Збагачення корисних копалин

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Збага́чення ко́ри́сних копа́лин — сукупність процесів первинної обробки мінеральної сировини, що мають на своїй меті відділення всіх цінних мінералів від порожньої породи, а також взаємне розділення цінних мінералів.

Загальна інформація[ред.ред. код]

При збагаченні можливе отримання як кінцевих товарних продуктів (вапняк, азбест, графіт та інш.), так і концентратів, придатних для подальшої хімічної або металургійної переробки. Збагачення — найважливіша проміжна ланка між видобутком корисних копалин і їх використанням. В основі теорії збагачення лежить аналіз властивостей мінералів і їх взаємодій у процесах розділення — мінералургія.

Збагачення дозволяє суттєво збільшити концентрацію цінних компонентів. Вміст важких кольорових металів міді, свинцю, цинку в рудах становить 0,3-2%, а в їх концентратах — 20-70%. Концентрація молібдену збільшується від 0,1-0,05% до 47-50%, вольфраму — від 0,1-0,2% до 45-65%, зольність вугілля знижується від 25-35% до 2-15%. В задачу збагачення входить також вилучення шкідливих домішок мінералів (арсен, сірка, кремній тощо). Вилучення цінних компонентів у концентрат у процесах збагачення становить від 60 до 95%.

Операції обробки, яким піддають на фабриці гірничу масу, підрозділяють на: основні (власне збагачувальні); підготовчі і допоміжні.

Всі існуючі методи збагачення засновані на розходженні у фізичних або фізико-хімічних властивостях окремих компонентів корисної копалини. Існує ґравітаційне, магнітне, електростатичне, флотаційне, бактеріальне та ін.

Технологічний ефект збагачення[ред.ред. код]

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 багатших 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.

Класифікація процесів збагачення[ред.ред. код]

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).

Підготовчі процеси[ред.ред. код]

Підготовчі процеси призначені для розкриття або відкриття зерен корисних компонентів (мінералів), що входять до складу корисної копалини, і поділу її на класи крупності, що задовольняють технологічні вимоги наступних процесів збагачення. До підготовчих відносять процеси дроблення, подрібнення, грохочення і класифікації.

Дроблення і подрібнення — технологічна операція та процес руйнування і зменшення розмірів грудок мінеральної сировини (корисної копалини) під дією зовнішніх механічних, теплових, електричних сил, направлених на подолання внутрішніх сил зчеплення, що зв'язують між собою частинки твердого тіла.

Дроблення і подрібнення за фізикою процесу не мають між собою принципових відмінностей. Умовно прийнято вважати, що при дробленні одержують продукти крупніші 5 мм, а при подрібненні — дрібніші 5 мм. Розмір максимальних зерен, до якого необхідно роздробити або подрібнити корисну копалину при її підготовці до збагачення, залежить від розміру включень основних компонентів, що входять до складу корисної копалини, і від технічних можливостей обладнання, на якому передбачена наступна переробка дробленого (подрібненого) продукту.

Розкриття зерен корисних компонентів — дроблення або (та) подрібнення зростків до повного вивільнення зерен корисного компонента та одержання механічної суміші зерен корисного компонента і пустої породи (міксту). Відкриття зерен корисних компонентів — дроблення або (та) подрібнення зростків до вивільнення частини поверхні корисного компонента, що забезпечує доступ до нього реагенту.

Грохочення і класифікація застосовуються з метою розділення корисної копалини на продукти різної крупності — класи крупності. Грохочення здійснюється розсіванням корисної копалини на решетах і ситах з каліброваними отворами на дрібний (підрешітний) продукт і крупний (надрешітний). Грохочення застосовується для розділення корисних копалин за крупністю на просівних (просіюючих) поверхнях, з розмірами отворів від часток міліметра до декількох сотень міліметрів.

Класифікація матеріалу за крупністю здійснюється у водному або повітряному середовищі і базується на використанні розбіжності у швидкостях осадження частинок різної крупності. Великі частинки осаджуються швидше і концентруються в нижній частині класифікатора, дрібні частинки осаджуються повільніше і виносяться з апарата водним або повітряним потоком. Одержувані при класифікації крупні продукти називаються пісками, а дрібні — зливом (при гідравлічній класифікації) або тонким продуктом (при пневмокласифікації). Класифікація застосовується для розділення дрібних і тонких продуктів по зерну розміром не більше 1 мм.

