Химические методы обогащения

2 Грохочением называют процесс разделения кусковых и зернистых материалов на продукты различной крупности, называемые классами, с помощью просеивающих поверхностей с калиброванными отверстиями (колосниковые решетки, листовые и проволочные решета).

В результате грохочения исходный материал разделяется на надрешетный (верхний) продукт, зерна (куски) которого больше размера отверстий просеивающей поверхности, и подрешетный (нижний продукт), зерна (куски) которого меньше размера отверстий просеивающей поверхности.

Дробление и измельчение – процесс разрушения полезных ископаемых под действием внешних сил до заданной крупности, требуемого гранулометрического состава или необходимой степени раскрытия материалов. При дроблении и измельчении нельзя допускать переизмельчения материалов, так как это ухудшает процесс обогащения полезного ископаемого.

Классификация – процесс разделения смеси минеральных зерен на классы различной крупности по скоростям их осаждения в водной или воздушной средах. Классификация осуществляется в специальных аппаратах, называемых классификаторами, если разделение происходит в водной среде (гидроклассификация), и воздушными сепараторами, если разделение происходит в воздушной среде.

Гравитационными процессами обогащения называют процессы обогащения, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.

К гравитационным процессам относятся отсадка, обогащение в тяжелых средах, концентрация на столах, обогащение в шлюзах, желобах, струйных концентраторах, конусных, винтовых и противоточных сепараторах, пневматическое обогащение.

Флотационные методы обогащения – процесс разделения тонкоизмельченных полезных ископаемых, осуществляемый в водной среде и основанный на различии их способности, естественной или искусственно создаваемой, смачиваться водой, что определяет избирательное прилипание частиц минералов к поверхности раздела двух фаз. Большую роль при флотации играют флотационные реагенты – вещества, позволяющие процессу идти без особых осложнений и ускоряющие сам процесс флотации, а так же выход концентрата.

Магнитные методы обогащения полезных ископаемых основаны на различии магнитных свойств разделяемых минералов. Разделение по магнитным свойствам осуществляется в магнитных полях.

При магнитном обогащении используются только неоднородные магнитные поля. Такие поля создаются соответствующей формой и расположением полюсов магнитной системы сепаратора. Таким образом магнитное обогащение осуществляется в специальных магнитных сепараторах.

Электрическим обогащением называется процесс разделения минералов в электрическом поле, основанный на различии их электрических свойств. Этими свойствами являются электропроводность, диэлектрическая проницаемость, трибоэлектрический эффект.

3. Ручная рудоразработка и породовыборка как способ обогащения основаны на использовании различия во внешних признаках разделяемых минералов – цвете, блеске, форме зерен. Из общей массы полезного ископаемого отбирают обычно тот материал, которого содержится меньше. В том случае, когда из полезного ископаемого отбирается ценный компонент, операция называется рудоразработкой, когда пустая порода – породовыработкой.

Декрипитация основана на способности отдельных минералов растрескиваться (разрушаться) при их нагревании и последующем быстром охлаждении.

Обогащение по трению, форме и упругости основано на использовании различий в скоростях движения разделяемых частиц по плоскости под действием сил тяжести. Основным параметром движения частиц по наклонной плоскости, является коэффициент трения, зависящий в основном от характера поверхности самих частиц и их формы.

Адиометрическая сортировка, основанная на различии радиоактивных свойств минералов или силе их излучения

Радиометрические методы обогащения основаны на различной способности минералов, испускать, отражать, или поглощать различные виды излучения.

К химическим методам обогащения относят процессы, связанные с химическими превращениями минералов (или только их поверхности) в другие химические соединения, в результате чего изменяются их свойства, или с переводом минералов из одного состояния в другое.

Химическое и бактериальное обогащение, основанное на способности минералов, например сульфидов, окисляться и растворяться в сильно кислых растворах. При этом металлы переходят в раствор, из которого извлекаются различными химико-металлургическими методами. Присутствие в растворах некоторых типов бактерий, например тионовых, значительно интенсифицирует процесс растворения минералов.

В технологических схемах обогащения сложных комплексных руд часто используют одновременно два или три различных метода обогащения, например: гравитационный и флотационный, гравитационный и магнитный и т. п. Применяются также комбинированные методы обогащения в сочетании с гидрометаллургическими.

Для успешного применения того или иного метода обогащения необходимо наличие у минералов достаточного различия тех свойств, которые используются в данном методе.

4. Процесс обогащения характеризуется следующими технологическими показателями: содержанием металла в руде или продукте обогащения; выходом продукта; степенью сокращения и извлечением металла.

Содержание металла в руде или продукте обогащения - это отношение массы этого металла в руде или продукте обогащения к массе сухой руды или продукта, выраженное в процентах. Содержание металла принято обозначать греческими буквами α (в исходной руде), β (в концентрате) и θ (в хвостах). Содержание драгоценных металлов выражается обычно в единицах массы (г/т).

Выход продукта - отношение массы продукта, полученного -при обогащении, к массе переработанной исходной руды, выраженное в долях единицы или процентах. Выход концентрата (γ) показывает, какую долю от общего количества руды составляет концентрат.

Степень сокращения - величина, обозначающая во сколько раз выход полученного концентрата меньше количества переработанной руды. Степень сокращения (К) выражает количество тонн; руды, которое нужно переработать, чтобы получить 1 т концентрата, и рассчитывается по формуле:

К= 100/ γ

Для руд цветных и редких металлов характерен малый выход концентрата и, следовательно, высокая степень сокращения. Выход концентрата определяется прямым взвешиванием или по данным химического анализа по формуле:

γ =(α - θ/β - θ)100,%.

Степень обогащения, или степень концентрации показывает, во сколько раз увеличилось содержание металла в концентрате по сравнению с содержанием металла в руде. При обогащении бедных руд этот показатель может составлять 1000... 10000.

Извлечение металлаε - это отношение массы металла в концентрате к массе металла в исходной руде, выраженное в процентах

ε=γβ/α

Уравнение баланса металла

εα=γβ

связывает основные технологические показатели процесса и позволяет рассчитать степень извлечения металла в концентрат, которая, в свою очередь, показывает полноту перехода металла из руды в концентрат.

Выход продуктов обогащения можно определить по данным химических анализов продуктов. Если обозначить:— выход концентрата; — содержание металла в руде; — содержание металла в концентрате; — содержание металла в хвостах, а — извлечение металла в концентрат, то можно составить баланс металла по руде и продуктам обогащения, т. е. количество металла в руде равно сумме его количеств в концентрате и хвостах

здесь за 100 принят выход исходной руды в процентах. Отсюда выход концентрата

Извлечение металла в концентрат можно подсчитать по формуле

Если выход концентрата неизвестен, то

Например, при обогащении свинцовой руды, содержащей 2,5% свинца, получен концентрат с содержанием 55% свинца и хвосты, содержащие 0,25% свинца. Подставляя результаты химических анализов в приведенные выше формулы, получим:

выход концентрата

извлечение в концентрат

выход хвостов

степень обогащения:

Качественно-количественные показатели обогащения характеризуют техническое совершенство технологического процесса на фабрике.

Качество конечных продуктов обогащения должно соответствовать требованиям, предъявляемым потребителями к их химическому составу. Требования к качеству концентратов называются кондициями и регламентируются ГОСТ, техническими условиями (ТУ) или временными нормами и разрабатываются с учетом технологии и экономики I переработки данного сырья и его свойств. Кондициями устанавливается минимально или максимально допустимое содержание различных составных компонентов полезного ископаемого в конечных продуктах обогащения. Если качество продуктов соответствует кондициям, то эти продукты называются кондиционными.

Выводы:

Обогатительная фабрика является промежуточным звеном между рудником (шахтой) и металлургическим заводом. Руда различной крупности, поступающая с рудника, при переработке на обогатительной фабрике проходит различные процессы, которые по своему назначению можно разделить на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные.

Подготовительные процессы имеют целью подготовить руду к обогащению. Подготовка включает прежде всего операции уменьшения размеров кусков руды — дробление и измельчение и связанную с ними классификацию руды на грохотах, в классификаторах и гидроциклонах. Конечная крупность измельчения определяется крупностью вкрапленности минералов, так как при измельчении необходимо максимально раскрыть зерна ценных минералов.

К собственно обогатительным процессам относятся процессы разделения руды и других продуктов по физическим и физико-химическим свойствам минералов, входящих в их состав. К этим процессам относятся гравитационное обогащение, флотация, магнитная и электрическая сепарация и др.

Большинство процессов обогащения проводится в воде и получаемые продукты содержат большое количество ее. Поэтому возникает необходимость во вспомогательных процессах. К ним относится обезвоживание продуктов обогащения, включающее сгущение, фильтрование и сушку.

Кроме того, существуют так называемые специальные методы обогащения, к которым относятся:

рудоразработка, основанная на различии цвета и блеска отдельных минералов, их прозрачности или свечения;

адиометрическая сортировка, основанная на различии радиоактивных свойств минералов или силе их излучения;

обогащение по трению, основанное на различии коэффициентов трения минералов при движении их по плоскости;

химическое и бактериальное обогащение, основанное на способности минералов, например, сульфидов, окисляться и растворяться в сильно кислых растворах.

Процесс обогащения характеризуется технологическими показателями: содержанием металла в руде или продукте обогащения; выходом продукта; степенью сокращения и извлечением металла, что определяет основные характеристики процессов обогащения.

Контрольные вопросы:

1.
На какие разделы делят методы обогащения полезных ископаемых?

2.
Какие методы относятся к основным, а какие к вспомогательным методам обогащения.

3.
Какие методы обогащения Вам известны?

4.
Охарактеризуйте процессы грохочения, дробления, измельчения и классификации.

5.
Какие процессы называют гравитационными, флотационными? Что такое магнитное и электрическое обогащение?

6. Какие специальные методы обогащения Вы знаете?

7.
Что подразумевается под терминами химическое и радиометрическое обогащение?

8.
Что называется обогащением по трению, декрипитацией?

9.
Какие формулы технологических показателей обогащения?

10.
Какова формула степени сокращения?

11.
Как вычислить степень обогащения руды?

Темы семинаров: