Самылин В.Н. Конспект лекций по дисциплине Переработка, обогащение и комплексное использование полезных ископаемых

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ПЕРЕРАБОТКА, ОБОГАЩЕНИЕ И КОМПЛЕКСНОЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ»

Для студентов специальности 050302 «Обогащение полезных

ископаемых»

ДОНЕЦК ДонНТУ -2007

УДК 622. 755

Исходный материал

Конспект лекций по дисциплине «Переработка, обогащение и комплексное

использование полезных ископаемых» (для студентов специальности

7.090302 «Обогащение полезных ископаемых») / Сост.: Самылин В.Н. –

ДонНТУ, 2007. –с.

Составитель: В.Н. Самылин, доц.

Отв. за выпуск Е.И. Назимко, проф.

Исходный материал

Лекция № 1

Вопросы, выносимые на лекцию: Назначение процессов обогащения,

виды полезных ископаемых, типы обогатительных фабрик, продукты

обогащения, технологические показатели процессов обогащения, виды

операций обогащения, свойства минералов и методы обогащения, примеры

операций обогащения.

Введение

Обогащение полезных ископаемых - это комплекс технологических

мероприятий, направленных на повышение концентрации полезных

компонентов в минералах, добытых из недр. Процесс обогащения занимает

промежуточное положение между добычей и последующей переработкой

полезных компонентов. Он обусловлен технологией дальнейшей

переработки полезных ископаемых.

Необходимость обогащения, как правило, связана с малым

содержанием ценного компонента в добытой руде. Например, содержание

молибдена в руде составляет 0.06 % , в то время как для металлургического

передела содержание молибдена должно быть не менее 45%. При малой

концентрации полезного компонента в процессе металлургического передела

происходит потеря металла, кроме того, требуется огромное количество

теплоносителей. Таким образом, обогащение - операция, вызванная

технологией и экономикой процессов переработки.

Виды полезных ископаемых

Все полезные ископаемые, которые подвергаются обогащению, можно

разделить на следующие типы:

1. Металлические - содержащие медь, свинец, цинк, молибден и т.

д.;

2. Неметаллические - доломит, сера, фосфорит, калийные соли и

т.д.;

1. Углеродсодержащие - графит, каменный уголь, антрацит.

Типы обогатительных фабрик

В зависимости от обогащаемого сырья обогатительные фабрики

классифицируются на следующие типы:

 Фабрики, обогащающие руды черных и цветных металлов – ГОКи,

ЦГОКи, ГМК;

 Фабрики, обогащающие угли, антрациты - ГОФ, ЦОФ;

 Фабрики при коксохимических заводах – ОФ.

Исходный материал

Продукты обогащения

В результате обогащения получают следующие продукты:

 Концентрат – продукт, содержащий максимальное количество

полезного компонента;

 Промежуточный продукт (промпродукт) – занимающий

промежуточное положение по качеству между концентратом и

отходами;

 Отходы - продукт, содержащий минимальное количество полезного

компонента.

Технологические показатели процессов обогащения

Различают 2 группы показателей:

1. Характеризующие количество обогащаемого материала;

2. Характеризующие качество обогащаемого материала и продуктов

обогащения.

К количественным показателям относятся нагрузка и выход.

Нагрузка (Q, т/ч) - это выраженное в тоннах в час количество

материала, поступающего в операцию.

Выход (, %) - это выраженное в процентах к исходному материалу

количество продукта.

 = Q

прод

 100/Q

исх

, %

Качество продуктов обогащения оценивается следующими

показателями.

Для углей - это:

Зольность (А

, %), характеризует количество негорючего остатка

после сжигания единицы массы продукта.

Влажность (W

,%), характеризует содержание влаги в единице массы

продукта.

Содержание серы - сернистость (S

,%), характеризует содержание

серы в углях или продуктах обогащения.

Содержание летучих веществ (V

,%) - характеризует содержание

углеводородов в угле.

Для коксующихся углей характерны следующие качественные

показатели:

исх

= 25 - 40 %…..исходный уголь;

к-т

= 4 – 8 %…….концентрат;

пп

= 35 – 45 %….промпродукт;

отх

= 75 – 85 %….отходы.

Для руд используются следующие показатели:

 Содержание металла в исходной руде…. , %;

Исходный материал

 Содержание металла в концентрате …… , %;

 Содержание металла в отходах …………., %;

Эффективность процесса оценивается показателем, который

называется извлечение (, %).  = /, %

Виды операций обогащения

Процесс обогащения включает следующие операции:

1. Подготовительные. К ним относятся: дробление, измельчение,

грохочение. Предназначены для подготовки материала к

обогащению.

