Кусков В.Б., Никитин М.В. Обогащение и переработка полезных ископаемых

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им.Г.В.Плеханова

(технический университет)

В.Б.КУСКОВ, М.В.НИКИТИН

ОБОГАЩЕНИЕ И ПЕРЕРАБОТКА

ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Учебное пособие

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2002

УДК 622.7(075.80)

ББК 33.4

К94

Приведены сведения о технологических процессах обогащения полез-

ных ископаемых и переработке продуктов обогащения. Первый раздел работы

посвящен вопросам обогащения твердых полезных ископаемых. В нем рассмот-

рены теоретические основы подготовительных, основных, вспомогательных

процессов обогащения, дано описание конструкции и принципа действия ис-

пользуемых аппаратов. Во втором разделе приводятся основные положения

процессов переработки минерального сырья с получением различных металлов

и химических продуктов. Приведены схемы плавильных агрегатов и различной

гидрометаллургической аппаратуры.

Пособие предназначено для студентов экономических специальностей:

060500 «Бухгалтерский учет, анализ и аудит»; 060800 «Экономика и управление на

предприятии (в горной промышленности и геологоразведке)» и 061100 «Менедж-

мент организации».

Научный редактор проф. О.Н.Тихонов

Рецензенты: ген. директор ОАО «Институт «Механобр» В.А.Арсентьев,

нач. отд. САПР ЗАО «Механобр Инжиниринг» В.Г.Логинов.

Кусков В.Б.

К94. Обогащение и переработка полезных ископаемых: Учеб. пособие /

В.Б.Кусков, М.В.Никитин; Санкт-Петербургский горный ин-т (технический универ-

ситет). СПб, 2002. 84 с.

ISBN 5-94211-083-2

УДК 622.7(075.80)

ББК 33.4

ISBN 5-94211-083-2

Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В.Плеханова, 2002 г.

Введение

Полезными ископаемыми называют твердые, жидкие и га-

зообразные вещества, добываемые из земных недр для использо-

вания человеком. Твердые полезные ископаемые, в свою очередь,

подразделяются на горючие (торф, сланец, уголь) и негорючие,

которые бывают: агрономические (апатитовые и фосфоритовые),

неметаллические (кварцевые, баритовые и др.) и металлические

(руды черных и цветных металлов). Эффективность использова-

ния того или иного полезного ископаемого зависит, прежде всего,

от содержания в нем ценного компонента и наличия вредных

примесей. Добываемые полезные ископаемые только в тех случа-

ях подвергаются непосредственной переработке металлургиче-

скими, химическими и другими методами, когда качество их со-

ответствует требованиям, предъявляемым к данному сырью. Та-

кие полезные ископаемые в природе встречаются редко. Содер-

жание полезных компонентов в добываемом сырье может состав-

лять от долей процента (медь, никель, кобальт и др.) до несколь-

ких процентов (свинец, цинк и др.) и нескольких десятков про-

центов (железо, марганец, ископаемый уголь и некоторые другие

неметаллические полезные ископаемые). Непосредственная пере-

работка таких полезных ископаемых технически и экономически

невыгодна, поэтому в большинстве случаев полезные ископаемые

подвергают специальной подготовке с целью их обогащения.

I. ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

I.1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Обогащение полезных ископаемых − совокупность процес-

сов механической переработки минерального сырья с целью из-

влечения ценных компонентов и удаления пустой породы и вред-

ных примесей, которые не представляют практической ценности в

данных технико-экономических условиях. В результате обогаще-

ния из руды получают концентрат, качество которого выше, чем

качество руды. Качество концентрата характеризуется содержа-

нием ценного компонента (оно выше, чем в руде), содержанием

полезных и вредных примесей, влажностью и гранулометриче-

ской характеристикой.

Полезными примесями называют отдельные химические

элементы или их природные соединения, которые входят в состав

полезного ископаемого в небольших количествах и могут быть вы-

делены и использованы совместно с основным ценным компонен-

том, улучшая его качество. Например, полезными примесями в же-

лезных рудах являются хром, вольфрам, ванадий, марганец и др.

Вредными примесями называют отдельные элементы и природные

химические соединения, содержащиеся в полезных ископаемых и

оказывающие отрицательное влияние на качество извлекаемых

ценных компонентов. Например, в железных рудах вредными

примесями являются сера, мышьяк, фосфор, в коксующихся уг-

лях – сера, фосфор, в энергетических углях – сера и т.д.

Предварительное обогащение полезных ископаемых позволяет:

• увеличить промышленные запасы сырья за счет исполь-

зования месторождений бедных полезных ископаемых с низким

содержанием ценных компонентов;

• повысить производительность труда на горных предпри-

ятиях и снизить стоимость добываемой руды за счет механизации

горных работ и сплошной выемки полезного ископаемого вместо

выборочной;

• повысить технико-экономические показатели металлур-

гических и химических предприятий при переработке обогащен-

ного сырья за счет снижения расхода топлива, электроэнергии,

флюсов, химических реактивов, улучшения качества готовых

продуктов и снижения потерь полезных компонентов с отходами;

• комплексно использовать полезные ископаемые, так как

предварительное обогащение позволяет извлечь не только основ-

ные полезные компоненты, но и сопутствующие, содержащиеся в

малых количествах;

• снизить расходы на транспортирование к потребителям

более богатых продуктов, а не всего объема добываемого полез-

ного ископаемого;

• выделить из минерального сырья те вредные примеси,

которые при дальнейшей его переработке могут загрязнять окру-

жающую среду и тем самым угрожать здоровью людей и ухуд-

шать качество конечной продукции.

Обогащение, как и любой другой технологический про-

цесс, характеризуется показателями. Основные технологические

показатели обогащения следующие:

• масса продукта (производительность) − Q, C, Т, выража-

ется обычно в тоннах в час, тоннах в сутки и т.д.;

• содержание ценного компонента в продукте – α, β, ϑ − это

отношение массы ценного компонента в продукте к массе продук-

та; содержание различных компонентов в полезном ископаемом и в

полученных продуктах принято вычислять в процентах;

• выход продукта – γ

, γ

хв

− это отношение массы про-

дукта к массе исходной руды; выход любого продукта обогаще-

ния выражают в процентах, реже в долях единицы;

• извлечение ценного компонента – ε

, ε

хв

− это отно-

шение массы ценного компонента в продукте к массе этого же

компонента в исходной руде; извлечение выражается в процен-

тах, реже в долях единицы.

Рассмотрим вариант, когда в результате обогащения полу-

чают только два продукта. В этом случае выход концентрата

= (C/Q)100.

Этой формулой можно пользоваться, если известна масса продук-

тов. Однако часто она неизвестна. А вот содержание полезного

компонента в продуктах известно практически всегда.

Выход концентрата и хвостов через содержания определя-

ется следующими формулами:

ϑ−β

ϑ−α

100; γ

хв

ϑ−α

ϑ−β

100; γ

+ γ

хв

= 100.

Извлечение полезного компонента в концентрат

100, или ε

к=

βγ

, ε

хв

ϑγ

хв

; ε

+ ε

хв

= 100.

Полезные ископаемые на обогатительных фабриках про-

ходят целый ряд последовательных операций, в результате полез-

ные компоненты отделяются от примесей. Процессы обогащения

полезных ископаемых по своему назначению делятся на подгото-

вительные, вспомогательные и основные.

К подготовительным относят процессы дробления, из-

мельчения, грохочения и классификации. Их задача − разъеди-

нить полезный минерал и пустую породу и создать нужную гра-

нулометрическую характеристику перерабатываемого сырья.

К основным относят следующие процессы:

• гравитационные, основанные на различиях в плотности

разделяемых минералов;

• флотационные (различия в поверхностных свойствах

разделяемых минералов);

• магнитные (различия в магнитной восприимчивости

разделяемых минералов);

• электрические (различия в электрических свойствах раз-

деляемых минералов);

• специальные (различия в цвете, блеске, форме, естест-

венной или наведенной радиации разделяемых минералов);

• комбинированные, в схему которых помимо традицион-

ных процессов обогащения (не затрагивающих химического со-

става сырья) включены пиро- или гидрометаллургические опера-

ции, изменяющие химический состав сырья.

Задача основных процессов обогащения − разделить по-

лезный минерал и пустую породу.

К вспомогательным относят обезвоживание, пылеулавли-

вание, очистку сточных вод, опробование, контроль и автомати-

зацию. Задача этих процессов − обеспечить оптимальное проте-

кание основных процессов.

Совокупность последовательных технологических опера-

ций обработки, которым подвергают полезные ископаемые на

обогатительных фабриках, называется схемой обогащения. В за-

висимости от характера сведений, которые содержатся в схеме

обогащения, ее называют технологической, качественной, коли-

чественной, качественно-количественной, водно-шламовой и

схемой цепи аппаратов.

I.2. ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ

При обогащении твердых полезных ископаемых прихо-

дится иметь дело с зернистым материалом, состоящим из массы

зерен различной крупности. На практике за размер зерна прини-

мают размер квадратного отверстия, через которое это зерно про-

валивается. Материал, прошедший через отверстие l

и оставший-

ся на отверстии l

, причем l

< l

, называется классом крупности.

Крупность класса обозначают следующим способом: −l

(ми-

нус l

плюс l

). Например, класс −25+10 мм. Характеристика мас-

сы зерен различного размера по крупности называется грануло-

метрической характеристикой. Гранулометрический состав ма-

териала в зависимости от крупности определяют одним из сле-

дующих способов: ситовой анализ − d > 50 мкм, седиментацион-

ный анализ − d ≈ 50÷5мкм; анализ под микроскопом − d < 5 мкм.

Наиболее часто для контроля процессов грохочения, дробления и

измельчения на обогатительных фабриках используют ситовый

анализ, т.е. рассев сыпучего материала на стандартных ситах с

отверстиями различных размеров. Для ситового анализа приме-

няют два набора стандартных сит:

1) набор, в котором за основу принято сито 200 меш

(меш – количество отверстий на одном линейном дюйме), отвер-

стие в этом сите 0,074 мм; каждое последующее сито больше пре-

дыдущего в

раз, т.е. модуль шкалы этого набора

(шкала

Тейлора);

2) набор, в котором за основу принято сито с отверстием

0,012 мм; каждое последующее сито больше предыдущего в

(метрическая шкала).

Пробы рассеивают сухим или мокрым способом в зависи-

мости от крупности материала и необходимой точности ситового

анализа. Если не требуется особой точности и материал не слипа-

ется, то применяют сухой способ рассева. Массу пробы для сито-

вого анализа принимают в зависимости от крупности наибольше-

го куска в пробе:

Размер куска, мм

0,1

0,3

0,5

Масса пробы, г 25 50 100 200 300 2250 18000

Сита устанавливают сверху вниз от отверстий крупных

размеров к мелким. Пробу помещают на верхнее сито и весь на-

бор сит встряхивают на механическом встряхивателе в течение

10-30 мин. Время рассева определяется крупностью материала:

при d < 5 и d > 5 мм время рассева соответственно 30 и 10 мин.

Остаток на каждом сите взвешивают. Выход классов получают

делением массы каждого класса на массу исходной пробы.

Результаты ситового анализа записывают в таблицу. Вы-

числяют суммарные выходы, представляющие собой сумму вы-

ходов всех классов крупнее (суммарный выход по плюсу) и мель-

че (суммарный выход по минусу) отверстий данного сита.

