Размещено на http://www.allbest.ru/

Республика Узбекистан

Навоийский горно-металлургический комбинат

Навоийский государственный горный институт

Курс лекций по предмету

"Технология обогащения нерудных полезных ископаемых"

для магистров по специальности 5А 540205

"Обогащение полезных ископаемых"

Навои - 2008

Составители:

доц. Абдурахманов Э.А.

ст. преп. Донияров Н.А.

Курс лекций по предмету "Технология обогащения нерудных полезных ископаемых для магистров по специальности 5А 540205 "Обогащение полезных ископаемых" / Нав. гос. гор. инс.

Сост. доц. Абдурахманов Э., Донияров Н.А.

Данный курс содержит 30 лекций по технологии обогащения нерудных полезных ископаемых.

Даны технологические характеристики основных типов нерудных полезных ископаемых, и изложены теоретические основы обогащения этих руд, описаны технологические схемы, реагентные режимы и оборудования, применяемые при обогащении нерудных полезных ископаемых, для магистров горных и горно-металлургических ВУЗов обучающихся по специальности "Обогащение полезных ископаемых" и "Металлургия".

Печатается по решению научно-методического совета Навоийского государственного горного института ____________ протокол № _______

Рецензенты:

Макоенко Е.И. инженер ОМГТП НГМК

Холикулов Д.Б. к.т.н. зав. кафедры "Металлургия" НГГИ

Содержание

• Введение
• Лекция 1. Значение неметаллических руд в народном хозяйстве
• 1.1 Минеральное сырье, его применение и классификация
• 1.2 Технические требования к неметаллическому минеральному сырью
• 1.3 Сущность и цели обогащения неметаллических полезных ископаемых
• Лекция 2. Характеристика алмазов и методы извлечения алмазов
• 2.1 Общая характеристика алмазов
• 2.2 Характеристика руд и россыпей месторождений алмазов
• 2.3 Методы извлечения алмазов
• Лекция 3. Дезинтеграция песков алмазных руд коренных месторождений
• 3.1 Дезинтеграция песков алмазных руд
• 3.2 Гравитационные процессы
• Лекция 4. Основные процессы переработки алмазов
• 4.1 Жировые процессы обогащения
• 4.2 Электрическая сепарация алмазов
• 4.3 Фотометрическая и рентгенолюминесценционная сепарация алмазов (РЛС)
• 4.4 Флотация алмазов
• Лекция 5. Технологические схемы извлечения алмазов
• 5.1 Технологические схемы обогащения алмазсодержащих руд
• 5.2 Практика действующих обогатительных фабрик
• Лекция 6. Значение асбеста в народном хозяйстве
• 6.1 Свойства асбеста
• 6.2 Типы асбестовых руд
• 6.3 Применение асбеста и технические требования к нему
• Лекция 7. Руды хризотил асбеста и их характеристика
• 7.1 Методы обогащения асбеста
• 7.2 Схема обогащения руд хризотил-асбеста
• Лекция 8. Технология получения черновых асбестовых концентратов
• 8.1 Схемы и режимы обогащения асбестовых руд
• 8.2 Обогащение рядовых руд хризотил-асбеста
• Лекция 9. Графит, его свойства и классификация
• 9.1 Основные свойства графита
• 9.2 Классификация графитовых руд
• 9.3 Применение графита и технические требования к нему
• Лекция 10. Способы обогащения графитовых руд
• 10.1 Технологическая типизация графитовых руд
• 10.2 Основы обогащения графитовых руд
• Лекция 11. Технология получения крупночешуйчатого графита
• 11.1 Флотационное обогащение графитовых руд
• 11.2 Типичная схема флотации крупночешуйчатой графитовой руды
• Лекция 12. Обогащение тальковых руд
• 12.1 Свойства и применение талька
• 12.2 Первичная обработка богатых талькитов и обогащение
• 12.3 Обогащение талько-магнезитовой породы
• Лекция 13. Характеристика каолино содержащих руд
• 13.1 Свойства и применение каолина
• 13.2 Типы каолинового сырья
• 13.3 Основы обогащения каолина
• Лекция 14. Сухие и мокрые способы обогащения каолиносодержащих руд
• 14.1 Мокро-гравитационное обогащение каолина
• 14.2 Сухое обогащение каолина
• Лекция 15. Основные свойства полевых шпатов и кварца, их использование
• 15.1 Производство стекла
• 15.2 Кварцевые породы и пески
• Лекция 16. Комбинированные схемы обогащения кварца и полевых шпатов
• 16.1 Полевошпатовое сырье, технологическая схема обогащения
• Лекция 17. Характеристика промышленных типов фосфоритов
• 17.1 Характеристика фосфатов
• 17.2 Ресурсы фосфоритов
• 17.3 Характеристика основных месторождений фосфоритовых руд (в том числе фосфоритов Центральных Кызылкумов)
• Лекция 18. Химический и минеральный состав фосфоритов
• 18.1 Характеристика фосфатных минералов
• 18.2 Химический и минеральные состав фосфоритов (в том числе фосфоритов Центральных Кызылкумов)
• Лекция 19. Область использования фосфорсодержащих руд
• 19.1 Использование фосфора в народном хозяйстве
• 19.2 Общие требования к фосфатному сырью для химической переработки
• Лекция 20. Методы обогащения фосфатов
• 20.1 Обогащение апатитовых руд
• 20.2 Обогащение фосфоритовых руд
• 20.3 Характеристика термического и химического метода обогащения
• Лекция 21. Минерально-технические особенности обогащения фосфоритов Центральных Кызылкумов
• 21.1 Химико-минералогический состав фосфоритов Центральных Кызылкумов
• 21.2 Обогащение фосфоритовых руд
• 21.3 Технологические процессы обогащение фосфоритовых руд
• Лекция 22. Исследование по выщелачиванию фосфатного сырья
• 22.1 Минералогическая характеристика фосфоритовых руд Центральных Кызылкумов
• 22.2 Термодинамика выщелачивания
• Лекция 23. Комплексное использование фосфатного сырья
• 23.1 Химическое обогащение фосфоритовых руд с применением слабых растворами азотной кислоты
• 23.2 Применение продуктов обогащения для народного хозяйства
• Лекция 24. Гидравлические цементы и их свойства
• 24.1 Разновидности цемента
• 24.2 Цементное сырье и технические требования к нему
• Лекция 25. Дробление, измельчение и дезинтеграция цементного сырья
• 25.1 Дробление, измельчение цементного сырья
• 25.2 Химический и минералогический состав клинкера
• Лекция 26. Обогащение цементного сырья
• 26.1 Подготовка цементного сырья
• 26.2 Обогащение цементного сырья
• Лекция 27. Технологии обогащения баритовых руд
• 27.1 Свойства и применение барита
• 27.2 Характеристика месторождений и типов, баритовых руд
• 27.3 Методы обогащения баритовых руд
• 27.4 Технология обогащения баритовых руд
• Лекция 28. Технология обогащения флюоритовых руд
• 28.1 Характеристика флюорита и его месторождений
• 28.2 Методы обогащения флюоритовых руд
• 28.3 Технология обогащения флюоритовых руд
• Лекция 29. Технология обогащения горючих сланцев
• 29.1 Общие сведения о горючих сланцах в СНГ и методы их переработки
• 29.2 Некоторые физико-химические свойства горючих сланцев Кызылкумов
• 29.3 Комплексность использования горючих сланцев
• Лекция 30. Комплексная переработка нерудных полезных ископаемых
• 30.1 Комплексность использования сырья в процессах его добычи и обогащения
• 30.2 Усовершенствование технологические схемы с целью комплексной переработки сырья
• Литература

