КЛАССИФИКАЦИЯ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ. Классификация сырьевых ресурсов и требования к ним
 Скачать 100.93 Kb.
|
|
КЛАССИФИКАЦИЯ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ Химическая промышленность характеризуется высокой материалоемкостью производства. На 1 т готовой химической продукции расходуется, как правило, несколько тонн сырья и материалов, отсюда следует, что себестоимость химической продукции в значительной мере определяется качеством сырья, способами и стоимостью его получения и подготовки, расходами на перевозку. В химической промышленности затраты на сырье в себестоимости продукции составляют 60-70%, а в нефтехимической промышленности - более 70%. Потребление минерального сырья мировым сообществом увеличивается стремительными темпами. Только за первую половину ХХ века оно выросло почти в 3,5 раза, а к концу столетия составило более 100 млрд т. Если погрузить все это сырье на железнодорожные платформы, понадобится состав, длина которого в 16 раз превосходит диаметр Земли по экватору. Бурный рост производительных сил сопровождается быстрым истощением природных ресурсов. По некоторым данным основные эксплуатируемые источники топлива и минерального сырья могут быть исчерпаны уже в течение ближайших 100-150 лет. Если для угля время исчерпания по разным оценкам измеряется столетиями, то для нефти и газа понадобятся для этого лишь несколько десятилетий, а запасы целого ряда металлов, например руд, содержащих Аg, Аu, Рt, Sn, Zn, РЬ, U и другие металлы, уже сегодня находятся на грани истощения. Многие промышленно развитые страны и крупные регионы остро ощущают недостаток энергетических ресурсов, некоторых важнейших видов минерального сырья и пресной воды. Так, Япония практически не располагает собственной сырьевой базой, США более чем на 75-90 % зависят от импорта по 16 видам полезных ископаемых (в том числе руд, содержащих Мn, Со, Сr, Тi, Nb, Sг, А1, Рt, Sn, Та, Sb). Россия даже после распада СССР сохранила прочные или доминирующие позиции в мире по разведанным запасам основных видов сырьевых ресурсов, необходимых для развития народного хозяйства, в том числе и химической промышленности. На территории РФ находятся до 45 % мировых запасов природного газа, больше половины запасов торфа и калийных солей, около 30 % фосфатов и древесины, более 20 % угля. Одно из первых мест принадлежит РФ по разведанным запасам многих видов рудного и нерудного сырья. Относительно более благоприятная ситуация с состоянием сырьевых и энергетических ресурсов в нашей стране превратила вывоз этих ресурсов за рубеж начиная с 70-х годов в основную статью экспорта. По данным печати только на сооружение мощного экспортного газопровода Уренгой - Поморы -Ужгород было затрачено средств больше, чем на строительство Байкало-Амурской магистрали, Волжского, Камского автозаводов, а так;е Атоммаша вместе взятых. В то же время наметившаяся во всем мире тенденция истощения природных ресурсов не миновала и нашу страну. Так, добыча нефти в Татарстане за последние 25 лет снизилась более чем в 4 раза, Туймазинское месторождение нефти в Башкортостане выработано почти на 90 %, в Тюменской области, основном нефтедобывающем районе РФ, в различных месторождениях уже извлечено от 50 до 65 % нефти. Резко возросла стоимость добычи полезных ископаемых, в переработку вовлекаются все более бедные руды и даже отвалы. Если в 1950 г. среднее содержание железа в отечественной руде составляло 51 %, то уже к 1980 г. оно снизилось до 35 %. Аналогичная или еще более выраженная тенденция наблюдается повсеместно. Проблема, связанная с дефицитом сырья и энергии, к концу ХХ в. превратилась в одну из острейших, стоящих перед человечеством. При всей тревожности ситуации положение нельзя считать безнадежным. Прежде всего потому, что речь идет преимущественно об исчерпании относительно более доступных запасов эксплуатируемых месторождений. Имеются данные (В. А. Легасов), характеризующие средние глубины залегания полезных ископаемых в эксплуатируемых месторождениях и максимальные, технически доступные в настоящее время глубины, на которых эти ископаемые обнаруженных. Согласно этим данным, нетронутые пока ресурсы намного больше извлекаемых. Практически нетронутыми остаются богатства Мирового океана, ресурсы которого становятся доступными, а их добыча конкурентоспособной благодаря использованию современных технологий. Потребности химической промышленности в разнообразном, доступном и дешевом сырье и развитие техники постоянно стимулируют расширение сырьевой базы. Развитие техники добычи, подготовки и обогащения сырья позволяет использовать новые виды сырья, в том числе природные материалы, содержащие сравнительно малые количества полезных компонентов. Природное сырье подразделяют на минеральное, растительное и животное. В минеральное сырье в качестве подклассов включают:
К минеральному сырью в химической промышленности относят также воду и воздух. Воздух и вода являются самым дешевым и доступным сырьем. Воздух - практически неисчерпаемый источник дешевых азота и кислорода. Вода не только служит источником непосредственного получения из нее водорода и кислорода, но и участвует в разно образных химических процессах, а также применяется для растворения твердых, жидких и газообразных веществ. К растительному сырью (сельскохозяйственное и лесотехническое) относят древесину, хлопок, масличные культуры, картофель, сахарные культуры, лекарственные растения, каучу коносы, камыш, солому, шелуху семечек и т. д. Оно используется многими отраслями, в том числе химической, фармацевтической, биохимической, текстильной, пищевой и парфюмерной про мышленностью. Из него вырабатывают пороха, кино-, фотопленку, бумагу, скипидар, канифоль, искусственное волокно, каучук, технические масла, глицерин, жирные кислоты, душистые вещества, лекарственные препараты и многое другое. В настоящее время одно производство бумаги приближается к 200 млн т/год. При этом только на газеты ежегодно расходуется порядка 30 млн т древесины. Животное сырье (кости, жир) используют в производствах желатина, технического жира, мыла, твердых жирных кислот и т. д. Синтетическое сырье для промышленного органического синтеза и полимерной химии поставляют предприятия нефте-, угле-, газоперерабатывающей промышленности (нефтехимическое, углехимическое, лесохимическое сырье), т.е. это сырье полученное в результате промышленной обработки природного сырья. Предприятия промышленности основного неорганического синтеза используют горнохимическое, преимущественно нерудное сырье. По агрегатному состоянию добываемое сырье подразделяется на твердое (руды, уголь, древесина), жидкое (вода, нефть, соляные рассолы) и газообразное (воздух, природные и промышленные газы). Одной из особенностей химико-технологического процесса можно считать возможность организации производства химического продукта из разных видов сырья или из одного и того же сырья, но по разным технологическим схемам. При выборе сырья учитывают ожидаемый объем производства, содержание полезного компонента в сырье, значение степени пре вращения и селективности, скорость реакции, количество побочных продуктов и их характеристики, число химических стадий, стоимость и доступность сырья, ресурсоемкость, наличие стоков и выбросов. Объем производства определяет и объем потребляемого сырья. Запасы месторождения должны обеспечить работу проектируемого производства в течение не менее 50 лет (срока полной амортизации оборудования). ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Добываемое в природе горнохимическое сырье отличается сложным минеральным составом. Кроме полезного компонента, ради которого была организована его добыча, оно содержит многочисленные примеси: влагу, пустую породу, другие минералы. Основной технологической операцией в подсистеме подготовки сырья является его очистка от примесей, отрицательно влияющих на ход химического превращения. Процесс очистки и разделения твердого сырья называют обогащением. Для жидкого и газообразного сырья чаще используют термин концентрирование. Если обогащению подвергают твердые материалы (например, горные породы), то полученный обогащенный продукт называют концентратом, а отходы с меньшим содержанием полезного продукта и повышенным содержанием породы называют хвостами. В тех случаях, когда в сырье содержится несколько полезных составляющих, его делят на отдельные части (фракции), обогащенные тем или иным компонентом, т. е. из сложного сырья получают несколько концентратов, что позволяет более полно (комплексно) использовать сырье. Методы обогащения сырья делятся на:
2. Термические методы обогащения. 3. Методы химического обогащения. 4. Из физико-химических методов обогащения наиболее распространенным следует считать флотацию. Методы обогащения сырья зависят от его фазового состояния. Для твердого сырьяиспользуют следующие методы: - гравитационное обогащение, основанное на различие скорости осаждения частиц в жидкости или газе в зависимости от плотности или размера этих частиц. Осаждение в жидкости (чаще всего в воде) называют мокрым обогащением, в газе (чаще всего в воздухе) – сухим гравитационным обогащением. Мокрое обогащение осуществляют в классификаторах, сухое – в воздушных сепараторах различного устройства. - рассеивание (грохочение), основанное на различной прочности отдельных компонентов сырья, вследствие чего при дроблении они дают частицы разного размера. Измельченное сырье просеивают через сита с отверстиями разного размера. - флотация, основанная на различной смачиваемости частиц отдельных минералов водой. Несмачиваемые частицы остаются на поверхности, смачиваемые – опускаются на дно аппарата. Для