Методы обогащения полезных ископаемых

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Методы обогащения полезных ископаемых

Александрова Л.Р.

Введение

Полезными ископаемыми называют природные минеральные образования, добываемые из земных недр и используемые для производства промышленных продуктов. Под недрами понимают верхнюю часть земной коры, в пределах которой при современном уровне развития техники и технологии возможна добыча полезных ископаемых. На современном этапе развития человечество использует в своей практике преобладающее большинство химических элементов Периодической системы Д. И. Менделеева в чистом виде и огромное количество их соединений, поэтому потребность в полезных ископаемых непрерывно возрастает. Некоторые элементы и их соединения производятся и потребляются в огромных масштабах, измеряемых сотнями миллионов тонн в год. К числу этих элементов относятся углерод, кремний, железо, алюминий, азот, фосфор, калий и др. На основе углерода производят твердое, жидкое, газообразное топливо (каменный уголь, природный газ, нефть) и огромное количество его соединений, которые применяются в органическом синтезе для получения пластических масс, синтетических волокон, резинотехнических изделий, лаков, взрывчатых веществ, красок и др. На основе кремния производят строительные материалы - цемент, кирпич, керамические изделия, стекло и т. п. На основе железа - чугун, сталь, и сплавы различных марок, являющиеся важнейшими конструкционными материалами. Соединения азота, фосфора и калия используются главным образом для получения минеральных удобрений, потребность в которых измеряется сотнями миллионов тонн в год.

Вследствие роста промышленного производства и увеличения ассортимента выпускаемой продукции возникает необходимость изыскания новых видов полезных ископаемых, совершенствование их добычи и переработки. Таким образом, полезные ископаемые являются одним из важнейших источников сырья, используемого для производства продукции.

Определение обогащения полезных ископаемых

Обогащение полезных ископаемых - совокупность процессов и методов первичной переработки твердого минер. сырья (руд, углей, горючих сланцев) с целью получения конечных товарных продуктов (асбест, графит, известняк и др.) или продуктов, пригодных для последующей технически возможной и экономически целесообразной химической, металлургической либо иной переработки. При обогащении полезных ископаемых структура, химический состав или агрегатное состояние минералов либо других компонентов не изменяются, а происходит отделение (или взаимное разделение) всех полезных компонентов от пустой породы - горной массы, не представляющей практической ценности. В результате обогащения полезных ископаемых получают один или несколько концентратов, содержащих основную массу полезных составляющих, и отходы -так называемые хвосты, включающие большую часть пустой породы. Обогащение полезных ископаемых производят на обогатительных фабриках или в специальных цехах.

Разделение минералов, включающих ценные компоненты, от минералов пустой породы, направляемых в отходы, осуществляется механизированными методами, основанными на различии свойств минералов, входящих в состав руды. Природные минералы отличаются друг от друга по многим свойствам: по цвету и блеску; твердости, крупности и форме зерен; коэффициенту трения; плотности; магнитным и электрическим свойствам; химическим и физико-химическим свойствам.

Методы обогащения руд

На основании различий этих свойств в настоящее время разработаны и внедрены в промышленную практику большое количество способов обогащения руд, важнейшими из которых являются:

1) ручная рудоразборка. Этот метод основан на ручном отборе ценных пород по внешним признакам - цвету, блеску, размеру и форме кусков или зерен. Для ускорения ручной рудоразборки руда подается на ленточные транспортеры или вращающиеся столы, на которых материал движется с такой скоростью, чтобы рабочие успевали отобрать нужную породу. Это очень простой метод, однако он очень малопроизводителен, требует больших затрат ручного труда и не обеспечивает нужной степени обогащения. В настоящее время он практически не используется;

2) рассеивание (грохочение). Метод основан на различной крупности минералов, входящих в состав руды. Он заключается в просеивании раздробленной руды через ряд сит (грохотов) с отверстиями различного размера. Благодаря этому, раздробленную руду можно разделить на ряд фракций, в которых концентрируются те или иные минералы. Так, например, при обогащении фосфатных руд фосфорит как наиболее крупный материал задерживается грохотом, а пустая порода (песок, глина) проходит через отверстия сит;

3) обогащение (по трению). Способ базируется на различии характера поверхности минералов и заключается в том, что зерна разной гладкости под воздействием внешних сил перемещаются по наклонной поверхности с различной скоростью. Этим способом можно обогащать руды, минералы которых отличаются друг от друга по коэффициенту трения, благодаря чему их можно разделить на легко скользящие гладкие зерна и на зерна с неоднородной шероховатой поверхностью, скользящие более медленно;