Введение

Современная технология переработки, обогащения и комплексного использования минерального сырья вплоть до безотходной технологии в горно-обогатительном производстве основана на применении методом обогащения полезных ископаемых, использующих различия в физических, магнитных, электрических, физико-химических и других свойствах разделяемых минералов. Эти методы позволяют также при грамотном их применение эффективно решать экологические проблемы горного производства: переработки и использования вскрышных пород, накопившихся отходов, вторичного сырья, кондиционирования оборотных, очистки сточных вод и т.д.

К настоящему времени сформированы новые представления в области теории и технологии обогащения полезных ископаемых, созданы более совершенные техника и технология, новые методы комплексной их переработки с учетом охраны окружающей среды.

Назначение курса лекций - дать студентам горных специальностей необходимые знания о технологических свойствах полезных ископаемых, основ теории обогатительных процессов и конструкций, наиболее распространенного оборудования для их осуществления. Ознакомить с современной технологией комплексной переработки и обогащения основных типов полезных ископаемых, технико-экономическими показателями, переработки и обогащения различных типов минерального сырья, создать необходимую основу для творческого решения, будущими горными специалистами вопросов оптимального совмещения технологических процессов добычи и обогащения, повышения комплексности использования сырья, технологических, экономических и экологических показателей переработки и обогащения полезных ископаемых.

Лекция 1. Значение неметаллических руд в народном хозяйстве

Цель занятий: Дать общие понятия магистрам о не металлических рудах и их значениях в народном хозяйстве.

1.1 Минеральное сырье, его применение и классификация

Среди различных видов сырья, используемого народным хозяйством, большую роль играют полезные ископаемые.

Ископаемое топливо представляет собой один из основных источников получения энергии. Разнообразные руды дают народному хозяйству металлы для производства машин и других изделий. Химическая промышленность выпускает различные химические продукты на основе переработки, преимущественно, неметаллического минерального сырья. Строительное дело основано на использовании большого количества нерудных ископаемых - известняка, песчаника, гранита, глины, песка и разнообразных материалов, изготовляемых из них. Сельское хозяйство немыслимо без минеральных удобрений, восполняющих уносимые из почвы соли калия, фосфора, азота и др.

Многочисленные руды и породы, используемые в народном хозяйстве, можно классифицировать по разным признакам.

Наиболее приемлемой основой для технологической классификации полезных ископаемых является не их химический состав, а способ применения, определяемый совокупностью химических, физических и механических свойств полезного ископаемого, а также экономическими соображениями. нерудный ископаемое обогащение реагентный

На этой основе ниже дается технологическая классификация полезных ископаемых, представляющая собой несколько видоизмененную классификацию, предложенную акад. А.Е. Ферсманом.

Ископаемые источники энергии

1) Угли (каменный, бурые, антрацит)

2) Нефть

3) Горючие газы

4) Горючие сланцы

5) Радиоактивные элементы

Руды металлов и металлы, встречающиеся в естественном состоянии

7) Железные руды.

8) Руды легирующих металлов - марганца, хрома, ванадия, никеля, вольфрама, молибдена, кобальта и др.

9) Руды тяжелых цветных металлов - меди, свинца, цинка, олова.

10) Руды легких металлов - алюминия, магния, бериллия.

11) Руды редких элементов-тантала, ниобия, церия, селена, теллура, таллия, германия, лития, и т. д.

12) Руды благородных металлов - золота, платины, серебра

Неметаллические полезные ископаемые

13) Естественные строительные материалы и сырье, для искусственных строительных материалов (нерудные ископаемые) - гранит, сиенит, порфир, базальт, кровельный сланец, песчаник, известняк, кварцевый песок, глина, асбест.

14) Сырье для вяжущих строительных материалов - мергель, известняк, глина, магнезит, гипс, битумы.

15) Химическое сырье для удобрений- апатит, фосфориты, сильвинит, карналлит, сера, серный колчедан, поваренная соль, бокситы, борные руды, барит, плавиковый шпат, известняк, уголь, нефть, негорючие газы.

16) Флюсовое сырье - известняк, плавиковой шпат.

17) Керамическое, огнеупорное, кислотоупорное, стекольное сырье-глина, каолин, полевой шпат, пегматит, андалузит, диаспор, кварц, кварцит, магнезит, доломит, тальково-магнезитовый камень, графит, андезит др.

18) Техническое минеральное сырье: природные абразивные (шлифовальные) материалы - алмаз, корунд, наждак, гранат, кварцевый песок, трепел; тепло-и электроизоляционные материалы - асбест, слюда, диатомит, мрамор и т. д; электротехнические материалы- графит, технические камни агат, литографический камень и т.д.