усиления разницы в смачиваемости применяют флотореагенты – вещества, уменьшающие (олеиновая кислота, нафтеновые кислоты и др,) или увеличивающие (щелочи, соли щелочных металлов и др.) смачиваемость. - магнитная сепарация– отделение магнитовосприимчивых материалов от немагнитных. - электростатическое обогащение(сухое и мокрое), основанное на разнице электропроводности различных компонентов сырья. - термическое обогащение, основанное на разности температур плавления или возгонки. - химическое обогащение, основанное на разном отношении к химическим реагентам. Жидкое сырьеконцентрируют - упариванием растворителя; - вымораживанием; - выделением примесей в осадок; - выделением примесей в газовую фазу. Газовые смесиразделяют на компоненты - последовательной конденсацией, то есть, переводя их в жидкое состояние при постепенном понижении температуры и сжатии; - последовательным испарением, когда газовую смесь сначала полностью конденсируют, а затем, постепенно повышая температуру, переводят отдельные компоненты смеси в газовое состояние; - поглощением отдельных компонентов смеси жидкостью (абсорбцией) или твердыми веществами (адсорбцией) с последующим выделением их из сорбентов в концентрированном виде. ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, совокупность процессов и методов первичной переработки твердого минерального сырья (руд, углей, горючих сланцев) с целью получения конечных товарных продуктов (асбест, графит, известняк и др.) или продуктов, пригодных для послед. технически возможной и экономически целесообразной химической, металлургической либо иной переработки. При обогащении полезных ископаемых (ОПИ) структура, хим. состав или агрегатное состояние минералов либо др. компонентов не изменяются, а происходит отделение (или взаимное разделение) всех полезных компонентов от пустой породы - горной массы, не представляющей практической ценности. . Подготовительные операции (рудоподготовка) Измельчение. Измельчение заключается в дроблении природного материала, обычно механическими методами, с получением смеси частиц ценных и ненужных компонентов. Дробление может также дополняться химическим разложением молекул компонентов для освобождения полезных атомов. Выделение, или концентрация, состоит в обособлении полезных частиц одного или нескольких продуктов, называемых концентратами, и исключении ненужных частиц пустой породы (хвостов, или отходов). Частицы, которые не попали ни в концентрат, ни в отходы, называются промежуточным продуктом и обычно требуют дальнейшей переработки.  Рис.1. Схема обогащения минерального сырья. В большинстве случаев - это основная и часто наиб. энергоемкая операция, предназначенная для разрушения до требуемых размеров сырья, а также для раскрытия взаимно сросшихся агрегатов (зерен) и образования частиц отдельных минералов. Грубое измельчение, или д р о б л е н и е, крупных кусков руды проводят в щековых, конусных или валковых дробилках; макс. размер кусков 12-18, иногда 2-4 мм. Дробление. К дроблению относятся механические процессы, посредством которых добытая в руднике порода разбивается до размеров, подходящих для дальнейшего измельчения посредством размалывания. Устройства, которые разбивают добытое в руднике сырье, относятся к первичным дробилкам; дробилки щекового и конусного типов среди них являются основными. Вторичное дробление осуществляется в один, два, реже в три этапа. Тонкое измельчение, или п о м о л, сырья осуществляют в мельницах стержневых, шаровых или самоизмельчения, при этом макс. размер частиц достигает 0,7-0,04 мм, иногда (напр., при ОПИ сильвинитовых руд) 1 мм. Для получения продуктов размером частиц менее 0,3 мм применяют измельчение в цикле мельница - классификатор. Чтобы "не дробить ничего лишнего" и обеспечить необходимую степень раскрытия структурных компонентов (минералов), дробление и помол сочетают соотв. с грохочением и классификацией гидравлической. Размалывание. Размалывание представляет собой конечный этап механического отделения полезных минералов от пустой породы. Обычно оно производится в водной среде посредством машин, в которых порода измельчается при помощи чугунных или стальных шаров, кремневой гальки, а также гальки, образующейся из твердых кусков руды или вмещающей породы. ГРОХОЧЕНИЕ, разделение сыпучих материалов на фракции по размеру или крупности частиц (кусков) просеиванием на грохотах (ситах). Грохотами обычно разделяют зерна, размер которых превышает 3-5 мм; механические классификаторы используются для более тонкой сепарации мокрого материала. Грохота . Большинство грохотов относится к вибрационному типу. Их главным элементом является сито, пластина с отверстиями или какая-либо другая плоская перфорированная конструкция (обычно устанавливаемая наклонно под углом 20-40?), которой придается вибрация с частотой 500-3600 циклов в минуту. Грохочение - распространенный технологический процесс в химпромышленности, применяемый в сочетании с дроблением (см. Измельчение), а также как самостоятельная операция. Работа грохота в замкнутом цикле с дробилкой или мельницей обеспечивает повышение их производительности, снижение энергозатрат и получение продукта необходимого качества. Разделение материала происходит при его движении относительно рабочей поверхности грохота (колосниковые решетки, перфорированные металлические листы - решета, сетки). При этом материал расслаивается - мелкие фракции постепенно проходят сквозь крупные и проваливаются через калибров, отверстия определенных размеров в рабочей поверхности, более крупные частицы остаются на рабочей поверхности и удаляются с нее (т. наз. надрешетный продукт - обозначается цифрой, указывающей размер отверстия со знаком "плюс", напр. + 50 мм); продукт, прошедший через отверстия, наз. подрешетным и обозначается цифрой со знаком "минус". Для уменьшения износа рабочей поверхности Г. проводят чаще всего через набор сит с последовательно уменьшающимися отверстиями. По размеру частиц продукта различают крупное (300-100 мм), среднее (100-25 мм), мелкое (25-5 мм) и тонкое (5-0,5 мм) Г. Осн. характеристики грохочения.: т. наз. граница разделения фракций, определяемая размером отверстий в ситах; остатки материала на ситах (см. Ситовой анализ) после грохочения.; производительность грохота по исходному материалу и готовому продукту; эффективность - отношение массы подрешетного продукта к массе фракции той же крупности в исходном материале. . Различают след. виды грохотов: неподвижные (напр., колосниковые); с движением отдельных элементов рабочей поверхности (напр., с эластичным ситом); подвижные с колебательным (напр., вибрационные, или инерционные), вращательным (напр., барабанные) или волнообразным (напр., спец. инерционные) движением рабочей поверхности; с перемещением материала в струе пульпы. По форме рабочей поверхности грохоты подразделяют на плоские, дуговые, барабанные, многогранные призматические (напр., т. наз. бураты), по расположению - на горизонтальные и наклонные, по числу сит - на одно-, двух- и многоситовые. Преим. применение имеют грохоты с колебательным движением: инерционные со свободными колебаниями - вибрационные, резонансные (частота возмущающих колебаний кратна частоте собственных колебаний системы), самобалансные (см. ниже); гирационные (эксцентриковые) с вынужденными колебаниями короба, сообщаемыми ему через жесткую кинематическую связь. Резонансные грохоты сложны по конструкции, гидрационные вызывают сильную вибрацию опор, которая передается перекрытиям зданий; поэтому указанные типы грохотов постепенно вытесняются более совершенными. В хим. технологии, напр. в производствах минер. удобрении и хим. средств защиты растений, особенно широко используют высокопроизводительные инерционные грохоты с мех. вибратором, или виброгрохоты (рис. 1). Они просты по конструкции, обеспечивают четкое разделение материалов (в т. ч. склонных к налипанию), удобны в эксплуатации. Корпус грохота в виде горизонтального или наклонного (угол наклона обычно 3-15°) прямоугольного короба с ситом опирается на плиту через упругие связи (напр., металлические пружины или пневматические шины). Вибратор-вал со шкивами, несущим дебалансом (инерц. неуравновешенные грузы), который установлен в подшипниках и приводится в движение через соединительную муфту непосредственно от электродвигателя или через мех. передачу. При вращении дебалансного вала возникают центробежные силы инерции, сообщающие коробу с ситом колебания (напр., с частотой 600 мин-1 и амплитудой 5 мм).  Рис. 1. Наклонный инерционный грохот с мех. вибратором: 1-электродвигатель; 2-шкивы с дебалансом; 3-вал с подшипниками; 4 -короб; 5 - рабочая поверхность (напр., решето); 6-упругая опора; 7-опорная плита. Достоинства виброгрохотов: при высокой частоте колебаний сит отверстия их почти не забиваются материалом; высокая производительность и точность, пригодность для грохотов разнообразных материалов (в т.ч. влажных и глинистых); компактность, легкость регулирования и смены сит; меньший расход энергии, чем для грохотов др. типов. Механические классификаторы. Механические классификаторы представляют собой прямоугольные лотки с наклонным дном, которым сообщается встряхивающее и возвратно-поступательное движение. Материал, подлежащий разделению по крупности зерен, смешивается с водой, подается на верхний край классификатора и перемещается под действием силы тяжести в углубление на нижнем крае лотка. Там более тяжелые и крупные частицы оседают на дно и забираются конвейером. Более легкие и мелкие частички выносятся потоком воды. Центробежные конусные классификаторы. В центробежных конусных классификаторах для выделения рудных частиц используются центробежные силы в водной