4) гравитационное обогащение. Метод основан на различии скоростей осаждения частиц в жидкости или газе в зависимости от плотности или крупности частиц. Если осаждение проводят в жидкости (в воде), его называют мокрым гравитационным обогащением, если осаждение ведут в потоке воздуха - сухим гравитационным обогащением. Мокрое гравитационное обогащение осуществляется в аппаратах, называемых гидравлическими классификаторами. При сухом гравитационном обогащении применяют воздушные сепараторы различных типов, центробежные сепараторы. Руда подается на вращающийся диск и отбрасывается (крупные - на более дальние расстояния, мелкие - ближнее);

5) обогащение в тяжелых жидкостях и суспензиях. Природные минералы с различными плотностями разделяют в жидкостях (суспензиях), имеющих промежуточную плотность. Легкие минералы всплывают, тяжелые - тонут. В промышленной практике вместо тяжелых жидкостей применяют суспензии. В качестве утяжелителей используются тонко измельченный магнетит, глина, песок, феросилиций и др.;

6) магнитное или электромагнитное обогащение. Способ основан на различии магнитной восприимчивости минералов, входящих в состав руды. Магнитная сепарация применяется для отделения магнитовосприимчивых минералов от немагнитных. Наибольшее применение этот метод нашел при обогащении железных руд. Измельченный материал поступает на ленточный транспортер, в головке которого установлен электромагнит. Магнитовосприимчивые частицы притягиваются и срезаются ножом, немагнитные - ссыпаются в бункер;

7) электростатическое обогащение. Метод основан на различной диэлектрической проницаемости и электропроводности частиц. При контактном трении сухого материала его частицы приобретают различный заряд и разделяются в электростатическом поле на два продукта. Этот метод применяется для обогащения калийных руд, фосфатных руд и др.;

8) флотационный метод обогащения. Он базируется на различной смачиваемости поверхности минералов водой. Смачиваемость поверхности твердого тела при соприкосновении трех фаз (Т, Г, Ж) характеризуется величиной равновесного краевого угла, под которым понимают угол, образованный поверхностью раздела двух фаз с поверхностью третей. Его принято измерять через жидкую фазу и обозначать символом ир. Жидкость образует с несмачиваемой частицей тупой угол, а со смачиваемой - острый. Силы поверхностного натяжения стремятся выровнять уровень жидкости, в результате чего несмачиваемая (гидрофобная) частичка выталкивается из жидкости (всплывает), а смачиваемая (гидрофильная) погружается в жидкость (тонет). Для ускорения процесса флотации применяют ряд технологических приемов. Руду измельчают и смешивают с водой. Через образующуюся суспензию продувают пузырьки воздуха. Несмачиваемые частицы прилипают к пузырькам и всплывают на поверхность, образуя слой минерализированной пены, а смачиваемые тонут. Для интенсификации процесса применяют различные флотореагенты - собиратели, пенообразователи и регуляторы. Флотационный метод обогащения в настоящее время получил самое широкое распространение, так как из всех рассмотренных методов он является наиболее эффективным. Он позволяет разделить полиметаллические руды и обеспечить комплексное использование сырья;

9) химический и термический методы обогащения. Химические методы обогащения основаны на различной растворимости компонентов, входящих в состав руды в воде или растворах кислот, щелочей и др., а термические - на различных температурах плавления или термического разложения минералов, входящих в состав руды.

Развитие альтернативных методов обогащения руд

Метод меченых нейтронов (ММН) позволяет обнаружить алмаз внутри куска кимберлита без его предварительного разрушения, с последующим извлечением ценного компонента в щадящих условиях. При этом, возможно использование данного метода как в «классической» технологии, так и в технологии «сухого» обогащения, что в перспективе позволит снизить транспортные расходы, уменьшить энергетические затраты, а также снизить капитальные вложения при строительстве (реконструкции или модернизации) обогатительных фабрик и драг. Испытание прототипа установки ММН проходили в июле-сентябре 2015 г. на кимберлитовой руде месторождения им. М.В. Ломоносова в условиях обогатительного комплекса Поморской ГРЭ ОАО «Севералмаз».

Радиометрическое обогащение относится к высокоэффективным, экологически чистым и низкозатратным технологиям. По технике выполнения радиометрического обогащения различают процессы:

- радиометрическая сортировка, при которой руда, находящаяся в транспортирующих устройствах (вагонетках, автомашинах, скипах и т. д.), разделяется на сорта на радиометрической контрольной станции (РКС);

- радиометрическая сепарация, осуществляемая на сепараторах различной конструкции.

Радиометрический метод основан на использовании излучений естественно-радиоактивных химических элементов. Из трех видов излучений (альфа-, бета- и гамма-излучение) в промышленных аппаратах используется, главным образом, проникающее гамма-излучение, так как альфа- и бета- излучения легко поглощаются стенками аппаратуры и не дают нужной информации. В зависимости от интенсивности гамма-излучения руда разделяется на отдельные продукты. Этот метод широко применяют для обогащения урановых руд, а также для руд, в которых ценный компонент находится в минералах, попутно содержащих также и радиоактивный химический элемент.

Основная масса обогащаемых руд не обладает естественной радиоактивностью, поэтому эта группа процессов играет определяющую роль. Необходимым условием радиометрического обогащения нерадиоактивных руд является наличие источника какого-либо первичного излучения.

Наиболее широко в промышленности применяются фотонейтронный (ФНМ), рентгенолюминесцентный метод (РЛМ), фотометрический (ФМ), гамма-абсорбционный (ГАМ) и рентгенорадиометрический (РРС) методы.

Бактериальное выщелачивание металлов - способность ряда ацидофильных микроорганизмов, окисляющих железо и серу, переводить сульфиды и элементарную серу в водорастворимые сульфаты металлов. Используется для добычи меди, цинка, никеля, урана и др. металлов из природных руд. Выщелачивание осуществляют аэробные бактерии Thiobacillus (Acidithiobacillus) thiooxidans и Thiobacillus ferrooxidans, а также археи рода Sulfolobus.

Бактериальное выщелачивание руд делится на кучное и чановое. Проводится кучное выщелачивание отвалов, которые складывают на подготовленной цементированной площадке. Крупные куски руды чередуют с мелкими, предусматривают вентиляционные ходы. Отвалы периодически орошают кислыми бактериальными растворами. Медь в результате окисления переходит в воду в виде медного купороса, затем ее выделяют из водного раствора. Чановое выщелачивание экономично проводить для более дорогого сырья, например, для обогащения концентратов. При этом способе выщелачивания часто образуются высокие концентрации металлов, поэтому целесообразно применять культуры бактерий, предварительно приученные к высоким концентрациям меди, мышьяка и других элементов. Так, при чановом выщелачивании успешно протекает процесс освобождения оловянных и золотых концентратов от мышьяка. В этих концентратах мышьяк присутствует в основном в виде арсенопирита -- сульфида, легко окисляемого Th. ferrooxidans. Процесс очистки концентратов, содержащих 4--6% мышьяка, протекает около 120 ч.

Заключение

минеральный нейтрон алмаз кимберлит

Процессы обогащения полезных ископаемых, целью которых является повышение содержания ценных компонентов в перерабатываемом природном сырье, играют все возрастающую роль в развитии современного народнохозяйственного комплекса. Это связано с тем, что месторождения богатых руд во многих случаях уже отработаны и для поддержания производственных мощностей предприятий на необходимом уровне приходится вовлекать в эксплуатацию бедные руды. Кроме того, повышение содержания полезных компонентов в перерабатываемом сырье является одним из основных направлений интенсификации технологических процессов в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

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.

Список литературы

1. Абрамов, А. А. Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых: учеб.: в 2 т. / А. А. Абрамов. - М.: МГТУ, 2004. - 2 т.

2. Классен, В. И. Обогащение руд / В. И. Классен. - М.: Недра, 1979. - 240 с.

3. Обогащение полезных ископаемых: пособие для студентов специальности 1-48 01 01 «Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий» специализации 1-48 01 01 01 «Технология производства минеральных удобрений, солей и щелочей» / Н. И. Воробьев, Д. М. Новик. - Минск : БГТУ, 2008. - 174 с.

4. Электронный ресурс: Горная энциклопедия - http://www.mining-enc.ru/o/obogaschenie-poleznyx-iskopaemyx/

5. Е.Л. Карибжанова, М.М. Мисюра, Д.Ю. Савон, А.Е. Сафронов. Совершенствование процесса обогащения и глубокой переработки полезных ископаемых. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017, №12, с. 161-169.

6. Самойлик В.Г. Специальные и комбинированные методы обогащения полезных ископаемых. ДонНТУ, Донецк, 2015 г., 165 стр.

Размещено на Allbest.ru