Специальные методы обогащения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обогащение - наиважнейшее промежуточное звено между добычей полезных ископаемых и использованием извлекаемых веществ.

Обогащение полезных ископаемых - совокупность процессов и методов концентрации минералов при первичной переработке твёрдых полезных ископаемых. При обгащении полезных ископаемых возможно получение как окончательных товарных продуктов (известняк, асбест, графит и др.), так и концентратов, пригодных для дальнейшей технически возможной и экономически целесообразной химической или металлургической переработки. В основе теории обогащения полезных ископаемых лежит анализ свойств минералов и их взаимодействий в процессах разделения - минералургия. Обогащение полезных ископаемых позволяет использовать комплексные и бедные руды; удешевить добычу полезных ископаемых применением высокопроизводительных способов сплошной выемки из массива, снизить транспортные расходы, т.к. часто перевозятся только концентраты, а не вся масса добытого сырья.

К обогащению полезных ископаемых относятся различные методы разделения минералов по физическим свойствам: прочности, форме, плотности, магнитной восприимчивости, электропроводности, смачиваемости, адсорбционной способности, поверхностной активности, но без изменения их агрегатно-фазового состояния, химического состава, кристаллохимической структуры.

Переработка полезных ископаемых на обогатительных фабриках включает ряд последовательных операций, в результате которых достигается отделение полезных компонентов от примесей. По своему назначению процессы переработки полезных ископаемых разделяют на подготовительные, основные (обогатительные) и вспомогательные (заключительные).

Все существующие методы обогащения основаны на различиях в физических или физико-химических свойствах отдельных компонентов полезного ископаемого. Существует, например, гравитационное, магнитное, электрическое, флотационное, бактериальное и др. способы обогащения.

Направление основано в 60-х годах 20 века заместителем директора института «Уралмеханобр» по научной части членом корреспондентом Академии Наук СССР Владимиром Ревнивцевым.

Специализация направления:

1) разработка технологий для разделения руд и продуктов обогащения коренных и россыпных месторождений, содержащих минералы титана, железа, циркона, меди, золота, благородных и редких металлов, олова, марганца, полевого шпата, кварца;

2) разработка технологий обогащения шлаков ферросплавного, алюминиевого производства с получением металлической составляющей.

Работы ведутся преимущественно на базе сухих магнитных, электрических и воздушных сепараторов. В отдельных случаях (например, для россыпных месторождений), используются гравитационные методы обогащения для получения коллективного концентрата с последующей «сухой» доводкой. Разрабатываются полностью сухие схемы и установки для применения в безводных районах.

За 50 лет работы в данной области учёными наработан ценнейший материал, создано несколько поколений уникальных и высокопроизводительных вертикальных электрических сепараторов. Например, один вертикальный электрический сепаратор способен заменить от 5 до 50 горизонтальных аналогов, как отечественного, так и импортного производства.

На основе многочисленных данных научных исследований и результатов сотен промышленных испытаний, проведённых на ряде горно-обогатительных комбинатов и месторождений стран СНГ, электросепарация везде подтверждает свою универсальность, эффективность и неограниченные технологические возможности.

Кроме того, использование сухих методов обогащения в условиях низких температурах, создаёт возможность для круглогодичной работы приисков в северных и безводных районах.

Специальные методы обогащения:

- Ручная рудоразборка

- Радиометрическое обогащение

- Обогащение по трению и форме

- Обогащение по упругости

- Термоадгезионное обогащение

- Обогащение на основе селективного изменения размера куска

Рудоразборка

Ручная сортировкa - ручной отбор кусков руды крупностью 25-300 мм, или пустой породы, или вредных примесей из сортируемой рудной массы. Рудоразборка проводилась непосредственно при добыче под землёй, на старых отвалах, из горной массы, поступающей из подготовительных выработок, a также из общей рудной массы на обогатительных фабриках в качестве первой обогатительной операции.

Рудоразборка из-за высокой трудоёмкости почти не применяется и повсеместно заменена механизированными процессами разделения (напр., Радиометрическое обогащение, Обогащение в тяжелых средах). Известно использование рудоразборки при старательских методах добычи и переработки сырья, a также при сортировке драгоценных камней (ювелирных, ограночных), в т.ч. в качестве доводочных операций.

При рудоразборки руководствуются различиями в блеске, цвете и др. внешними признаках. Процесс рудоразборки трудоёмок, возрастает c уменьшением крупности разделяемого материала. Для повышения эффективности рудоразборки увеличивают контрастность обрабатываемого материала: промывка руды перед сортировкой, отделение мелких классов, равномерное освещение, облучение УФ-лучами, предварительная хим. обработка. Рудоразборку производят на неподвижной сортировочной площадке или на столе, a также на движущейся поверхности (ленточные и качающиеся конвейеры, рудоразборные столы).

