сил тяжести, трения и инерции тяжелые и крупные частицы в вертикальной плоскости располагаются ниже мелких легких. Последние по ходу движения потока перемещаются наиболее далеко, тяжелые – практически остаются на месте, имеющие промежуточную плотность –располагаются между ними. Оптимальная крупность частиц при гравитационном обогащении составляет от 0,5 до 10 мм, а минимальная разница в плотности минералов – около 1 г/см³. Возможность применения методов гравитационной сепарации определяется коэффициентом равнопадаемости, который рассчитывается по формуле Кр = (Dmh – Ds)/(Dm1 – Ds), где Dmh – плотность тяжелого минерала; Dm1 – плотность породообразующего минерала; Ds – плотность среды разделения. Для успешного проведения гравитационного концентрирования необходимо, чтобы Кр > 2. Например, разделение циркона (D = 4,7 г/см³) и кварца (D = 2,65 г/см³) в воде происходит гораздо эффективнее, чем на воздухе (в первом случае Кр = 2,2, а во втором – Кр = 1,7).</p> <p>Наиболее распространенные способы гравитационного обогащения – концентрация на столах, шлюзах, в винтовых и центробежных сепараторах. Последнее время наиболее активно применяются обогатительные аппараты центробежного типа, которые обеспечивают разделение мелкоизмельченных (менее 0,2–0,5 мм) минеральных смесей по плотности, что составляет конкуренцию применению флотационных методов.</p> <p>Гравитационными методами обогащаются руды благородных металлов, вольфрамита, касситерита, хромшпинелидов, барита, магнезита, гематита, ильменит–цирконовые пески, алмазы и другие.</p> <p> </p> <h2>Флотация</h2> <p>Флотационный метод разделения минералов распространен наиболее широко и используется в качестве основной или доводочной операции почти для всех типов руд{ref:r2}. Этот метод основан на различии в смачиваемости поверхности частиц водой и осуществляется в водной среде, насыщенной пузырьками воздуха – пульпе (пенная флотация). В этой среде гидрофобные (плохо смачиваемые) минералы прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с ними, образуя так называемый пенный продукт, подлежащий дальнейшей переработке. Гидрофильные (хорошо смачиваемые) минералы оседают на флотомашины и выпускаются через специальные отверстия (камерный продукт).</p> <p>Смачиваемость минералов водой происходит вследствие разрыва связей между составляющими твердого тела (атомами, ионами, молекулами) при его разрушении (например при дезинтеграции). В результатесилы взаимодействия между этими составляющими, находящимися на поверхности, оказываются ненасыщенными, что вызывает притяжение молекул жидкости к частицам минерала. Чем сильнее связь, тем полнее смачиваемость минерала водой и тем слабее его флотируемость. Поскольку характер связи зависит от структуры минерала, его флотируемость определяется прежде всего этой структурой. Всего пять минералов обладают естественной гидрофобной поверхностью – тальк, рофиллит, самородная сера, графит, молибденит (а также твердые парафины) и, следовательно, – максимальной флотационной активностью. Для применения флотационных методов обогащения остальных минералов поверхность их частиц в пульпе подвергается химическому воздействию.</p> <p>Отношение минерала к воде можно изменять с помощью специальных флотационных реагентов, среди которых выделяются пенообразователи (вспениватели), собиратели, активаторы, подавители (депрессоры) и регуляторы рН среды. Первые действуют на границе жидкость–воздух, остальные на границе минерал–жидкость.</p> <p>Реагенты–пенообразователи состоят из гетерополярных молекул, которые почти не взаимодействуют с минералами, а предотвращают слияние воздушных пузырьков, за счет адсорбции на их поверхности обеспечивают необходимую устойчивость образующейся пены, насыщенной ценными минералами. Наиболее известным пенообразователем является флотационное сосновое масло. Собиратели избирательно ухудшают смачиваемость поверхности частиц ценных минералов путем повышения величины краевого угла ускорения прилипания частицы к пузырьку. Они представляют собой органические вещества, которые по способности диссоциации в пульпе делятся на ионогенные и неионогенные. Первые состоят из гетерополярных молекул, у которых полярная часть определяет избирательно действия собирателя и может закрепляться на минеральной поверхности, а аполярная (углеводородные цепи, реже – кольца) – уменьшает смачиваемость этой поверхности.