|
|
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОБОГАЩЕНИЯОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................................................5 ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.................................................................................................................................6 1.1. Основные понятия. Терминология............................................................................................6 1.2. Технологические показатели обогащения................................................................................8 1.3. Гранулометрический состав продуктов обогащения.............................................................12 ГЛАВА 2. ГРОХОЧЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ..........................................................16 2.1. Эффективность грохочения......................................................................................................16 2.2. Рабочая поверхность грохотов.................................................................................................19 2.3. Грохоты......................................................................................................................................20 ГЛАВА 3. ДРОБЛЕНИЕ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ...........................24 3.1. Назначение операций дробления и измельчения…………………………………………...24 3.2. Схемы дробления.......................................................................................................................26 3.3. Схемы измельчения...................................................................................................................27 3.4. Циркулирующая нагрузка.........................................................................................................28 3.5. Дробилки....................................................................................................................................29 3.6. Мельницы...................................................................................................................................35 ГЛАВА 4. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ................................................39 4.1. Теоретические основы процесса классификации полезных ископаемых............................39 4.2. Классификаторы........................................................................................................................42 4.3. Граница разделения при классификации. Эффективность классификации........................47 ГЛАВА 5. ГРАВИТАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ…………………………………..48 5.1. Классификация процессов гравитационного обогащения полезных ископаемых………………………………………………………………………..48 5.2. Обогащение в пульсирующем потоке среды разделения. Отсадка......................................49 5.3. Обогащение в потоке воды, текущей по наклонной плоскости...........................................53 5.4. Обогащение в криволинейных потоках среды разделения...................................................58 5.5. Обогащение в тяжелых средах.................................................................................................59 5.6. Промывка...................................................................................................................................63 ГЛАВА 6. ФЛОТАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ……………………………………..64 6.1. Общие представления о флотационном разделении минералов..........................................64 6.2. Классификация флотационных реагентов..............................................................................66 6.3. Закрепление флотационных реагентов на поверхности минералов....................................67 6.4. Собиратели.................................................................................................................................69 6.5. Пенообразователи......................................................................................................................72 6.6. Активаторы................................................................................................................................73 6.7. Депрессоры................................................................................................................................74 6.8. Регуляторы среды......................................................................................................................75 6.9. Оборудование для флотационного обогащения…………………………………………….75 6.10. Технология флотации. Схемы флотации..............................................................................79
ГЛАВА 7. МАГНИТНЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ...................................................................84 7.1. Физические основы магнитного обогащения.........................................................................84 7.2. Магнитные сепараторы.............................................................................................................86 ГЛАВА 8. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ...........................................................90 8.1. Основы электрического метода обогащения..........................................................................90 8.2. Способы сообщения частицам электрических зарядов.........................................................91 8.3. Электрические сепараторы.......................................................................................................93 ГЛАВА 9. ИНФОРМАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ………………………................95 9.1. Сущность информационного метода обогащения…………………..……………………...95 9.1. Радиометрические сепараторы…………...………………………………………………….96
ГЛАВА 10. ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ………………………………..99 10.1. Сущность гидрохимического метода обогащения………………………………………...99 10.2. Выщелачивание ценных компонентов……………………………………………………100 10.3. Извлечение ценных компонентов из продуктивных растворов………………...............101