19) Наполнители, минеральные пигменты и адсорбенты - мел, барит, тальк, каолин, графит, железненные глины, глауконит, бентонит, флоридин, диатомит, и т.д.

19 Руды драгоценных камней - алмаза, изумруда и т.д.

Для обозначения неметаллических полезных ископаемых еще в недавнее время пользовались термином "нерудные ископаемые". На самом деле нерудным ископаемыми называются только те из неметаллических полезных ископаемых, которые представляют собою породы и используются непосредственно без выделения из них полезных минералов. Примером нерудных ископаемых могут служить естественные строительные материалы, а также сырье для них и вяжущих материалов.

1.2 Технические требования к неметаллическому минеральному сырью

Благодаря многообразию применения отдельных видов неметаллического минерального сырья, при использовании их для различных целей к ним предъявляются соответственно различные технические требования, зависящие от характера потребления.

Первое и основное требование состоит в том, чтобы содержание полезного компонента в сырье было достаточным. Нормы содержания полезного компонента в неметаллическом сырье по большой части очень высоки. Техническими требованиями к обогащаемым флюориту, апатиту, графиту, сере, андалузиту и т.д. предусматривается содержание полезных минералов в товарном сырьё 90 - 95% и более.

Согласно другим техническим требованиям ограничивается содержание вредных примесей. Ничтожные количества последних, составляющие иногда десятые доли процента делают сырьё, приемлемое по содержанию полезного компонента, непригодным для производства ответственных изделий. Так, содержание окислов железа в эмалевом сорте плавикового шпата или в стекольном песке не должно превышать 0,1 - 0,2%; содержание металлического железа в графите ограничивается сотыми долями процента.

1.3 Сущность и цели обогащения неметаллических полезных ископаемых

При использовании полезных ископаемых в народном хозяйстве их приходится в большинстве случаев подвергать предварительной обработке. Последняя имеет цель увеличить содержание полезных компонентов в сырье и изменить его физические свойства для того, чтобы иметь возможность более выгодно использовать это сырьё.

Так, например, из руды чешуйчатого графита, содержащей подчас всего 5 - 6% графита, не могут, быт изготовлены плавильные тигли. Если содержание графита не увеличить до 86 - 90 %. Каолин нельзя применять в качестве наполнителя при производстве бумаги, если предварительно не снизить содержание в нем кварцевых частиц до 0,5 - 1,5 %. В каолине-сырце оно составляет десятки процентов. Тальк-магнезитовый камень или медно-цинковая руда могут быть гораздо выгоднее использованы, если их предварительно разделить на отдельные компоненты.

Чистый мел, тальк или фосфорит нельзя использовать без предварительного измельчения, кварцевый песок с большим содержанием пылевидных частиц не годится для производства доброкачественного бетона.

Для повышения качества полезного ископаемого его подвергают обогащению. Обогащением называется совокупность операций механической обработки твердого полезного ископаемого, имеющих целью получить из него один или несколько продуктов с увеличенным содержанием полезных компонентов или уменьшенным содержанием вредных примесей. С помощью такой обработки состав полезного ископаемого изменяется за счет удаления ненужных или вредных примесей. При этом состав самых полезных минералов, входящих в ископаемое, не подвергается изменениям. Этим обогащение отличается от химической и металлургической обработки полезных ископаемых, когда состав полезного минерала претерпевает изменение. Иногда при обработке полезного ископаемого изменяют только его физические свойства - зернистость, влажность и т.д. Обработку без изменения состава ископаемого следует называть механической обработкой полезного ископаемого.

Иногда термин "Обогащение" понимается более широко и применяется для обозначения всех процессов, в которых происходит разделение руды по минеральному составу или изменения его физических свойств. Однако более точно следует называть такую обработку первичной обработкой полезных ископаемых. Обогащение, является частью совокупности процессов, в результате которых из полезных ископаемых получают продукты, годные для использования в народном хозяйстве.

Вопросы для повторения:

1) Какая разница между металлическими и неметаллическими рудами?

2) Технологическая классификация полезных ископаемых.

3) Основные технические требования при применении сырья

4) Каково значение обогащения полезных ископаемых?

Лекция 2. Характеристика алмазов и методы извлечения алмазов

Цель занятий: Ознакомить магистров с основными характеристиками и методами извлечения алмазов

2.1 Общая характеристика алмазов

Алмаз представляет собой одну из кристаллографических модификаций чистого углерода. Бесцветные разновидности алмазов содержат очень мало примесей (0,001-0,06 %), в окрашенных и непрозрачных алмазах их содержание может достигать нескольких процентов. Кристаллы алмазов правильной формы встречаются сравнительно редко, основная масса их имеет искаженную форму. Несмотря на высокую твердость (10 по шкале Мооса), алмаз хрупок. Средняя плотность алмазов равна 3520 кг/м ³.

Аполярный характер углерода предопределяет пониженную смачиваемость алмаза водой, т. е. его гидрофобность. Алмазы из коренных месторождений обычно имеют чистую поверхность, обладающую значительной гидрофобностью, алмазы из россыпных месторождений чаще покрыты пленкой, которой и объясняется хорошая смачиваемость их водой.

Абсолютно прозрачные алмазы - голубовато-белые кристаллы, или алмазы "чистой воды" - довольно редки и очень дорого ценятся. В настоящее время алмазы можно окрашивать в голубой цвет искусственно - путем соответствующей бомбардировки электронами или гамма-лучами.

Под действием некоторых лучей алмазы излучают видимый свет - люминесцируют. В обогатительной практике применяют в основном рентгеновские лучи, которые обеспечивают высокую селективность и почти полное свечение в них кристаллов алмаза.

Алмаз не магнитен, но отдельные его разновидности обладают слабыми парамагнитными свойствами, близкими к свойствам кварца.

Обычные алмазы не электропроводны, но некоторые разновидности обладают пиро и пьезоэлектрическими свойствами. В результате облучения отдельных кристаллов алмаза ультрафиолетовыми лучами или другими лучами они приобретают свойство фотопроводимости - начинают заметно проводить электричество. При трении кристаллов о сукно они электризуются положительным зарядом.