Основні (збагачувальні) процеси[ред.ред. код]

Основні (збагачувальні) процеси призначені для розділення вихідної мінеральної сировини з розкритими або відкритими зернами корисного компонента на відповідні продукти. У результаті основних процесів корисні компоненти виділяють у вигляді концентратів, а породні мінерали видаляють у вигляді відходів, які направляють у відвал. У процесах збагачення використовують відмінності мінералів корисного компонента і пустої породи у густині, магнітній сприйнятливості, змочуваності, електропровідності, крупності, формі зерен, хімічних властивостях і ін.

Відмінності в густині мінеральних зерен використовуються при збагаченні корисних копалин гравітаційним методом. Його широко застосовують при збагаченні вугілля, руд і нерудної сировини.

Магнітне збагачення корисних копалин ґрунтується на неоднаковому впливі магнітного поля на мінеральні частинки з різною магнітною сприйнятливістю і коерцитивною силою. Магнітним способом, використовуючи магнітні сепаратори, збагачують залізні, марганцеві, титанові, вольфра-мові та інші руди. Крім того, виділяють залізисті домішки із графітових, талькових і інших корисних копалин, застосовують для регенерації магнетитових суспензій.

Відмінності в змочуваності компонентів водою використовується при збагаченні корисних копалин флотаційним методом. Особливістю флотаційного методу є можливість штучного регулювання змочуваності і розділення дуже тонких мінеральних зерен. Завдяки цим особливостям флотаційний метод є одним з найбільш універсальних, він застосовується для збагачення різноманітних тонковкраплених корисних копалин.

Розходження в змочуваності компонентів використовується також в ряді спеціальних процесів збагачення гідрофобних корисних копалин — масляній аґломерації, масляній ґрануляції, полімерній (латексній) і масляній флокуляції тощо.

Корисні копалини, компоненти яких мають відмінності щодо електропровідності або мають здатність під дією тих чи інших факторів здобувати різні за величиною і знаком електричні заряди, можуть збагачуватися методом електричної сепарації. До таких корисних копалин належать апатитові, вольфрамові, олов'яні й інші руди.

Збагачення по крупності використовується в тих випадках, коли корисні компоненти представлені більш крупними або, навпаки, дрібнішими зернами в порівнянні з зернами порожньої породи. У розсипах корисні компоненти знаходяться у вигляді дрібних частинок, тому виділення крупних класів дозволяє позбутися значної частини породних домішок.

Розходження у формі зерен і коефіцієнті тертя дозволяє відокремити плоскі лускаті частинки слюди або волокнисті агрегати азбесту від частинок породи, що мають округлу форму. При русі по похилій площині плоскі і волокнисті частинки ковзають, а округлі зерна скочуються вниз. Коефіцієнт тертя кочення завжди менший від коефіцієнта тертя ковзання, тому плоскі і округлі частинки рухаються по похилій площині з різною швидкістю і за різними траєкторіями, що створює умови для їхнього розділення.

Розходження в оптичних властивостях компонентів використовуються при збагаченні корисних копалин методом фотометричної сепарації. Цим методом здійснюється механічна рудорозбірка зерен, що мають різний колір і блиск (наприклад, зерен алмазів від зерен порожньої породи). Відмінності в адґезійних і сорбційних властивостях мінералів корисної компоненти і пустої породи лежить в основі адґезійного і сорбційного збагачення золота та адґезійного збагачення алмазів (методи належать до спеціальних).

Різні властивості компонент корисної копалини взаємодіяти з хімічними реагентами, бактеріями та (або) їх метаболітами обумовлює принцип дії хімічного та бактеріального вилуговування ряду корисних копалин (золото, мідь, нікель тощо).

Різна розчинність мінералів лежить в основі сучасних комплексних (суміщених) процесів типу «видобування-збагачення» (свердловинне розчинення солей з подальшим випарюванням розчину).

Застосування того чи іншого методу збагачення залежить від мінерального складу корисних копалин, фізичних та хімічних властивостей компонентів, які розділяють.

Заключні операції[ред.ред. код]

Заключні операції в схемах переробки корисних копалин призначені, як правило, для зниження їхньої вологості до кондиційної, а також для регенерації оборотних вод збагачувальної фабрики. Основні процеси — згущення пульпи, зневоднення і сушка продуктів збагачення. Вибір методу зневоднення залежить від характеристики матеріалу, що зневоднюється (початкової вологості, ґранулометричного і мінералогічного складів) і вимог до кінцевої вологості. Часто необхідної кінцевої вологості важко досягти за одну стадію, тому на практиці для деяких продуктів збагачення використовують операції зневоднення різними методами в декілька стадій.