ГЛАВА 11. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ............................................104 11.1. Виды влаги в продуктах обогащения..................................................................................104 11.2. Методы обезвоживания........................................................................................................105 11.3. Дренирование........................................................................................................................106 11.4. Центрифугирование..............................................................................................................107 11.5. Сгущение................................................................................................................................110 11.6. Фильтрование.........................................................................................................................112 11.7. Сушка......................................................................................................................................118 ГЛАВА 12. ОКУСКОВАНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ..................................................122 12.1. Процессы окускования..........................................................................................................122 12.2. Агломерация..........................................................................................................................122 12.3. Окомкование..........................................................................................................................124 12.4. Брикетирование.....................................................................................................................126 ГЛАВА 13. ОБЕСПЫЛИВАНИЕ И ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЕ...................................................127 13.1. Пыль........................................................................................................................................127 13.2. Обеспыливание продуктов обогащения..............................................................................128 13.3. Пылеулавливание..................................................................................................................128 ГЛАВА 14. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.......................................................................133 14.1. Охрана воздушного бассейна...............................................................................................133 14.2. Очистка сточных вод.............................................................................................................134 14.3. Естественная очистка сточных вод в хвостохранилищах.................................................137 ГЛАВА 15. ОПРОБОВАНИЕ И КОНТРОЛЬ.............................................................................137 15.1. Назначение операций опробования и контроля……………………………….................137 15.2. Виды проб. Отбор проб........................................................................................................138 15.3. Подготовка проб....................................................................................................................140 15.4. Погрешность опробования...................................................................................................142 15.5. Технологический и товарный балансы...............................................................................143 15.6. Контроль процессов обогащения.........................................................................................144 ГЛАВА 16. ПРАКТИКА ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.............................145 16.1. Классификация обогатительных фабрик............................................................................145 16.2. Технологические схемы обогащения полезных ископаемых...........................................146 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...........................................................................................153
ВВЕДЕНИЕ
Обогащение полезных ископаемых является одной из важнейших составляющих процесса добычи и переработки минерального сырья. Разнообразие и сложность технологических процессов обогащения полезных ископаемых обусловливают необходимость разработки достаточно полных и в то же время компактных учебных материалов, дающих возможность студенту в рамках изучаемых дисциплин ознакомиться с теоретическими основами и технологией процессов обогащения, применяемым оборудованием, вопросами опробования, контроля и управления технологическими процессами, охраны окружающей среды. Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениию подготовки 130400.65 «Горное дело» специализаций: «Обогащение полезных ископаемых», «Электрификация и автоматизация горного производства», «Подземная разработка рудных месторождений полезных ископаемых», «Открытые горные работы», «Маркшейдерское дело», «Шахтное и подземное сторительство», «Взрывное дело», «Технологическая безопасность и горноспасательное дело», «Горные машины и оборудование», «Горнопромышленная экология», направлению подготовки 130101.65 «Прикладная геология» специализаций: «Геологическая съемка, поиск и разведка месторождений полезных ископаемых», «Прикладная геохимия, петрология, минералогия», направлению подготовки 220700.62 специализации «Автоматизация технологических процессов и производств». Целью разработки данного учебного пособия является формирование у студентов полного представления об обогащении полезных ископаемых как совокупности последовательных, взаимосвязанных процессов подготовки минерального сырья к обогащению, выделения ценных компонентов из минерального сырья с использованием различий физических и физико-химических свойств минералов, получения продуктов обогащения, соответствующих требованиям, предъявляемым к ним предприятиями металлургической, химической, топливно-энергетической отраслей, с соблюдением требований экологической безопасности и обеспечением требуемых условий для жизнедеятельности человека.