Алмазы не растворяются в кислотах и царской водке даже при нагревании. В расплаве соды или калиевой селитры или при кипячении со смесью двухромового калия и серной кислоты поверхность алмаза окисляется. Алмаз хорошо проводит тепло. При нагревании без доступа воздуха до 2000-3000 °С алмаз переходит в графит.

Крупность алмазов измеряется в метрических каратах; один метрический карат равен 0,2 г. Кристаллы крупнее 1 карата встречаются редко.

По назначению алмазы разделяют на ювелирные и технические.

Ювелирные алмазы должны иметь совершенную форму, высокую прозрачность, красивую и равномерную окраску без трещин и включений. После огранки ювелирные алмазы называют бриллиантами.

К техническим относят алмазы, непригодные для ювелирных целей. Среди них различают несколько сортов: борт, карбонадо, баллас. В число технических алмазов включают также алмазы ювелирного размера, но не обладающие качествами, позволяющими использовать их как ювелирные.

К бортам относят недостаточно чистые камни или сростки кристаллов. Карбонадо - разновидность алмазов мелкокристаллической структуры и темной окраски: от черного до темно-серого. Балласы - это те же борты, но шарообразной формы.

Исключительные оптические свойства алмазов поставили их на первое место среди других драгоценных камней.

Алмазы нашли широкое применение в машиностроительной, авиационной, автомобильной, станкостроительной, электронной, электротехнической, горно-добывающей и других отраслях промышленности, где требуется большая скорость и точность обработки металлов и других материалов, а инструмент из самой твердой легированной стали оказывается недостаточно прочным.

В настоящее время осваивается производство искусственных алмазов высокой прочности для изготовления алмазных инструментов, пригодных для резки особо твердых материалов.

2.2 Характеристика руд и россыпей месторождений алмазов

Алмазы добывают из коренных и россыпных месторождений. Среди коренных месторождений различают два типа - кимберлитовый и перидотитовый. Все известные промышленные месторождения алмазов принадлежат к кимберлитовому типу. Кимберлиты залегают в месторождениях преимущественно в виде трубчатых тел, реже встречаются жилы и дайки. Диаметр трубок изменяется от 40 до 60 м.

Трубки заполнены ультраосновной глубинной плотной туфообразной породой - кимберлитом, главной составной частью которой является оливин. Помимо оливина, в состав кимберлита входят пироп (красно-фиолетовый гранат), хром-диопсид (моноклинный пироксен), шпинель, хромит, корунд, рутил, ильменит, кальцит, доломит, халцедон и другие изверженные, метаморфические и осадочные породы.

Содержание алмазов в отдельных частях трубок подвержено большим колебаниям. В наиболее богатых трубках оно достигает нескольких карат на 1 м³ породы. С глубиной содержание алмазов обычно уменьшается.

Среди алмазных россыпей выделяют: элювиальные, делювиальные, ложковые и морские россыпи. Современные россыпи состоят большей частью из рыхлых пород - гравия, песка и глины.

Основным источником добычи алмазов из россыпей являются аллювиальные россыпи. Длина их обычно не превышает нескольких километров при ширине 100-200 м. Мощность алмазоносного пласта небольшая: 0,2-0,8 м и редко более 1 м. Среднее содержание в разрабатываемых россыпях обычно не ниже 0,1 кар/м³.

Прибрежно-морские россыпи широко распространены вдоль атлантического побережья Африки. Содержание алмазов местами достигает 100-200 кар/м³. Обычно же в разрабатываемых россыпях оно находится в пределах 0,5 кар/м³

Алмазы из каждого месторождения отличаются типичной формой кристаллов. Типичны также цвета и оттенки камней.

Важной характеристикой является содержание спутников в алмазоносном материале месторождения. К спутникам относят минералы и породы плотностью более 2950 кг/м ³. Состав спутников влияет на выбор процессов и может влиять на степень концентрации при обогащении этими методами руд и россыпей.

2.3 Методы извлечения алмазов

Извлечение алмазов отличается от извлечения других полезных ископаемых некоторыми особенностями, обусловленными чрезвычайно низким содержанием ценного компонента, по сравнению с другими видами минерального сырья, и его свойствами. В рудах и россыпях одна часть алмазов приходится в среднем на 20 млн частей руды. В процессе обработки руды необходимо осторожно применять операции дробления и измельчения ввиду хрупкости алмазов и резкого снижения их ценности с уменьшением размеров кристаллов; алмазы нельзя нагревать в воздухе до высоких температур и, следовательно, для их извлечения не могут быть использованы процессы обжига, плавки, возгонки и др.

Большая стоимость алмазов требует применения таких процессов, которые обеспечили бы высокую степень извлечения. Иногда один только кристалл высокого качества, оставшийся в хвостах, представляет собой крупные потери.

Технология извлечения алмазов обычно включает процессы: дезинтеграции исходного сырья для освобождения алмазов от их связи с другими компонентами; получения первичных концентратов, в которых сконцентрированы алмазы; извлечения алмазов из первичных концентратов. При обогащении кимберлитов и песков россыпных месторождений применяют в основном одни и те же процессы.

Для получения грубых концентратов используют гравитационные процессы, основанные на несколько большей плотности алмаза, по сравнению с минералами пустой породы.

Обработка гравитационных концентратов для сокращения их объема и извлечения алмазов осуществляется различными методами. Для этой цели используют обогащение на липких поверхностях (жировой процесс), электрическую сепарацию, избирательное измельчение, рентгенолюминесцентную сепарацию, пленочную флотацию, разделение в тяжелых жидкостях, ручную сортировку и другие методы обогащения.

Жировой процесс основан на способности алмазов прилипать к мазям, которыми покрыта улавливающая поверхность. Этот процесс позволяет извлекать алмазы крупностью от 16 до 0,5 мм. Для кристаллов с загрязненной поверхностью эффективность процесса резко падает. Если в обогащаемом материале содержится много тяжелых минералов, степень концентрации значительно снижается.

Электрическая сепарация использует разницу в электропроводности алмазов, пустой породы и сопутствующих минералов. Она применяется для извлечения алмазов крупностью от 6 до 0,1 мм. Этот процесс не всегда дает достаточно высокую степень концентрации и не является окончательным. Кроме того, при содержании в концентрате алмазов с железненной поверхностью эффективность процесса снижается.