2. Основные. К ним относятся: гравитационные процессы,

флотационные процессы, магнитное обогащение, электрическое

обогащение, специальные методы обогащения. Предназначены для

непосредственного разделения минерала на полезные компоненты и

отходы.

3. Заключительные. К ним относятся: обезвоживание, классификация

на товарные сорта. Предназначены для доведения продуктов

обогащения до нормативных показателей.

Последовательность операций обогащения называется

технологической схемой.

На рисунке 1.1 представлен процесс обогащения в виде блок- схемы.

Рисунок 1.1 – Блок - схема процесса обогащения

Обогащение

Основные

операции

Заключительные

операции

Дробление.

Измельчение.

Грохочение.

Гравитационные

процессы.

Флотационные

процессы.

Магнитное

обогащение.

Электрическое

обогащение.

Спецметоды

обогащения.

Обезвоживание.

Классификация

на товарные

сорта.

Подготовительны

е операции

Исходный материал

Свойства минералов и методы обогащения

В основу процесса обогащения положены различия минералов в

определённых свойствах. Чем контрастнее эти различия, тем выше

эффективность разделения минералов. К свойствам минералов, положенным

в основу разделения, относятся:

 Плотность;

 Смачиваемость водой;

 Магнитная восприимчивость;

 Электропроводность;

 Группа свойств, положенных в основу специальных методов

обогащения.

Плотность положена в основу гравитационных процессов, к которым

относится: обогащение в тяжёлых средах, отсадка, обогащение на

концентрационных столах, обогащение на шлюзах, в винтовых сепараторах,

тяжелосредных гидроциклонах.

Различие в смачиваемости положено в основу процесса флотации.

Различие в магнитных свойствах положено в основу магнитного

обогащения.

Различие в электрических свойствах положено в основу

электросепарации.

Различие в цвете, блеске, твёрдости, коэффициенте трения,

радиоактивном излучении и т. д. положено в основу специальных методов

обогащения.

Примеры основных операций обогащения

1. Гравитационное обогащение

Гравитационные методы обогащения основаны на различии в

плотности разделяемых компонентов. Один из методов - обогащение в

тяжёлых средах. Разделение происходит в жидкости, имеющей плотность

промежуточную относительно плотностей разделяемых минералов (рис.1.2).

Рисунок 1.2 – Разделение в тяжёлых средах

Частицы угля, имеющие плотность меньше плотности разделения, под

действием сил Архимеда поднимаются на поверхность разделяющей среды.



у,



пор,



ср

- плотности угля, породы, среды



ср

=1500кг/

- уголь, 

= 1300 - 1500 кг/м

- порода, 

пор

= 1800 - 2500 кг/м



ср

= 1500 кг/м

Исходный материал

Частицы породы, имеющие плотность выше плотности разделяющей среды,

опускаются вниз. Таким образом, неупорядоченная смесь угля и породы

разделяется на два продукта: концентрат и отходы.

2 Флотационное обогащение

Флотационные методы обогащения основаны на различии в

смачиваемости разделяемых компонентов. В этой связи все минералы

делятся на две группы: гидрофильные – смачиваемые водой; гидрофобные –

несмачиваемые водой.

Разделение происходит в водной среде, где кроме твёрдой фазы, т.е.

непосредственно обогащаемого материала, присутствует газообразная фаза -

пузырьки воздуха (рис.1.3).

Поднимаясь на поверхность флотационной камеры, пузырьки воздуха

сталкиваются с гидрофобными и гидрофильными частицами материала.

Гидрофобные частицы (зерна угля) прилипают к пузырькам воздуха и

выносятся на поверхность камеры. Гидрофильные частицы породы

смачиваются водой, не прилипают к пузырькам воздуха и остаются в объёме

камеры.

Таким образом, происходит разделение материала на два продукта

(уголь - порода) в результате различной смачиваемости частиц.

Рисунок 1.3 – Схема флотации

3 Магнитное обогащение

Магнитные методы обогащения основаны на различии в магнитных

свойствах разделяемых компонентов. Процесс предназначен для

обогащения руд чёрных металлов (железных, марганцевых, хромовых).

Обогащение осуществляется в воздушной либо в жидкой среде (рис.1.4).

- пузырёк воздуха;

- частица угля;

- частица породы.

возду

концент

рат

Исх.

руда

магнит. фрак.

Вода

Немагнит. фрак.

22 4

1- ванна сепаратора;

2- барабан (нерж. сталь);

3- магнитная система

(неподвижная);

4- скребок (резина)

Рисунок 1.4 – Магнитный сепаратор

Исходный материал

Исходная руда с водой (пульпа) поступает в ванну сепаратора 1.

Магнитные частицы, попадая в зону действия поля магнитной системы,

притягиваются к барабану 2, выносятся им за область действия поля и

удаляются с поверхности барабана скребком 4. Немагнитная фракция

разгружается в нижней части ванны сепаратора.

4 Электросепарация

Процесс электросепарации полезных ископаемых основан на различии

в электропроводности разделяемых компонентов. На рисунке 1.5

приведена схема электростатического сепаратора.

Рисунок 1.5 – Схема электростатического сепаратора

Исходный материал крупностью 0 – 3 мм поступает на заряженный

осадительный электрод, выполненный в виде барабана из нержавеющей

стали. Проводники, соприкасаясь с барабаном, заряжаются одноимённым с

ним зарядом и отталкиваются от него. Непроводники дольше удерживаются

на барабане и имеют другую траекторию. В средней части сепаратора

разгружаются полупроводники. Таким образом, неупорядоченная смесь зёрен

+ 30

кВ

1 - бункер исходного материала;

2 - вибропитатель;

3 - осадительный электрод (барабан);

4 - щётка (резиновая);

5 - приёмники продуктов;

- концентрат (проводники - П);

промпродукт

(полупроводники -ПП);

- отходы (непроводники -НП);

ППНП

Исходный материал

с различной электропроводностью разделяется на три качественно разных

продукта: концентрат (проводники); промпродукт (полупроводники); отходы

(непроводники).

5 Обогащение по трению (специальные методы)

Этот метод основан на различии в коэффициентах трения

разделяемых минералов. Обогащение осуществляется на наклонной

поверхности (рис.1.6). Частицы, отличающиеся коэффициентом трения,

приобретают на наклонной плоскости различную скорость и, следовательно,

имеют различную траекторию движения. Таким образом, происходит их

разделение.

Рисунок 1.6 – Схема обогащения по трению (на наклонной плоскости)

Контрольные вопросы.

1. Объясните назначение процессов обогащения.

2.Назовите виды полезных ископаемых, которые необходимо

обогащать.

3.Перечислите продукты обогащения и ориентировочно укажите их

качество.

4. Назовите виды операций обогащения и их назначение.

5. Укажите свойства минералов, на различии в которых основано их

разделение.

Литература: 1-4.

Лекция № 2

Вопросы, выносимые на лекцию: Назначение подготовительных операций,

законы дробления, степень дробления, стадии дробления, способы

- асбест; f

= 0.8;

- змеевик; f

= 0.35;

f - коэффициент трения

Исх. материал

Исходный материал

дробления, дробилки щековые, конусные, валковые, молотковые ,схемы

дробления.

1 Подготовительные операции

Подготовительные операции предназначены для подготовки

материала по крупности перед обогащением. К ним относятся

следующие процессы:

1. Дробление; 2.Измельчение; 3.Грохочение.

1.1 Дробление

Операция предназначена для уменьшения материала по крупности.

Физическая сущность процесса состоит в преодолении внутренних сил

сцепления зёрен дробимого материала.

Энергия, затрачиваемая на дробление, во многом зависит от твёрдости

материала. В этой связи все минералы по твёрдости делятся на следующие

категории:

твёрдые; хрупкие; мягкие; вязкие

Законы дробления

Существует несколько гипотез, трактующих теоретические основы

процессов разрушения полезных ископаемых, предложенных различными

авторами.

Согласно закону Риттингера, работа, затраченная на дробление

минерала, пропорциональна вновь образованной поверхности зёрен.

= к



D

Нм

где к



- коэффициент пропорциональности; D – размер частицы, м.

Согласно закону Кика – Кирпичёва, работа, затраченная на

дробление минерала, пропорциональна объёму деформированного

материала.

к-к

= к



D

Нм

Согласно закону Бонда, работа, затраченная на дробление минерала,

пропорциональна среднему геометрическому из объёма и поверхности

разрушаемых зёрен.

= к



 D

 D

Нм

Исходный материал