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. ТЕРМИНОЛОГИЯ
Полезные ископаемые – это добываемые из недр природные вещества органического и неорганического происхождения, которые при современном уровне развития техники могут эффективно использоваться на благо общества в естественном или переработанном виде. Целью добычи и переработки полезных ископаемых является извлечение из них ценных компонентов, которые после многих преобразований составляют техническую основу существования цивилизации. Ценные компоненты входят в состав полезных ископаемых, как правило, в виде химических соединений, называемых ценными минералами. Помимо ценных минералов в состав полезных ископаемых входят минералы и горные породы, не содержащие ценного компонента, которые называют породой. Обогащение полезных ископаемых есть совокупность процессов первичной обработки минерального сырья, имеющих своей целью отделение всех ценных минералов от пустой породы, а также взаимное разделение ценных минералов. Традиционно считается, что в процессе обогащения не происходит изменения химического состава и структуры минералов, т. е. обогащение полезных ископаемых является совокупностью процессов «механической» обработки минерального сырья. В то же время процессы обогащения могут включать операции, при которых происходят вышеуказанные изменения – магнетизирующий обжиг перед магнитной сепарацией, выщелачивание с последующей цементацией и флотацией и др. В результате обогащения полезных ископаемых получают следующие продукты: концентраты – продукты, в которых сконцентрирована основная часть ценных минералов и которые по содержанию ценных компонентов и другим регламентируемым характеристикам отвечают требованиям потребителей; 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 (промпродукты) – продукты, занимающие промежуточное положение по содержанию ценных компонентов между концентратами и отходами и, как правило, подвергающиеся дальнейшему обогащению. Разделение минералов производится на основе различия их физических, физико-химических и других свойств, в соответствии с которыми выделяют различные методы обогащения – гравитационный, магнитный, электрический, флотационный и др. Методы обогащения разделяются на процессы обогащения. Процесс обогащения есть отделение одних минералов от других на основе определенным образом используемого различия в их свойствах. Например, процессы отсадки, тяжелосредной сепарации, концентрации на столах и шлюзах относятся к гравитационному методу обогащения, но различие в плотности минералов, как параметра их разделения, используется по-разному. Процессы обогащения состоят из операций, т. е. отдельных приемов разделения, в которых осуществляется единообразное воздействие на минеральное сырье, имеющее свою конкретную цель. В один прием разделения невозможно, как правило, получить кондиционные, т. е. отвечающие требованиям, продукты – концентраты или отходы, поэтому при обогащении выделяют несколько типов операций. В основной операции происходит первичное разделение полезного ископаемого на продукты, в одном из которых в основном сконцентрированы ценные минералы, в другом – породные. Перечистные операции предназначены для повышения качества концентрата основной операции. Их количество может быть достаточно большим. Конечными продуктами перечистных операций являются кондиционные концентраты. Контрольные операции предназначены для доизвлечения ценных компонентов из хвостов основной операции. Конечным продуктом контрольных операций являются отходы или продукты, направляемые в следующий цикл обогащения, где извлекается другой ценный компонент. Циклом обогащения называется совокупность операций переработки полезного ископаемого, характеризуемых каким-либо единым признаком, например ценным компонентом, и в которых получают один или несколько конечных продуктов. Стадией обогащения называют совокупность операций переработки полезного ископаемого, заключенных между операциями изменения крупности перерабатываемого материала (дроблением или измельчением). Операции разделения материала по крупности – грохочение, классификация – относятся к той стадии, в которую направляется крупный продукт. Все процессы переработки минерального сырья можно разделить на четыре типа: подготовительные, предназначенные для разъединения минералов (дробление, измельчение) и подготовки его по крупности (грохочение, классификация); основные, в которых происходит собственно разделение минералов, вспомогательные – для обезвоживания, обеспыливания и окускования продуктов обогащения и обслуживающие– обеспечивающие работу обогатительной фабрики (снабжение предприятия электроэнергией, водой, ГСМ, транспортное и складское хозяйство, исследовательские лаборатории, отделы технического контроля, КИПиА и прочие). Совокупность последовательных операций переработки минерального сырья называется технологической схемой обогащения, изображаемой графически в различном виде. Основными типами технологических схем обогащения полезных ископаемых являются: качественно-количественная схема, на которой отражены все операции обработки полезного ископаемого с указанием количества и качества всех продуктов, а также режимов обработки в каждой операции; водно-шламовая схема, отражающая данные о количестве воды и твердого, содержащихся в операциях и продуктах, а также количестве воды, добавляемой в операции и продукты; схема цепи аппаратов, на которой графически изображены пути движения всех продуктов переработки полезного ископаемого между аппаратами, обозначаемыми в виде принятых условных изображений, а также указаны тип и количество аппаратов.