</p> <p>Ионогенные собиратели в зависимости от знака заряда флотационно активного иона подразделяются на анионные – ксантогенаты (бутиловый, этиловый, амиловый и другие) калия или натрия, дитиофосфаты, жирные кислоты и их мыла (олеиновая кислота, талловое масло и др.), алкилсульфаты натрия – и катионные (смеси хлоргидратов первичных аминов). Неионогенные собиратели представляют собой нерастворимые в воде эмульсии. Для флотации сульфидов обычно используются ксантогенаты и дитиофосфаты, несульфидных минералов – жирные кислоты, алкилсульфаты и амины.</p> <p>Усиление закрепления собирателя на определенных минералах достигается с помощью реагентов–активаторов, которые способствуют также увеличению краевого угла. Реагенты–подавители (депрессоры) предназначены для уменьшения гидрофобности нерудных минералов путем гидрофилизации их поверхности или снижением адсорбции на ней собирателя. Депрессоры могут уничтожить возможность образования краевого угла или изменить кинетику прилипания. Реагенты–регуляторы pН среды обеспечивают избирательное действие остальных реагентов и представляют собой щелочи или кислоты.</p> <p>Следует отметить, что на результаты флотации, кроме свойств самих минералов, сильно влияют недостатки измельчения (разнородность частиц по размеру), присутствие простых и сложных полиминеральных сростков, правильность выбора реагентного режима и разного рода технические неполадки, которые значительно изменяют или усложняют характер перемещения минеральных частиц в пульпе и самом пенном слое.</p> <p>С помощью флотации может обогащаться материал крупностью от 0,01 до 0,3 мм. Наиболее распространенный размер флотационных частиц 0,074 мм, но в отдельных случаях он может быть уменьшен до 0,044 мм. Флотационные методы применяются очень широко для обогащения различных типов сульфидных руд: медно–никелевых, колчеданных, медно–молибденовых, скарновых полиметаллических, золотосодержащих, сурьмяно–ртутных. Флотация применяется в обогащении железных, марганцевых, хромовых, силикатных никелевых, вольфрамовых, апатитовых, баритовых, флюоритовых и многих других видов минерального сырья. Считается, что для разделения любой минеральной смеси можно подобрать специфические флотационные реагенты.</p> <p> </p> <h2>Гравитационная сепарация</h2> <p>Магнитная сепарация применяется для выделения в концентраты минералов с выраженными магнитными свойствами, характеристикой которых является остаточная магнитная восприимчивость{ref:r2}. Среди минералов выделяются ферри– и ферромагнитные (χ<em> > </em>10^–3–10^–2см³/г), которые извлекаются в слабых магнитных полях (например магнетит. Среди парамагнитных минералов, магнитная восприимчивость которых колеблется в пределах 10^–6–10^–3см³/г, магнитной сепарацией в сильных полях выделяются вольфрамит, гематит, хромшпинелиды, ильменит, платино–железистые сплавы и др.</p> <p>Магнитная сепарация является основной обогатительной операцией при переработке железных руд, а также доводочной операцией при обогащении хромовых, титановых, вольфрамовых и прочих руд.</p> <p> </p> <h2>Доводка концентратов</h2> <p>Доводкой концентратов называется повышение в них содержания полезных компонентов и снижение вредных в соответствии с Государственными стандартами (ГОСТ) и техническими условиями (ТУ){ref:r2}. Доводка заключается в обогащении черновых концентратов методами, отличающимися от основных, или в многократном повторении одного и того же процесса. Примером первого варианта является пропарка чернового концентрата основной шеелитовой флотации при температуре 80–85 °С в растворе жидкого стекла; последующей флотацией для отделения кальцита и флюорита или обработка товарного шеелитового концентрата соляной кислотой для растворения апатита и кальцита. Второй вариант обычен при относительно низких требованиях к качеству концентрата и заключается в очистке хвостов, а при высоких требованиях – в многократных перечистках концентратов (молибденовые и медные руды). Число перечисток увеличивается для бедных руд и флотоактивных минералов, не теряющих флотационные свойства в процессе перечисток, а также в присутствии нерудных минералов, близких по свойствам к извлекаемому.</p> <p> </p> <p>{References</p> <p>Большая советская энциклопедия. Гл. ред. А. М. Прохоров. - 3. изд. - М. : Совет. энцикл., 1969 - 1978. | r1</p> <p>Полеховский Ю.С., Петров С.В. Экономическая геология: Учеб. пособие. СПб.: Изд–во СПбГУ, 2004. – 100 с. | r2</p> <p>}</p>

Описание изменения: