Методи первинного збагачення корисних

КОПАЛИН ПІДЗЕМНОГО ВИДОБУТКУ

 

Загальні положення

 

 

Ефективність використання корисної копалини залежить головним чином від вмісту в ній корисного компонента і наявності шкідливих домішок. Мінеральну сировину безпосередньо переробляють металургійними, хімічними та іншими методами тільки у тих випадках, коли її якість відповідає певним технологічним вимогам. Але такі корисні копалини в природі зустрічаються рідко. Вміст корисних компонентів у сировині, що добувається, може складати від часток відсотка (мідь, нікель, кобальт і ін.) до декількох відсотків (свинець, цинк і ін.) і декількох десятків відсотків (залізо, марганець, вугілля і ін.). Безпосередня переробка таких корисних копалин технічно і економічно недоцільна. Тому в більшості випадків корисні копалини піддаються спеціальній переробці з метою їхнього збагачення.

Збагачення корисних копалин – це сукупність процесів первинної переробки мінеральної сировини з метою підвищення концентрації корисних компонентів шляхом їх відокремлення від порожньої породи і шкідливих домішок, що не являють практичної цінності в даних техніко-економічних умовах, і, відповідно, наука про ці процеси.

Збагачення корисних копалин уможливлює подальшу ефективну металургійну, хімічну та іншу їх переробку.

Крім того, попереднє збагачення корисних копалин дозволяє:

- збільшити промислові запаси мінеральної сировини за рахунок використання родовищ бідних корисних копалин з низьким вмістом корисних компонентів;

- підвищити продуктивність праці на гірничих підприємствах і знизити вартість руди, що добувається, за рахунок механізації гірничих робіт і суцільної виїмки корисної копалини замість вибіркової;

- підвищити техніко-економічні показники металургійних і хімічних підприємств при переробці збагаченої сировини за рахунок зниження витрат палива, електроенергії, флюсів, хімічних реактивів, поліпшення якості готових продуктів і зниження втрат корисних компонентів з відходами;

- здійснити комплексне використання корисних копалин, тому що попереднє збагачення дозволяє вилучити з нього не тільки основні корисні компоненти, але і супутні, що містяться в малих кількостях;

- знизити витрати на транспортування до споживачів більш багатих продуктів, а не всього обсягу видобутої гірничої маси, що містить корисну копалину;

- виділити з мінеральної сировини шкідливі домішки, що при подальшій її переробці можуть погіршувати якість кінцевої продукції, забруднювати навколишнє середовище і загрожувати здоров'ю людей.

Переробка корисних копалин здійснюється на збагачувальних фабриках, що сьогодні являють собою могутні високомеханізовані підприємства зі складними технологічними процесами.

У результаті збагачення корисна копалина розділяється на кілька продуктів: концентрат (один або декілька) і відходи. Крім того, у процесі збагачення можуть бути отримані проміжні продукти.

Концентрати – продукти збагачення, у яких зосереджена основна кількість цінного компонента. Концентрати в порівнянні зі збагачуваним матеріалом характеризуються значно вищим вмістом корисних компонентів і більш низьким вмістом пустої (порожньої) породи та шкідливих домішок.

Відходи – продукти збагачення, у яких зосереджена основна кількість порожньої породи, шкідливих домішок і невелика (залишкова) кількість корисних компонентів.

Проміжні продукти (промпродукти) – це механічна суміш зростків з розкритими зернами корисних компонентів і порожньої породи. Промпродукти характеризуються нижчим у порівнянні з концентратами і вищим у порівнянні з відходами вмістом корисних компонентів.

Якість корисних копалин і продуктів збагачення визначається вмістом цінного компонента, домішок, супутніх елементів, а також вологістю і крупністю.

Корисним компонентом називають хімічний елемент або природну сполуку (мінерал), для одержання яких добувається корисна копалина (наприклад Fe у залізних рудах, Cu у мідних рудах). Розрізнюють основні і супутні (попутні) корисні компоненти.

Основні корисні компоненти – це складові частини корисної копалини, самостійне вилучення (добування) яких економічно доцільне.

Попутні корисні компоненти – складові частини корисної копалини, вилучення яких економічно доцільне лише спільно з основним корисним компонентом. При наявності двох або більше основних корисних компонентів корисна копалина характеризується як комплексна (наприклад, мідно-молібденові, мідно-свинцево-цинкові руди). Попутні корисні компоненти при збагаченні виділяють або в самостійний продукт, або в колективний продукт з основним корисним компонентом. З колективного продукту попутні корисні компоненти вилучають у процесі металургійної або хімічної переробки.