Характеристикой крупности называют графическое изо-

бражение гранулометрического состава сыпучего материала. Ха-

рактеристики крупности строят в прямоугольной системе коорди-

нат. Суммарную характеристику крупности Y = f(x) строят по точ-

кам, положение которых находят по абсциссам х – диаметрам

кусков и ординатам Y – суммарным выходам классов мельче или

крупнее x.

Если по оси ординат отложены выходы материала, крупнее

заданного диаметра, то характеристика построена «по плюс х», ес-

ли мельче данного диаметра, то «по минус х». Обе характеристи-

ки зеркально отражают друг друга и, будучи построены на одном

графике, пересекаются в точке, соответствующей выходу мате-

риала, равному 50 %.

Найденная гранулометрическая характеристика позволяет:

1. По виду кривой судить о преобладании крупных или

мелких зерен. Суммарные характеристики «по плюс х» бывают

выпуклыми, вогнутыми и прямолинейными. Выпуклая кривая

получается при преобладании в материале крупных зерен, вогну-

тая – при преобладании мелких зерен. Прямолинейная кривая

свидетельствует о равномерном распределении в материале зерен

по крупности, т.е. на любом участке характеристики на единицу

изменения диаметра приходится одинаковое изменение суммар-

ного выхода материала.

2. По кривой суммарной характеристики можно опреде-

лить выход любого класса крупности.

3. На основании гранулометрической характеристики

можно вывести аналитические зависимости для определения

удельной поверхности материала.

I.3. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ

ОБОГАЩЕНИЯ

Задача этих процессов − разъединить полезный минерал и

пустую породу и создать нужную гранулометрическую характе-

ристику обогащаемой руды.

I.3.1. ГРОХОЧЕНИЕ

Грохочение – процесс разделения зернистых материалов

по крупности на просеивающих поверхностях с калиброванными

отверстиями.

Зерна (куски) материала, размер которых больше размера

отверстий сита, остаются при просеивании на сите, а зерна мень-

ших размеров проваливаются через отверстия.

Материал, поступающий на грохочение, называется ис-

ходным, остающийся на сите – надрешетным (верхним) продук-

том, проваливающийся через отверстия сита – подрешетным

(нижним) продуктом.

Процесс грохочения характеризуется эффективностью −

выраженным в процентах или в долях единицы отношением мас-

сы подрешетного продукта к массе нижнего класса в исходном

материале. Эффективность грохочения можно также определить

как извлечение нижнего класса в подрешетный продукт. Пусть

отгрохачивается Q тонн руды, содержащей α процентов мелочи

(зерен мельче, чем отверстие грохота), при этом получается

С тонн подрешетного продукта, содержащего β процентов мело-

чи, и Т тонн надрешетного продукта, содержащего ϑ процентов

мелочи. Тогда по определению

E =

⋅

C 100

100, или E =

αυ−

υ−α

)100(

Эффективность грохочения определяется следующими

факторами: гранулометрическим составом исходного материала,

его влажностью, углом наклона грохота, амплитудой и частотой

колебания грохота. По крупности выделяют три вида зерен:

1) легкие, размер которых меньше, чем отверстие грохота

(d < 0,75l), такие зерна легко отгрохачиваются и не снижают эф-

фективность; 2) трудные, размер которых близок отверстию гро-

хота (d ≅ l), такие зерна могут застревать в отверстиях, резко

снижая эффективность; 3) затрудняющие, размер которых чуть

больше отверстия грохота (d = 1÷1,5l), такие зерна скапливаются

на поверхности решета грохота, снижая эффективность грохоче-

ния. Таким образом, чем больше в материале трудных и затруд-

няющих зерен, тем ниже эффективность грохочения.

Рабочими поверхностями грохотов могут быть колоснико-

вые решетки, набранные из параллельных брусьев (круглые,

квадратные, ромбические, в виде рельсов и т.д.), стальные решета

со штампованными или сверлеными отверстиями, плетеные сетки

из стальной или латунной проволоки, резиновые маты со штам-