Избирательное измельчение основано на различном сопротивлении истиранию алмазов и сопутствующих минералов. Этот процесс широко используется при доводке первичных концентратов. Он не только позволяет достигнуть значительного сокращения объема концентратов, но и повышает эффективность последующих процессов в результате очистки поверхности алмазов.

Рентгенолюминесцентная сепарация - процесс, использующий способность алмазов избирательно светиться в рентгеновских лучах - эффективна при незначительном содержании люминесцирующих минералов пустой породы, а также при отсутствии в обогащаемом материале алмазов сорта карбонадо и слабосветящихся кристаллов. При обработке этим способом алмазов мельче 1 мм степень извлечения очень низкая, а производительность аппаратов мала.

Пенная и пленочная флотация, пенная сепарация применяются для извлечения алмазов мельче 0,5 мм. Пока они не получили широкого промышленного применения.

Разделение в тяжелых жидкостях имеет ограниченное применение, но перспективы его использования как в виде самостоятельного процесса, так и в комбинации с процессом обогащения в тяжелых суспензиях очень большие.

Ручная сортировка широко применяется для окончательного извлечения алмазов, радиометрическая сепарация - для выборки пустой породы и алмазов из исходной руды.

Ни один из указанных выше способов не является универсальным. Достаточно полное извлечение алмазов может быть достигнуто только в результате использования многих методов.

Вопросы для повторения:

1) Охарактеризуйте алмазы.

2) Применение алмазов.

3) Отличительная особенность извлечения алмазов.

4) На чем основано избирательное измельчение алмазов?

5) Перечислите способы обогащения алмазных руд.

Лекция 3. Дезинтеграция песков алмазных руд коренных месторождений

Цель занятий: Ознакомить магистров с процессами дезинтеграции песков алмазных руд коренных месторождений и гравитационными процессами переработки.

3.1 Дезинтеграция песков алмазных руд

В песках россыпных месторождений составляющие компоненты находятся в свободном состоянии. Поэтому при обработке ограничиваются обычно простыми способами дезинтеграции - в скрубберах, бутарах, реже в галечных мельницах.

Дезинтеграция песков совмещается с операцией классификации по крупности (перед обогащением их на отсадочных машинах, на жировых столах и др.) с одновременным выделением из обогащаемого материала непродуктивных (отвальных) классов - крупной гали и шламов. Для этой цели применяют вибрационные, барабанные и колосниковые грохоты. Дезинтеграция коренных пород более сложный процесс, так как кристаллы алмазов прочно связаны с пустой породой. Известны два способа дезинтеграции коренных пород: выветривание и механическое дробление. В зависимости от крепости пород продолжительность процесса выветривания колеблется в пределах от нескольких недель до полутора лет. Выветривание в целях дезинтеграции широко использовалось в практике обработки кимберлитовых руд Южной Африки, особенно для руд верхних горизонтов трубок. По истечении определенного времени руда разрушается и превращается в рыхлую смесь. Дезинтеграция коренных пород выветриванием гарантирует целостность алмазов и обеспечивает достаточно полное освобождение алмазов от связи с другими минералами. Метод выветривания является наиболее эффективным, но он малопроизводителен и на предприятиях большой мощности не применяется. Дробление связано с риском появления на алмазах трещин и их измельчения. Чтобы не повредить алмазы, не допускают большой степени дробления и она колеблется от 2 до 5. Необходимость полной сохранности кристаллов алмаза заставляет проводить дробление в несколько стадий с включением после каждой из них обогатительных операций, благодаря которым из дальнейшей обработки исключается часть материала. Как правило, дробление трехстадиальное. Для крупного и среднего дробления обычно используют конусные дробилки. Мелкое дробление осуществляют в конусных и валковых дробилках. При дроблении на валках степень дробления принимается минимальной - не более 1,5-2.

Кимберлитовая порода при дроблении раскалывается по плоскостям спайности отдельных компонентов, в результате чего алмазы легко выкрашиваются из нее. Но не всегда поверхность алмазов после дробления оказывается чистой. Измельчение в барабанных мельницах используют как для дезинтеграции исходной руды, так и для обработки концентратов. В обоих случаях режим измельчения должен обеспечивать сохранение целостности алмазов. Вследствие хрупкости алмазов обычное измельчение не применяют.

Алмаз, являясь наиболее твердым из всех минералов, хорошо сопротивляется истиранию, тогда как пустая порода и сопутствующие минералы представляют собой более мягкий материал, легко поддающийся истиранию. Эта разница в свойствах минералов используется для избирательного измельчения при истирающем режиме. Такой режим достигается при снижении числа оборотов мельницы до 30-50 % критического и измельчении в более плотной пульпе. В качестве измельчающих тел используют металлические шары небольших размеров, гальку и куски более твердых компонентов самой руды.

Применение избирательного измельчения исходного материала с последующей отмывкой образовавшихся шламов обеспечивает, помимо сохранения материала и очистки поверхности алмазов от пленок минеральных солей, дополнительное раскрытие мелких алмазов и более благоприятные условия для обогащения в тяжелых суспензиях.

Для избирательной дезинтеграции алмазосодержащих руд в России предложены: установка с применением в качестве измельчительных аппаратов последовательно установленных струйных мельниц с противоточным расположением инжекторов.

Разгрузочное устройство каждого предыдущего измельчителя встроено в качестве питающего устройства в по следующий измельчитель. Рабочие поверхности аппаратов, входящих в установку, футеруют эластичным мате риалом - резиной или пластмассой; центробежная мельница. Мельница состоит из верти, калено, расположенного цилиндра со вставленным в него ротором, в ячейках которого установлены измельчающие тела в виде стальных роликов, осуществляющие разрушение породы под действием центробежных сил, развиваемых при вращении ротора. Рабочая поверхность цилиндра футеруется резиной.

3.2 Гравитационные процессы

Из гравитационных процессов для извлечения алмазов применяют отсадку и обогащение в тяжелых средах. Для извлечения мелких алмазов могли бы быть использованы винтовые сепараторы, вибрационные шлюзы и концентрационные столы. Однако для эффективного обогащения этими способами разница в плотности алмазов и пустой породы недостаточно велика.