среде. Процесс разделения в таких классификаторах позволяет получить мелкозернистую песчано-шламовую фракцию, пригодную для дальнейшего концентрирования методом флотации. Движение наз. свободным при объемном содержании твердой фазы менее 5%, стесненным - при более высоком (в данном случае скорость движения меньше). К. г. применяют для разделения частиц с преимуществ, размером менее 2-3 мм (реже до 13 мм). При свободном движении частиц происходит их наиб. полное разделение, которое производится под действием сил тяжести в гравитационных классификаторах. Скорость потока поддерживается такой, что частицы меньше определенного размера (верхний продукт, или слив), не успевая оседать, выносятся в виде взвеси из аппарата, а частицы большего размера (нижний продукт, или пески) осаждаются в нем. Различают классификаторы с самотечной (напр., многосeкционные, конусные) либо принудительной (напр., отстойники, спиральные, реечные, чашевые) выгрузкой целевых фракций. Многосекционные классификаторы (рис. 1) состоят из корпуса, расширяющегося по ходу потока, и ряда конических сборников, снабженных мешалками и ячейковыми выгружателями. Разделяемая суспензия постепенно теряет скорость, поэтому по направлению ее движения оседают сначала наиболее крупные частицы, а затем все более мелкие; самая мелкая фракция уносится потоком и отделяется от жидкости на фильтре. Различные по размеру фракции нижнего продукта выводятся из аппарата при медленном перемешивании с помощью выгружателей. В классификаторах этого типа материал можно разделить на число фракций, равное числу секций n+1, т.е. с учетом фракции, идущей в слив. В конусных классификаторах твердые частицы пульпы разделяются в корпусе-конусе на две части. В беспоплавковых аппаратах мелкая фракция поднимается восходящим потоком и отводится через спец. желоб по назначению; крупная фракция оседает на дно и под напором пульпы выходит через нижний штуцер и сифонную трубу.  Рис. 1. Многосекционный классификатор: 1 корпус; 2 сборник; 3 мешалки; 4 выгружатeль; 5 привод. В поплавковых аппаратах посредством верхнего или нижнего клапана-поплавка в качестве целевого продукта выделяют соотв. крупную либо мелкую фракцию. Спиральные классификаторы (рис. 2) представляют собой наклонные (под углом 12-18°) корыта полукруглого сечения, внутри которых вращаются одна или две спирали. Последние частично погружены в жидкость и транспортируют пески в верхнюю часть корыта, где они выгружаются. Слив удаляется из нижнего конца аппарата. Специальный механизм предназначен для подъема и опускания спирали при остановке и пуске классификатора. С увеличением угла наклона корыта содержание жидкости в осадке уменьшается.  Рис. 2. Спиральный классификатор: 1-корыто; 2-4-соотв. спираль, ее подъемно-опускной механизм и привод. В реечных классификаторах (рис. 3) ниж. продукт перемещается вверх по наклонному корыту и сбрасывается через его открытый торец с помощью движущейся возвратно-поступательной рамы, снабженной гребками. При течении суспензии по корыту и качаниях гребков верх. продукт выносится потоком жидкости через сливной лоток.  Рис. 3. Реечный классификатор: 1 - корыто; 2, 3 - соотв. рама с гребками и механизм ее возвратно-поступательные движения. Эти аппараты менее производительны, чем спиральные, и поэтому применяются обычно в малотоннажных производствах. Чашевые классификаторы (рис. 4), обеспечивающие высокий выход слива, состоят из двух фракционирующих устройств: верхнего - конусной чаши-отстойника с медленно вращающимися гребками, нижнего - реечного аппарата.  Рис. 4. Чашевый классификатор: 1 - чаша с гребками; 2 - корыто; 3, 4 - соотв. гребковая рама и механизм ее движения; 5 - кольцевой желоб (карман). Разделяемый материал поступает в чашу, где крупные частицы оседают на дно, сгребаются гребками к центру, через отверстие в дне попадают в корыто реечного классификатора и далее выводятся из его верх, части. Мелкая фракция, увлеченная песками, отмывается движущейся противотоком водой, направляется в чашу, откуда вместе с накапливающимися в ней мелкими частицами уходит через край корыта и кольцевой желоб (карман) в слив. МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ Механические методы обогащения позволяют отделить ценные рудные частицы от частиц пустой породы с использованием чисто физических процессов, без химических превращений Гравитационная концентрация. Гравитационная концентрация основана на использовании разной плотности различных минералов. Частицы разной плотности вводятся в жидкую среду, плотность которой имеет промежуточное значение между плотностями минералов, подлежащих разделению. Этот принцип можно проиллюстрировать отделением песка от опилок, когда их бросают в воду; опилки всплывают, а песок тонет в воде. Обогащение в тяжелой среде. Метод обогащения в тяжелой среде основан на использовании суспензии, состоящей, помимо частиц руды, из воды и твердого компонента. Плотность суспензии варьируется от 2,5 до 3,5 в зависимости от свойств разделяемых минералов. При этом используются конические или пирамидальные емкости. Отсадочные машины. Отсадочная машина - это один из видов гравитационного концентратора, в котором суспензия состоит из воды и рудных частиц. В отсадочных машинах непрерывного действия имеются по крайней мере два отделения. Тяжелые частицы, попавшие в приемное отделение, скапливаются на дне; более легкие частицы всплывают. Подаваемый материал захватывается текущей водой и поступает в поверхностный слой на нижней части уклона, который стремится выплеснуться через край. Однако тяжелый материал проседает через более легкий и оказывается в придонном слое. Легкий материал смешивается с верхним слоем, и поперечный поток воды сносит его через перегородку в соседнее отделение, где происходит аналогичная сепарация. Автоматические разгрузочные устройства удаляют придонный слой с такой скоростью, чтобы он сохранял необходимую толщину. Концентрационные столы. Концентрационные столы представляют собой гравитационные концентраторы, приспособленные для переработки материала песчаной фракции с размером зерна менее 2,5 мм. Главный их элемент - это покрытая линолеумом прямоугольная дека шириной 1,2-1,5 м и длиной около 4,8 м. Она устанавливается с небольшим регулируемым поперечным уклоном и испытывает возвратно-поступательное движение вдоль длинной стороны с частотой 175-300 циклов в минуту и амплитудой от 6 до 25 мм. Дека имеет рифленую поверхность; при этом высота ее гребней уменьшается в направлении диагонали деки от края стола, где производится подача материала, к его выгрузочному концу. Водная суспензия попадает в бороздки и там расслаивается: более тяжелый материал оседает на дно, а более легкий оказывается наверху. Под воздействием возвратно-поступательного движения легкий материал передвигается по деке. Поскольку высота гребней к выгрузочному концу стола уменьшается, верхний слой смывается потоком воды, идущим поперек стола, и уносится вниз к его боковой стороне, тогда как более тяжелый материал переносится к выгрузочному концу. Шлюзы. Концентрационный шлюз представляет собой наклонный желоб с шероховатым дном, вдоль которого перемещается гравий россыпи (золотоносной или оловоносной), увлекаемый потоком воды; при этом тяжелые минералы оседают на дне углублений и удерживаются там, тогда как легкие выносятся. Шероховатость дна создается деревянными брусками, рейками, рифленой резиной, небольшими жердями и даже железнодорожными рельсами, устанавливаемыми вдоль или поперек желоба. Для переработки мелкозернистого песка и шлама дно шлюза покрывают мешковиной, брезентом или другим подобным материалом, который обычно прикрепляется металлической решеткой или грубой проволочной сеткой. При переработке золотоносного гравия для сепарации довольно часто используется ртуть благодаря ее способности прилипать к мелким частичкам золота и удерживать их в потоке воды. Ширина шлюза составляет от 0,5 до 2 м, а длина - от 3-6 м до 1,5 км и более. Наклон варьируют в пределах 2,0-12,5 см/м; при этом в нижней части шлюза преобладает тонкозернистый материал с большим количеством воды, а в верхней части - более грубозернистый с меньшим количеством воды. Периодически подачу материала прекращают и создают легкий поток воды, рифли снимают, начиная с выходного конца, осевший песок переворачивают лопатами для отмывки легкого песка, а оставшуюся часть сгребают в бадьи. Очищенный золотоносный продукт затем обрабатывается в промывочном лотке (диаметром 0,45 м и глубиной 5-8 см) с наклонными под углом 45. стенками. Когда песок вместе с водой в лотке встряхивается, тяжелый материал оседает, а легкие отходы смываются через край. Флотация . Флотация основана на различиях физико-химических свойств поверхности минералов в зависимости от их состава, что вызывает селективное прилипание частиц к пузырькам воздуха в воде. Агрегаты, состоящие из пузырьков и прилипших частичек, всплывают на поверхность воды, тогда как не прилипшие к пузырькам частицы оседают, в результате чего происходит разделение минералов. Прилипание к пузырькам усиливается при селективном покрытии частиц одного из минералов поверхностно-активным веществом. Примером такого вещества может служить парафин. Погрузите покрытую парафином частицу в газированную воду, и пузырьки выделившегося углекислого газа прилипнут к нему. Если частица достаточно маленькая, то она всплывет. Углеводородные ионы, в которых химически активная группа представлена производными тиокислот (ксантогенаты, тиофосфаты, меркаптаны и подобные им соединения), взаимодействуют предпочтительно с ионами тяжелых металлов. Флотация обеспечивает получение высокосортных концентратов. При этом флотационные реагенты