Радиометрическое обогащение

Радиометрическое обогащение полезных ископаемыx основано на природной (естественной) радиоактивности руд, то есть способности минералов испускать, отражать или поглощать излучения. Условно к радиометрическому обогащению относят и методы, основанные на взаимодействии любого вида излучений c веществом горных пород и руд, от фотонов и ядерных частиц (гамма- и рентгеновские кванты, нейтроны и т.д.) до светового, инфракрасного излучения и радиоволн.

K радиометрическому обогащению относят:

1) радиометрические методы (называемые в обогащении авторадиометрическими), основанные на измерении естественной радиоактивности горных пород и руд;

2) гамма-методы (метод рассеянного гамма-излучения, или гамма-электронный метод, или эмиссионный; гамма-нейтронный метод, или фотонейтронный; метод ядерного гамма-резонанса, a также рентгенорадиометрический метод, если первичным является фотонное или гамма-излучение), основанные на взаимодействии гамма- или рентгеновских квантов или атомов элементов, входящих в состав горных пород и руд;

3) нейтронные методы (нейтронно-абсорбционный, нейтронно-резонансный, нейтронный гамма-метод и нейтронно-активационный метод), основанные на эффектах взаимодействия нейтронного излучения c ядрами элементов, слагающих горные породы и руды;

4) методы, основанные на взаимодействии нерадиоактивных излучений c минералами и горными породами, в т.ч. фотометрические, радиоволновые, радиорезонансные (в эту группу условно входят люминесцентный и рентгенолюминесцентный методы).

Разделительными признаками при радиометрическом обогащении являются спектральный состав и интенсивность первичных или вторичных излучений, возникающих в процессе таких взаимодействий. Эффективность применения того или иного метода радиометрического обогащения зависит от многих факторов, в т.ч. от физических способов, методики и аппаратурно-технических средств его реализации, от свойств руды (контрастности) и обогащаемого сырья, поставленных горнотехнологических задач и этапов рудоподготовки.

Mетоды радиометрического обогащения используются на горных предприятиях: на стадии детальной и эксплуатационной разведки месторождений для технологического картирования руд; оконтуривания рудных тел; оценки содержания в них полезных компонентов c целью получения исходных данных к подсчёту запасов и управлению процессом выемки руды из недр; на стадии взрывной отбойки для предварительной концентрации п. и. посредством уточнения контуров взрыва и порядка проведения работ; для предварительной сортировки товарных руд в навале, транспортных ёмкостях (вагоны, самосвалы, вагонетки) и потоках (ленты конвейера) после крупного и среднего дробления; для покусковой сепарации руд после среднего и мелкого дробления; для контроля технологического процесса на обогатительных фабриках посредством экспресс-анализа исходного сырья и продуктов обогащения (хвосты, питание, концентраты, промпродукты и т.д.).

Радиометрическое обогащение позволяет управлять качеством руд (систем рудоподготовки) благодаря высокой производительности и точности, удовлетворяющей требованиям производства, a также возможности автоматизации трудоёмких процессов. Наибольшей эффективностью обладают системы рудоподготовки, в которых методы радиометрического обогащения используются на всех этапах технологического процесса добычи и переработки руд, начиная от условий естественного залегания руд и кончая контролем конечной продукции предприятия и отходов производства, напр. на горных предприятиях, добывающих и перерабатывающих радиоактивные руды. Ведется работа по созданию аналогичных систем на месторождениях руд цветных, чёрных и редких металлов, a также нерудного сырья.

Обогащение по трению и форме

Обогащение по трению и форме основано на использовании различий в скоростях движения разделяемых частиц по плоскости под действием силы тяжести.

Скорость движения частиц по наклонной плоскости (при заданном угле наклона) зависит от состояния поверхности самих частиц, их формы, влажности, плотности, крупности, свойств поверхности, по которой они перемещаются, характера движения (качение или скольжение), а также среды, в которой происходит разделение.

Основным параметром, характеризующим минеральные частицы с точки зрения движения их по наклонной плоскости, является коэффициент трения.

Величина коэффициента трения определяется в основном формой минеральных частиц, которая, в свою очередь, зависит от характера месторождения (россыпные или коренные). Минеральные частицы россыпных месторождений, как правило, являются сферическими, а коренных - имеют неправильную (пластинчатую) форму (обломки).

Обогащение по трению будет тем благоприятнее, чем больше разница коэффициента формы для частиц пустой породы и полезных минералов. Коэффициент трения увеличивается с уменьшением крупности частиц, поэтому для эффективного разделения необходима узкая классификация материала по крупности. Обычно обогащение по трению применяют для материала крупностью - 100 - 10 (12) мм.