Обогащаемый материал перед отсадкой подвергают классификации по узкой шкале. Коэффициент шкалы классификации обычно не превышает 2, что обусловлено очень малой разницей в плотности алмаза и минералов пустой породы.

При отсадке в концентрат выделяют все минералы плотностью более 3000 кг/м³.

Значительное влияние на показатели отсадки оказывает диаметр отверстий решет в камерах отсадочных машин; он должен быть лишь немного больше верхнего предела крупности обогащаемого материала. Так, для классов -16 + 8,-8 + 4,-4 + 2 и -2 + 0,5 мм диаметр отверстий решета должен быть соответственно 20, 10-12, 6-8 и 3-4 мм. С увеличением диаметра отверстий концентрат обычно получается более бедным.

В настоящее время на многих фабриках получил применение процесс обогащения в тяжелых суспензиях. Благодаря простоте, высокой эффективности и экономичности этот процесс во многих случаях вытеснил отсадку и концентрацию в чашах. При обогащении в тяжелых суспензиях обычно выделяют в тяжелую фракцию все минералы плотностью больше 3000 кг/м³.

Обычную сепарацию в статических условиях применяют до крупности 1,5-2 мм. Обогащение в тяжелых суспензиях более мелкого материала осуществляют в гидроциклонах. В качестве утяжелителя используют молотый или гранулированный ферросилиций плотностью 6700-7200 кг/м ³. Крупность измельчения ферросилиция для статических условий сепарации должна составлять примерно 80 % -80 мкм. Вязкость суспензии не должна превышать 20 мПа-с при сепарации в статических условиях и 30 мПа-с - в гидроциклоне. Добавка до 1 % бентонитовой глины к ферросилициевой суспензии повышает ее устойчивость в 3-4 раза без значительного увеличения вязкости.

Обогащение в тяжелых суспензиях может проводиться в сепараторах различной конструкции, из которых наибольшее распространение получили конусные и барабанные. Выход тяжелой фракции обычно колеблется от долей до нескольких процентов от питания. При обогащении мелкого материала (меньше 1,5-2 мм) в гидроциклонах для получения плотности разделения, равной 3200 кг/м ³, достаточна плотность суспензии в пределах 2150-2200 кг/м ³. Гидроциклоны успешно применяют также для обогащения песков, добытых со дна моря. В отличие от других аппаратов на процесс в гидроциклонах не влияют движение и качка судна, так как центробежные силы, действующие в гидроциклонах, значительно превосходят силы тяжести.

Процесс обогащения в тяжелых суспензиях вследствие малого удельного расхода воды имеет преимущество при добыче алмазов из руд и россыпей в районах, где трудно обеспечить обогатительные фабрики водой.

Вопросы для повторения:

1) Что такое дезинтеграция пород и их методы осуществления?

2) Какие свойства алмазных минералов дают возможность избирательного измельчения руд?

3) Какие гравитационные процессы применяются при извлечении алмазов?

4) В чем преимущество обогащения в тяжелых суспензиях алмазов?

Лекция 4. Основные процессы переработки алмазов

Цель занятий: Ознакомить магистров с основными процессами переработки алмазов.

4.1 Жировые процессы обогащения

При поступлении пульпы, содержащей алмазы, на жировую поверхность частицы гидрофильных минералов (кварца, кальцита и др.) не прилипают к ней и сносятся потоком воды, тогда как гидрофобные алмазы при контакте с жировой поверхностью прочно прилипают и удерживаются на ней.

Для увеличения гидрофобности алмазов рекомендуется применение реагентов-собирателей гетерополярного и аполярного типов.

Алмазы, которые называют упорными, встречаются главным образом в аллювиальных месторождениях. Они не прилипают к жиру потому, что их поверхность покрыта тонкой пленкой гидрофильного оксида железа, гидратов оксида кальция и силикатных соединений. Удаление таких соединений с поверхности алмазов (растворением, оттиркой и др.) или обработка реагентами повышает их извлечение. Наиболее подходящим реагентом для этой цели является талловое масло. Например, наиболее доступным реагентом для условий Южной Африки оказалась китовая ворвань с содержанием от 40 до 80 % свободной жирной кислоты.

Материал из питателя двигается перпендикулярно направлению движения ленты. Алмазы прилипают к жиру и выносятся лентой к скребку, а хвосты смываются водой и удаляются в отвал.

Непрерывный съем алмазов и восстановление слоя жира выполняют скребком, под которым установлен металлический ящик со вставленной в него съемной сеткой. Срезаемый тонкий слой жира с алмазами подается в приемник, под которым установлена электрическая грелка для растапливания снятого с ленты жира. Освободившиеся от жира алмазы и частицы сопутствующих минералов остаются в сетке, которую по мере накопления в ней минерала заменяют другой.

4.2 Электрическая сепарация алмазов

Электрическую сепарацию применяют для извлечения алмазов из грубых концентратов, полученных гравитационными процессами или на липких поверхностях. Она основана на использовании небольшой разницы в электропроводности алмазов и сопутствующих минералов. Алмаз обладает плохой проводимостью, тогда как большинство минералов породы являются сравнительно хорошими проводниками.

Для обогащения алмазов получила распространение преимущественно сепарация в поле коронного разряда на барабанных сепараторах, работающих при напряжении 20-25 кВ. В связи с тем, что при однократном прохождении частиц полного разделения не происходит, в процессе сепарации получаются промежуточные продукты, которые необходимо перечищать. Поэтому в одних случаях пользуются двух-, трех- или многоступенчатыми сепараторами, а в других - материал пропускают многократно через одноступенчатый сепаратор.

Для повышения эффективности процесса перед электросепарацией используют: регулирование влажности материала. Оптимальная влажность, при которой различие в электропроводности разделяемых минералов достигает максимальных значений, имеет довольно узкие пределы.

Температура подогрева зависит от свойств обогащаемого материала; обработки материала перед электросепарации различными реагентами. Так, при обработке концентрата отсадки россыпного месторождения "Бакванга" (Конго, Киншас) крупностью 6,68-2,84 мм лучшее разделение алмазов и пустой породы достигается при использовании растворов, содержащих 0,5 % NaCl; предварительную обработку материала в мельнице, работающей на истирающем режиме, улучшающем процесс электросепарации.

