Понятия о методах и схемах обогащения

Руда при обогащении подвергается механической обработке, поэтому минералы в процессе не изменяют своих основных химических свойств и состава, в противоположность пиро – и гидрометаллургическим процессам, которые связаны с химическими превращениями компонентов исходного сырья.

Руда, поступающая на обогатительную фабрику, подвергается последовательной обработке в процессах, которые по своему назначению подразделяются на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные (рис.1).

Рис. 1 . Принципиальная схема обогащения

Подготовительные процессы. Основной задачей подготовительных процессов является подготовка руды к обогащению. Эта подготовка включает прежде всего операции уменьшения размера кусков – дробление и измельчение и связанные с ними классификацию руды по крупности методами грохочения и классификации. Конечная крупность измельчения определяется крупностью зерен минералов, которые должны быть максимально раскрыты и свободны от сростков с минералами вмещающих пород и видом основного обогатительного процесса.

К подготовительным процессам относятся также процессы дезинтеграции и промывки, которые повсеместно применяются при подготовке песков россыпных месторождений, содержащих глину. В результате этих процессов в сочетании с классификацией и обесшламливанием выделяются мытые пески, идущие, как правило, на обогащение гравитационными методами.

Процессы и методы обогащения полезных ископаемых основаны на технологических свойствах минералов, входящих в состав руд. К ним относятся прежде плотность, механические свойства ( твердость и упругость), магнитные и электрические свойства, радиоактивность, физико-химические, химические и термохимические свойства.

К основным обогатительным процессам относятся физические (гравитационные, магнитные, электрические, радиометрические и специальные ) и физико-химические (флотационные).

Гравитационные методы обогащенияоснованы на различии в плотности , размерах и форм разделяемых минеральных зерен, различной скорости и характера их движения в среде под действием силы тяжести , сил сопротивления и центробежных сил. Разделение минералов осуществляется в воде, воздухе и тяжелых средах. К гравитационным процессам относится разделение минералов в вертикальной струе воды или воздуха (отсадка), в потоке воды, текущей по наклонной плоскости ( шлюзы, концентрационные столы, винтовые, струйные, конусные сепараторы), в тяжелых средах ( суспензионные сепараторы) и в центробежном поле ( центробежные сепараторы и концентраторы). Гравитационные методлы при обогащении крупновкрапленных руд цветных и редких металлов и особенно при обогащении руд и россыпей редких и благородных металлов..

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).