Для зневоднення продуктів збагачення використовують методи дренування (грохоти, елеватори), центрифугування (фільтруючі, відсаджувальні і комбіновані центрифуги), згущення (згущувачі, гідроциклони), фільтрування (вакуум-фільтри, фільтр-преси) і термічного сушіння.

Крім технологічних процесів, для нормального функціонування збагачувальної фабрики повинні бути передбачені процеси виробничого обслуговування: внутрішньоцеховий транспорт корисної копалини і продуктів її переробки, постачання фабрики водою, електроенергією, теплом, технологічний контроль якості сировини і продуктів переробки.

Основні методи збагачення корисних копалин[ред.ред. код]

За видом середовища, в якому здійснюють збагачення, розрізняють збагачення:

Гравітаційні методи збагачення ґрунтуються на розходженні в густині, крупності і швидкості прямування шматків породи у водяному або повітряному середовищі. При поділі у важких середовищах переважне значення має різниця в густині компонентів, що розділяються.

Для збагачення найдрібніших часток застосовують метод флотації, заснований на різниці в поверхневих властивостях компонентів що розділяється (виборчої змочуваності водою, прилипанні часток мінеральної сировини до бульбашок повітря).

До підготовчих операцій обробки відносять операції грохочення і подрібнення. Грохочення має на меті поділ матеріалу на різноманітні класи за крупністю шматків. Дроблення роблять із метою кращого підготування перед збагаченням, а також для одержання готової продукції заданого складу за крупністю.

До допоміжних операцій відносять знепилення, знешламлювання і зневоднення.

Продукти збагачення корисних копалин[ред.ред. код]

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 нижчим 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.

Одна з проблем при збагаченні корисних копалин — раціональне використання відходів, складування яких пов'язане зі значними матеріальними витратами. Відходи можуть бути використані у промисловості будівельних матеріалів і добрив, керамічній і скляній. Разом з цим вміст корисних компонентів у відходах повинен бути мінімально можливим, тому що втрати у відходах стають безповоротними після їх використання в інших галузях промисловості.

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.

Збагачення корисних копалин ідеальне[ред.ред. код]

Збагачення корисних копалин ідеальне (ідеальне розділення), (рос. обогащение полезных ископаемых идеальное (идеальное разделение), англ. ideal mineral processing (mineral preparation, beneficiation, cleaning, concentration, dressing, enrichment, preparation, separation, washing); нім. ideale Aufbereitung f der Bodenschätze pl) — процес розділення мінеральної суміші на компоненти, при якому повністю відсутнє засмічення кожного продукту сторонніми для нього частинками. Ефективність ідеального збагачення корисних копалин дорівнює 100% за будь-яким критерієм.

Збагачення корисних копалин часткове[ред.ред. код]

Збагачення корисних копалин часткове,(рос. обогащение полезных ископаемых частичное, англ. partial beneficiation, нім. Teilaufbereitung f) — збагачення окремого класу крупності к.к., або виділення найлегше відокремлюваної частини засмічуючих домішок з вихідного продукту з метою підвищення концентрації в ньому корисного компонента. Застосовується, наприклад, для зниження зольності некласифікованого енергетичного вугілля шляхом виділення і збагачення крупного класу з подальшим змішуванням одержаного концентрату та дрібного незбагаченого відсіву.

Втрати корисних копалин при збагаченні[ред.ред. код]

Кількість придатного для використання корисного компонента, що втрачається з відходами збагачення внаслідок недосконалості процесу або порушення технологічного режиму. Встановлені допустимі норми взаємозасмічення продуктів збагачення для різних технологічних процесів, зокрема, збагачення вугілля. Допустимий відсоток втрат к.к. скидається з балансу продуктів збагачення для покриття розбіжностей при врахуванні маси вологи, виносу корисних копалин з димовими газами сушарок, механічних втрат тощо.

Границя збагачення корисних копалин[ред.ред. код]

Границя збагачення корисних копалин — найменший та найбільший розміри частинок руди, вугілля тощо, ефективно збагачуваних у збагачувальній машині.

Глибина збагачення[ред.ред. код]

Глибина збагачення — нижня границя крупності матеріалу, який підлягає збагаченню. При збагаченні вугілля застосовуються технологічні схеми з Г.з. 13; 6; 1; 0,5 та 0 мм. Відповідно виділяється незбагачений відсів крупністю 0-13 чи 0-6 мм, або шлам крупністю 0-1 чи 0-0,5 мм. Г.з. 0 мм означає, що всі класи крупності підлягають збагаченню.

Див. також[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]