4.3 Фотометрическая и рентгенолюминесценционная сепарация алмазов (РЛС)

При фотометрической сепарации используется высокая отражательная и рассеивающая способность алмазов, резко отличающая их от сопутствующих минералов. При сепарации на алмазсодержащий материал направляется пучок света, или луч лазера, который, отражаясь, попадает на фотоэлемент, представляющий собой часть электрической цепи. В цепи возбуждается ток и срабатывает автоматическое устройство, позволяющее отделить алмазы с некоторым количеством зерен пустой породы от материала, не содержащего алмазы.

Фотометрический метод сепарации может быть использован как самостоятельный процесс извлечения в тех случаях, когда содержание темных алмазов невелико.

Цвет и интенсивность рентгенолюминесценции у различных алмазов разные. Цвет изменяется от голубого и желтого до розового. С увеличением размера кристаллов алмаза интенсивность свечения повышается, но встречаются алмазы, не подчиняющиеся этой закономерности. Черные, непрозрачные алмазы (баллас, карбонадо), состоящие из мелких, беспорядочно ориентированных кристаллов, не люминесцируют.

Наряду с алмазами люминесцируют и некоторые сопутствующие минералы (циркон, шеелит, разновидности кальцита и др.). В случае большого количества других люминесцирующих минералов этот метод извлечения алмазов становится непригодным.

4.4 Флотация алмазов

Для извлечения мелких алмазов в настоящее время начинают применять флотацию: пенную сепарацию и обычную пенную флотацию. Процесс флотации основан на том, что чистые алмазы гидрофобны и при размере до 1,65 мм хорошо флотируются. Иногда для повышения активности алмазов и депрессии минералов пустой породы используют хлористый натрий и жидкое стекло.

В Республике Гане в промышленном масштабе применяется процесс пленочной флотации алмазов крупностью до 1 мм.

Вопросы для повторения:

1) Изложите сущность жирового процесса при обогащении алмазных руд?

2) На чем основана электрическая сепарация при извлечении алмазов?

3) На чем основана фотометрическая сепарация алмазов?

4) На чем основан процесс флотации алмазов?

Лекция 5. Технологические схемы извлечения алмазов

Цель занятий: Ознакомить магистров с технологическими схемами извлечения алмазов.

5.1 Технологические схемы обогащения алмазсодержащих руд

Технологические схемы обогащения алмазсодержащих руд и песков включают четыре этапа. Дезинтеграцию или дробление и измельчение исходного

сырья, первичное обогащение с целью получения грубого концентрата с максимальным извлечением в него всех ценных компонентов, доводку первичных грубых концентратов и получение природных кристаллов алмаза очистку и классификацию кристаллов алмаза по крупности, цвету и т.д.

Различия в схемах извлечения алмазов из песков россыпных месторождений и кимберлитов имеются главным образом в начальных стадиях процесса: при обогащении песков для раскрытия минералов применяют дезинтеграцию и промывку, а при обработке плотных кимберлитов - дробление и измельчение. Для песков россыпных месторождений, в которых алмазы находятся в свободном состоянии, первичное обогащение может быть достигнуто за счет удаления в отвал значительной части материала в виде крупной гальки и тонких шламов с помощью простейшего метода грохочения.

Для кимберлитов же требуются более сложные процессы. Пески с небольшим содержанием глины направляют непосредственно на грохочение. Глинистые пески подвергают промывке, при которой происходит отделение песчано-галечного материала от глины и одновременно выделяется крупная галька. Верхний предел крупности при переработке песков россыпных месторождений определяется необходимостью свободного прохождения через сито самых крупных алмазов. Максимальная крупность обогащаемых песков обычно не превышает 25 мм. Нижний предел крупности обусловлен экономическими факторами. Для извлечения мелких алмазов необходима сложная схема с использованием специальных процессов и дополнительной аппаратуры. Большинство зарубежных фабрик обычно ограничиваются минимальным размером извлекаемых алмазов в 1 мм, однако на некоторых предприятиях этот размер меньше, например на руднике "Премьер" он составляет 0,59 карата.

Продуктивный класс поступает на дальнейшее обогащение, непродуктивные классы - крупную гальку и шламы - направляют в отвал.

В схемах переработки кимберлитов, в отличие от песков россыпных месторождений, раскрытие достигается дроблением и измельчением или самоизмельчением в несколько стадий обычно с небольшими степенями измельчения.

Комбинация методов обогащения и их последовательность в технологической схеме зависят от характера перерабатываемого алмазсодержащего сырья.

Для получения высоких степеней обогащения, достигающих 20 000 000 и более при условии сохранения целостности кристаллов алмаза, его осуществляют стадиально. В каждой стадии материал, содержащий алмазы, отделяется от пустой породы, которая удаляется в отвал, а обогащенная фракция поступает на следующую стадию обработки.

По сравнению с отсадкой и обогащением на винтовых сепараторах, жировой процесс обеспечивает исключительно высокую степень обогащения. Так, на фабрике рудника "Ягерс-фонтейн" обогащение кимберлита по сравнительно простой схеме, включающей три стадии обогащения (концентрацию в чашах, жировой процесс и ручную сортировку для выборки алмазов) обеспечивало высокую степень обогащения - 60 000 000.

Перед обогащением на жировых столах в схемы включают операции классификации по крупности. Каждый класс обрабатывается отдельно. При извлечении упорных алмазов в схемах предусматривают операцию кондиционирования перед жировым процессом.

Включение в схему процесса обогащения в тяжелых суспензиях позволяет более выгодно с экономической точки зрения перерабатывать пески бедных по содержанию алмазов месторождений, эксплуатация которых до этого считалась нерентабельной, а использование для обогащения в тяжелых суспензиях гидроциклонов - дешево и эффективно извлекать мелкие алмазы. Комбинация процессов обогащения в тяжелых суспензиях и на усовершенствованных жировых столах позволяет, в свою очередь, снизить себестоимость переработки и обеспечить эффективный контроль процесса.