составляют главную статью расходов. Этот процесс позволяет разделить практически любые два минерала, которые содержат существенно разные химические элементы или ионные группы. Электрическая и магнитная сепарация . Сепарация такого рода основана на различной поверхностной проводимости или магнитной восприимчивости разных минералов. Магнитная сепарация . Магнитная сепарация применяется для обогащения руд, содержащих минералы с относительно высокой магнитной восприимчивостью. К ним относятся магнетит, франклинит, ильменит и пирротин, а также некоторые другие минералы железа, поверхности которых могут быть приданы нужные свойства путем низкотемпературного обжига. Сепарация производится как в водной, так и в сухой среде. Сухая сепарация больше подходит для крупных зерен, мокрая - для тонкозернистых песков и шламов. Обычный магнитный сепаратор представляет собой устройство, в котором слой руды толщиной в несколько зерен перемещается непрерывно в магнитном поле. Магнитные частицы вытягиваются из потока зерен лентой и собираются для дальнейшей переработки; немагнитные частицы остаются в потоке. Электростатическая сепарация . Электростатическая сепарация основана на различной способности минералов пропускать электроны по своей поверхности, когда они находятся под поляризующим воздействием электрического поля. В результате частицы разного состава заряжаются в разной степени при определенных значениях напряженности этого поля и времени его воздействия и, как следствие, по разному реагируют на одновременно действующие на них электрические и другие силы, обычно гравитационные. Если таким заряженным частицам предоставить возможность свободно перемещаться, то направления их движения будут различаться, что и используется для разделения. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ Химические методы обогащения включают, в качестве предварительного этапа, измельчение руды, которое открывает доступ химическим реагентам к ценным компонентам руды, после чего облегчается извлечение этих компонентов. Химические методы могут быть применены как непосредственно к рудам, так и к концентратам, полученным в результате обогащения руд механическими методами. Терминология методов химического обогащения до некоторой степени запутана. В рамках этой статьи разделение в расплаве относится к процессу плавления, а разделение путем селективных химических реакций – к процессу выщелачивания. Плавление. Плавление – это химический процесс, происходящий при высоких температурах, в ходе которого ценный металл и пустая порода переходят в расплавленное состояние. Поскольку металл имеет более высокую плотность и нерастворим в расплавленной пустой породе, он отделяется от последней и погружается на дно. Метод плавления имеет свои специфические особенности для каждого металла. Например, свинцовый концентрат смешивается с твердыми реагентами в определенных соотношениях, чтобы получить загрузку печи такого состава, которая при нагревании до достаточно высоких температур приводит к образованию за счет пустой породы сложных силикатов (шлака), остающихся на поверхности расплавленного металлического свинца. При выпускании металла со дна печи получается черновой свинец. При наличии в свинцовом концентрате меди образуются три слоя: нижний слой свинца, средний слой сульфида меди (штейн) и верхний слой шлака. Они выпускаются из печи раздельно. Штейн затем перерабатывается в другой печи (конвертере), через которую продувают воздух для удаления серы, получая в результате черновую (пористую) медь. Обжиг. Обжиг в ходе подготовки к выщелачиванию применяется либо для изменения химического состава полезных составляющих, что делает их пригодными для выщелачивания, либо для удаления некоторых примесей, присутствие которых значительно затрудняет и удорожает процесс выщелачивания ценных компонентов. Например, некоторые руды золота, содержащие мышьяк и серу, перед выщелачиванием подвергают обжигу для удаления этих составляющих. Выщелачивание. При выщелачивании ценные компоненты руды растворяются и отделяются от нерастворимого остатка посредством подходящего растворителя. В некоторых случаях для перевода ценного компонента в растворимую форму добавляется реагент. Эффективность (скорость и полнота протекания) процесса зависит от размера частиц, свойств реагентов, применяемых для выщелачивания, температуры и метода приведения в соприкосновение руды с растворителем или реагентами. Обычно чем меньше размер частиц, выше температура и концентрация выщелачивающих химических соединений, тем быстрее идет процесс. Методы непосредственного воздействия на руду выщелачивающих растворов. К этим методам относятся кучное выщелачивание, выщелачивание при просачивании и выщелачивание при перемешивании. Эти методы могут применяться как в периодических, так и в непрерывных процессах. В свою очередь непрерывные процессы могут быть реализованы как прямоточные либо как противоточные. В прямоточном процессе выщелачивающий раствор движется вместе с рудой и пополняется по мере его истощения. В противоточном процессе выщелачивающий раствор движется навстречу потоку руды. При этом передовой фронт раствора, встречаемый свежей порцией руды, обеднен реагентами и насыщен экстрагированным материалом, а тыловые порции раствора, которые позже встречаются с рудой, представлены свежим выщелачивающим раствором. Кучное выщелачивание применяется для переработки руд, содержащих легко растворимые полезные компоненты; такие руды должны быть относительно пористыми и недорогими (обычно они добываются в открытых разработках). Иногда кучное выщелачивание используется для переработки отвалов, возникших в результате процессов предшествующей добычи и утилизации руды, когда затраты на добычу уже произведены. Для загрузки руды подготавливается слабо наклонная поверхность, непроницаемая для выщелачивающих растворов. Вдоль и поперек этой поверхности создаются водосборные углубления для дренажа. После загрузки руда заливается большим количеством выщелачивающего раствора, достаточным для того, чтобы пропитать всю ее толщу. Раствор проникает между частицами руды и производит растворение полезных компонентов. Через некоторый период времени материал высушивают и извлекают корку, образованную растворившимися ценными составляющими, а обработанную рыхлую породу смывают в дренажную систему. Выщелачивание путем просачивания используется при переработке руд, которые при дроблении измельчаются плохо и не содержат природного шлама или глины. Это довольно медленный процесс. Выщелачивание при просачивании осуществляется главным образом в баках, хорошо приспособленных для загрузки и разгрузки. Дно бака должно быть эффективным фильтром, позволяющим производить через него закачку и откачку раствора. Баки загружаются раздробленной рудой определенной фракции крупности; иногда в целях более плотной и равномерной загрузки она смачивается. Затем выщелачивающий раствор закачивается в бак и впитывается в руду. По истечении необходимого времени выдержки раствор с выщелоченными компонентами откачивается, а руда промывается для удаления остатков выщелачивающего раствора. Выщелачивание с перемешиванием обычно применяется при переработке высокосортных руд или концентратов с относительно небольшим объемом материала, подлежащего выщелачиванию, а также руд, содержащих тонкую рассеянную вкрапленность полезных компонентов либо измельченных до весьма мелкозернистой фракции. Выщелачивание с перемешиванием позволяет сократить время взаимодействия растворов с рудой до нескольких часов по сравнению с сутками, которые требуются для выщелачивания при просачивании. Извлечение ценных компонентов. Извлечение ценных компонентов из растворов после выщелачивания, содержащих растворенные полезные составляющие, может осуществляться путем химического осаждения, экстракции растворителем, ионообменным методом или электролизом. Для химического осаждения раствор после выщелачивания подвергается воздействию соответствующих химических реагентов, в результате чего ценные компоненты переходят в форму нерастворимых соединений, которые выпадают в осадок, а затем отделяются путем отсадки или фильтрования. Экстракция растворителем представляет собой сравнительно новый метод, предложенный для переработки урановых руд. Раствор, содержащий выщелоченные ценные компоненты (называемый водной фазой), взаимодействует с несмешивающимся органическим растворителем (называемым органической фазой), в результате чего полезная составляющая переходит из водной фазы в органическую. Затем органическая фаза, несущая ценные компоненты, отделяется и взаимодействует с другой водной фазой, куда компоненты и переходят; этот процесс называется десорбированием. Новая водная фаза с извлеченными ценными компонентами обрабатывается с целью их осаждения. Органической фазой служит какой-либо органический растворитель, например, трибутилфосфат, а в качестве разбавителя обычно используется керосин. Ионообменный процесс извлечения из руды ценных компонентов разработан сравнительно недавно. Он основан на том явлении, что синтетические смолы могут селективно экстрагировать нужные компоненты из содержащих их растворов. Ионообменные смолы синтезируются путем полимеризации с отщеплением воды. После полимеризации в смоле возникают функциональные группы, например, карбоксиловая (– COONa), сульфониловая (– SO3 Na) или аминовая (– NH2 HCl). Первые два примера соответствуют катионообменной смоле, ион натрия (Na+1 ) которой обменивается на положительно заряженный ион, содержащий ценный компонент; отрицательно заряженный ион хлора (Cl–1 ) анионообменной смолы с аминовой группой обменивается на отрицательно заряженный ион, содержащий ценный компонент. |