Домішками при збагаченні називають сторонні хімічні елементи або природні сполуки, що містяться в корисній копалині у невеликих кількостях. Домішки можуть бути корисними, нейтральними і шкідливими; корисні поліпшують якість цінного компонента, а шкідливі – погіршують (наприклад V, W, Mn, Cr – корисні домішки в залізних рудах, а S, P – шкідливі); нейтральні домішки є індиферентними баластами.

Результати збагачення корисної копалини характеризуються якісно-кількісними показниками, основні з них такі: вихід продукту, вміст компонента, вилучення, ступінь скорочення, ступінь концентрації.

Вихід продукту – показник, що визначає, яку частину маси корисної копалини, що переробляється, складає той чи інший продукт збагачення. Вихід продукту збагачення виражають у відсотках, рідше в частках одиниці:

, %,

де Q_пр і Q_вих – маси продукту і вихідного матеріалу.

Сумарний вихід усіх продуктів збагачення повинен відповідати виходу вихідної збагачуваної корисної копалини, що приймається за 100 %. Якщо при збагаченні одержують два кінцевих продукти – концентрат з виходом γ_к і відходи з виходом γ_відх, то ця умова записується таким рівнянням, що виражає баланс виходів продуктів збагачення:

.

Вміст компонента – показник, що характеризує частку компонента (корисного, шкідливого, нейтрального) в корисній копалині або продукті збагачення. Вміст компонентів у корисній копалині і у продуктах збагачення виражають у відсотках, іноді в частках одиниці. Іноді вміст компонента у відходах позначають. Вміст дорогоцінних металів у рудах і продуктах збагачення як правило виражають як відношення маси металу до маси руди – г/т.

Сумарна кількість будь-якого компонента, що міститься в кінцевих продуктах збагачення, повинна відповідати кількості цього компонента у вихідній корисній копалині. Якщо при збагаченні отримані два кінцевих продукти – концентрат і відходи, то ця умова запишеться рівністю:

.

Якщо при збагаченні отримані три кінцевих продукти – концентрат, відходи і промпродукт, то рівняння набуває вигляду:

.

Наведені рівності називаються рівняннями балансу продуктів збагачення.

Вилучення ε – показник, що визначає, яка частина маси цінного компонента, що міститься в початковій сировині, перейшла до концентрату або іншого продукту збагачення. Вилучення виражається у відсотках, рідше в частках одиниці і обчислюється як відношення маси компонента в -тім продукті до його маси в збагачуваній корисній копалині:

.

При двох продуктах збагачення - концентраті і відходах - вилучення корисного компонента до концентрату (ε_к) і у відходи (ε_в) отримуємо з виразів:

,.

Сумарне вилучення ∑ε_і одного (даного) компонента в усі кінцеві продукти збагачення складає 100%, тобто: ε_к+ε_в= 100%; ε_к+ε_в+ ε_пп = 100%.

Ступінь скорочення k_c – величина, що показує у скільки разів вихід отриманого концентрату γ_к менший від кількості переробленої корисної копалини:

.

Ступінь скорочення показує, яку кількість тонн корисної копалини необхідно переробити для одержання 1 т концентрату.

Ступінь концентрації (ступінь збагачення)k_к – величина, що показує, у скільки разів збільшився вміст компонента в концентраті в порівнянні з його вмістом у збагачуваній корисній копалині:

.

Якісно-кількісні показники збагачення характеризують технічну досконалість технологічного процесу фабрики. Чим вищий вміст корисного компонента в концентраті і його вилучення, чим більші показники ступеня збагачення і ступені скорочення, тим вища ефективність збагачення корисної копалини.

Якість продуктів збагачення в окремих випадках характеризують не тільки вмістом корисних компонентів і наявністю шкідливих домішок, але і вмістом зерен різного розміру – ґранулометричним складом. Якість кінцевих продуктів збагачення, одержуваних на збагачувальних фабриках, повинна відповідати вимогам, які висувають споживачі продукції. Вимоги до якості концентратів називаються кондиціями і регламентуються державними стандартами (ДСТУ) або технічними умовами (ТУ), вони розробляються з урахуванням технології і економіки переробки даної сировини та її властивостей, а також з урахуванням реальних можливостей технології збагачення. Кондиціями встановлюються середній і мінімально або максимально допустимий вміст різних компонентів корисної копалини в кінцевих продуктах збагачення. Якщо якість продуктів відповідає кондиціям, продукти називаються кондиційними.

Переробка корисних копалин на збагачувальних фабриках включає ряд послідовних операцій, у результаті яких досягається відділення корисних компонентів від домішок. За своїм призначенням процеси переробки корисних копалин розділяють на підготовчі, основні (збагачувальні) і допоміжні (заключні).