Пример: Различия в форме зёрен и коэффициенте трения позволяет отделять плоские чешуйчатые частички слюды или волокнистые агрегаты асбеста от частичек породы, которые имеют округлую форму. При движении по наклонной плоскости волокнистые и плоские частички скользят, а округлые зёрна скатываются вниз. Коэффициент трения качения всегда меньше коэффициента трения скольжения, поэтому плоские и округлые частички движутся по наклонной плоскости с разными скоростями и по разным траекториям, что создаёт условия для их разделения.

Обогащение по упругости

Обогащение по упругости основано на разнице траекторий, по которым отбрасываются частицы минералов, имеющие различную упругость, при падении на плоскость. Об упругости минералов судят по отношению h: Н, где h - высота отражения частицы, сбрасываемой с высоты Н на горизонтальную стеклянную пластину.

Коэффициент восстановления скорости К²=h/H. Минералы, имея разные значения коэффициента К, будут двигаться по разным траекториям, что и позволяет отделять их друг от друга. Разделение частиц по упругости применяется при обогащении строительных материалов (щебня и гравия для производства бетона высоких марок). Для обогащения гравия по упругости иногда применяют сепараторы с наклонной стальной плитой. Падая на плиту, более упругие частицы отражаются под большим углом с большей скоростью, а менее упругие и непрочные отражаются незначительно и попадают в соответствующие приемники.

Термоадгезионное обогащение

При термоадгезионном обогащении используют предварительный нагрев материала (например, с помощью ламп инфракрасного излучения) и транспортную ленту, покрытую термопластичным полимерным материалом или парафином. При этом разные по вещественному составу частицы нагреваются по-разному, вследствие чего по-разному пластифицируют находящийся под ними термочувствительный слой на ленте. Именно таким образом сульфидсодержащие, графитовые, хромитовые, турмалиновые и другие материалы, являющиеся «непрозрачными» и относительно сильно нагревающиеся, временно адгезионно фиксируются на ленте. «Ненагревающиеся» же крупнокристаллические материалы (типа галита, сильвина, криолита, флюорита, кварцита, кальцита) удаляются с движущейся ленты свободно.

Обогащение на основе селективного изменения размера куска

Ряд горных пород обладает свойством контрастного изменения размеров составляющих компонентов при разрушении. При разрушении (например, дроблении) этих горных пород происходит не только раскрытие (т.е. разъединение зерен компонентов, образующих горную породу), но и одновременно размеры частиц полезного компонента оказываются существенно отличными от размеров частиц других компонентов (пустой породы). Для таких горных пород обогащение может быть сведено к разделению по размерам частиц. Размер частиц становится косвенным признаком их вещественного состава.

Избирательное дробление применимо для полезных ископаемых, имеющих крупные агрегаты ценного компонента, которые отличаются по прочности от вмещающих пород. К таким полезным ископаемым следует отнести угли, бурожелезняковые руды, железные руды КМА, асбестсодержащие руды, калийные руды и некоторые другие.

Наибольшее распространение в практике переработки углей получили дробилки полужесткого дробления (барабанные дробилки). Они имеют техническую характеристику: диаметр - 2,2-3,5 м.; длину барабана - 2,8-5,6 м.; число оборотов-10-16 в минуту; производительность 130-160 т/ч.

Главные направления развития обогащения полезных ископаемых: совершенствование отдельных процессов обогащения и применение комбинированных схем с целью максимального повышения качества концентратов и извлечения полезных компонентов из руд; увеличение производительности отдельных предприятий путём интенсификации процессов и укрупнения оборудования; повышение комплексности использования полезных ископаемых с извлечением из них ценных компонентов и утилизацией отходов (чаще всего для производства строительных материалов); автоматизация производства.

Одна из важных задач - сведение к минимуму загрязнения окружающей среды за счёт использования оборотной воды и более широкого применения сухих методов обогащения.

Масштаб использования полезных ископаемых непрерывно возрастает, а качество руд систематически ухудшается. Снижается содержание в рудах полезных минералов, ухудшается их обогатимость, возрастает зольность углей. Всё это предопределяет дальнейшее увеличение роли обогащения полезных ископаемых в промышленности.

экологический обогащение ископаемое

Список используемой литературы

1. Деркач В.Г. Специальные методы обогащения полезных ископаемых. М: Изд-во Недра, 1966. 338 с.

2. Горная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Е.А. Козловского. 1984-1991.

3. Mокроусов B.A., Гольбек Г. P., Aрхипов O.A., Tеоретические основы радиометрического обогащения радиоактивных руд, M., 1968;

4. Mокроусов B.A., Лилеев B.A., Pадиометрическое обогащение нерадиоактивных руд, M., 1979;

5. Aрхипов O.A., Pадиометрическая обогатимость руд при их разведке, M., 1985.

6. Кравец Б.Н. Специальные и комбинированные методы обогащения: Учебник для вузов. М: Изд-во Недра, 1984. 304 с.

Размещено на Allbest.ru