В зависимости от состава сырья процесс обогащения в тяжелых суспензиях может осуществляться в две стадии. Во второй стадии концентрат перечищают в сепараторах меньших размеров с применением суспензии большей плотности. При этом алмазы могут выделяться в тяжелую или легкую фракцию в зависимости от относительного содержания в первичном концентрате минералов плотностью больше или меньше 3,5 г/см³.

5.2 Практика действующих обогатительных фабрик

Конкурирующим процессом разделения в тяжелых суспензиях является радиометрическая (фотометрическая, рентгенолюминесцентная) сепарация. Она используется также в схемах доводки алмазсодержащих концентратов наряду с процессом обогащения на липких поверхностях и электрической сепарацией, применяемой для материала крупностью до 6 мм. Концентрат перед доводкой предварительно подвергают избирательному измельчению, промывке, сушке и обеспыливанию.

На рис. 5.1 приведена принципиальная схема доводки, включающая жировой процесс, электрическую сепарацию и ручную сортировку.

Схемы отделений промывки и отсадки (я), обогащения в тяжелых суспензиях (б) и доводки концентрата (в) на алмазоизвлекательной фабрике "Премьер" (ЮАР) приведены на рис. 5.2, а на обогатительных фабриках "Якуталмаза" - на рис. 5.3.

Рис. 5.1 Схема доводки концентрата с применением жирового процесса, электросепарации и ручной сортировки



Рис. 5.3. Принципиальная технологическая схема обогащения алмаз содержащего сырья на предприятиях "Якуталмаза"

Вопросы для повторения:

1) Этапы технологических схем извлечения алмазов?

2) Какие различия в схемах извлечения алмазов из песков рассыпных месторождений?

3) От чего зависит комбинация методов и их последовательность в технологической схеме обогащения алмазсодержащего сырья?

4) Опишите принципиальную технологическую схему обогащения алмаз содержащего сырья?

Лекция 6. Значение асбеста в народном хозяйстве

Цель занятий: Дать общие понятия о значении асбеста в народном хозяйстве

6.1 Свойства асбеста

Асбестом называется минералы волокнистой текстуры, относящиеся к группе серпентина (змеевик - Мg₆ (Si₄O₁₀₎ (OH)₈₎ или амфибола. Название "змеевик" дано по цвету, напоминающему цвету змеиной кожи) и амфибола (плотные или сланцеватые породы, состоящие в основном из роговой обманки и полевого шпата, в них могут присутствовать кварц, эпидот, гранат и др.минералы). Основное свойство, определяющее промышленную ценность этих минералов, - это их способность расщепляться на гибкие тончайшие и прочные волокна, которые можно прясть или использовать в специальных композициях в виде армирующего каркаса. Помимо этого, асбестовое волокно обладает низкой теплопроводностью, а также термической и химической стойкостью.

Добыча и обогащение асбеста представляют собой крупную, полностью механизированную отрасль горного дела.

Единственным представителем группы волокнистого серпентина является хризотил. Хризотил-асбест имеет наибольшее промышленное значение и на его долю приходится около 95% мировой добычи асбеста. Химический состав хризотил-асбест близок к H₄Mg₃Si₂O₉ (хризотил-асбест - Мg₆ (Si₄O₁₀₎ (OH)_8. В виде примесей в нем присутствует магнезит, хромит, магнетит и другие минералы. В переводе с греческого "хризотил" - золотое волокно, " асбесту-с" - не горючий. Хризотил-асбест обычно встречается в серпентинитах (змеевиках) в виде тонких поперечно волокнистых прожилков. Цвет светло-зеленый, иногда золотистый. Блеск шелковистый. Твердость 2-3. Плотность 2,2. Длина волокон от долей миллиметра до 10-16 см. Волокна мягкие, гибкие, в распущенном виде белого цвета). В виде примесей в нем присутствуют магнезит, хромит, магнетит и другие минералы.

Группа амфиболовых асбестов представлена антофиллитом, амозитом, крокидолитом и тремолитом. Наиболее ценные из них антофиллит-асбест и крокидолит-асбеста.

Недеформированное волокно асбеста отличается высокой прочностью на разрыв. Для хризотил-асбеста сопротивление разрыву равно 317 кг/мм ² (для стали оно равно 40-70 кг/мм ²), для крокидолит-асбеста оно составляет 330 кг/мм².

6.2 Типы асбестовых руд

Асбест обычно образует жилы во вмещающих породах. В зависимости от расположения волокна относительно, границ жил различают: поперечно-волокнистый асбест, волокна которого расположены поперек жилы под прямым углом к ее стенкам; продольно - волокнистый асбест с волокнами вдоль жилы; путано волокнистый асбест с беспорядочным распределением волокон.

Промышленное значение имеет только поперечно-волокнистый хризотил-асбест.

В результате горных работ на асбестообогатительную фабрику поступают следующие сорта руд, представленные в таблице 1.

В виду близости химического состава хризотил-асбеста и вмещающих пород химический анализ не может быть использован для определения содержания волокна в руде и товарной продукции. Для этой цели выделяют волокно и после некоторой чистки взвешивают его.

Таблица 6.1 Примерный сортамент руд хризотил-асбеста

Сорт руды	Получаемая продукция	Длина волокна, мм	Прочие условия
Рядовые руды
Необогащенная	Средние и низкие сорта полужесткой и мягкой текстуры	Должно быть волокно, остающееся на сите с отверстиями 4,8 мм	Влажность не более 6%
Просевная	Высшие сорта полужесткой текстуры	Остаток на сите с отверстиями 4,8 мм более 5%	Влажность не более 5%
Высокосортные руды
Отборная	Высшие сорта жесткой текстуры	Не меньше 4% волокна более 12,7%	Распущенного Волокна, не более 3%
Отбойная	Высшие и средние сорта жесткой текстуры	Не менее 10% волокна длиннее 4,8 мм

Так как для установления технической принадлежности и ценности асбестовой руды должна быть тщательно изучена, помимо прочности волокон и способности их расщепляться, так же длина асбестовых волокон, то последняя подвергается специальному определению.

Длину волокна кускового асбеста можно легко определить непосредственным измерением. Последние невозможно для асбеста расщепленного или распущенного и тем более определения длины волокна.

...