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОБОГАЩЕНИЯ
В практике переработки полезных ископаемых используются следующие технологические показатели: выход продукта обогащения – отношение массы полученного продукта к массе исходного сырья (%), обозначается буквой g с соответствующим индексом; массовая доля (содержание) компонента в продукте обогащения – отношение массы компонента в каком-либо продукте к массе всего этого продукта (% или г/т). Обозначается для исходного продукта буквой a, для концентрата – b, для отходов (хвостов) – n. При расчете многооперационных технологических схем принято обозначать массовую долю компонентов во всех продуктах буквой b с соответствующим индексом и номером продукта. Качество продуктов при обогащении угля принято оценивать их зольностью, т. е. массовой долей негорючих фракций (золы) в продукте. Зольность обозначается символом Аd с соответствующим индексом; извлечение компонента в продукт обогащения – отношение массы компонента в этом продукте к массе этого компонента в исходной руде (%), обозначается буквой e с соответствующими индексами. В литературе можно встретить также такие показатели: степень концентрации компонента – отношение массовой доли компонента в продукте обогащения к массовой доле компонента в исходной руде (К); степень сокращения – отношение массы исходного продукта к массе полученного концентрата (С). Данные показатели имеют лишь иллюстративный характер и при технологических расчетах в обогащении полезных ископаемых практически не используются. При сравнительном анализе процессов обогащения минерального сырья и выборе технологических схем используется показатель эффективности обогащения (Е). Этот показатель определяется как отношение приращения массы ценного компонента в концентрате при реальном обогащении к приращению массы ценного компонента в концентрате в случае идеального обогащения, т. е. когда в концентрат извлекается только весь ценный компонент. Во всех расчетах используется масса сухого материала. Рассмотрим схему обогащения, приведенную на рис. 1.1. На этой схеме буквами Q, C, T обозначены массы, соответственно, исходной руды, концентрата и отходов; буквами q, c, t – массы ценного компонента в этих продуктах. Для всех этих величин в обогащении полезных ископаемых принята размерность производительности (т/ч).
Рис. 1.1. К определению технологических показателей обогащения
Согласно определению, выходы продуктов обогащения находятся следующим образом: gк = (C / Q)·100,%; (1.1) gх = (T / Q)·100,%; (1.2) gи = (Q / Q)·100 = 100 %, (1.3) где индексы к, х, и соответствуют концентрату, хвостам и исходному сырью. Массовая доля ценного компонента в продуктах a = (q / Q)·100, %; (1.4) b = (c / C)·100, %; (1.5) n = (t / T)·100, %. (1.6) Извлечение ценного компонента в продукты обогащения, согласно определению: eк = (c / q)·100, %; (1.7) eх = (t / q)·100, %; (1.8) eи = (q / q)·100 = 100 %. (1.9) Все технологические показатели обогащения взаимосвязаны. Очевидно, что Q = C + T. (1.10) Это выражение называют уравнением баланса по продуктам обогащения. Аналогично, уравнение баланса по количеству ценного компонента будет выглядеть следующим образом: q = c + t. (1.11) Разделив обе части уравнения (1.10) на Q и умножив на 100, получим уравнение баланса по выходам продуктов обогащения γк + γх = 100 %. (1.12) Используя уравнение (1.10) и выражения (1.4)-(1.6), можно получить уравнение баланса по ценному компоненту в виде Q·a = C·b + T·n, (1.13) а разделив обе части уравнения (1.13) на Q и умножив на 100, – в виде 100·a = gк·b + gх·n. (1.14) Если из уравнения (1.10) выразить Т = Q – С и подставить в (1.13), то после преобразований получим, % gк = 100·(a – n)/(b – n), (1.15) а подставляя С = Q – Т, получим, % gх = 100·(b – a) / (b – n). (1.16) Используя выражения (1.4)-(1.8), можно получить, % eк = gк·b / a; (1.17) eх = gх·n / a. (1.18) Уравнение баланса по извлечению компонента в продукты обогащения: eк + eх = 100 %. (1.19) Степень концентрации и степень сокращения могут быть определены по выражениям К = b / a; (1.20) С = Q / C = 100 / gк. (1.21) Эффективность обогащения определяется следующим образом: Е = (eк – gк)/(1 – a / bм), (1.22) где bм – массовая доля ценного компонента в минерале, %. |
|
