ОП лекции. Конспект лекций дисциплина Обогащение руд цветных металлов
 Скачать 8.02 Mb.
|
2.1 Продукты и показатели обогащенияВ процессе обогащения руд получают различные продукты (рис. 2.1): -  концентрат (один или несколько);- отвальные хвосты; - промежуточный продукт. Исходная руда Рис. 2.1 Продукты обогащения Исходная руда это горная масса, поступающая из шахт или карьеров состав которой должен быть постоянным. Для чего используется усреднение. Концентратом называется продукт, который имеет повышенную, по сравнению с рудой, массовую долю полезного компонента, удовлетворяющюю ГОСТам, ОСТам, ТУ, в которых указывается минимальное содержание ценного компонента и максимально допустимое количество вредных примесей. Название концентрата определяется по металлу (Pb концентрат, Си концентрат, Zn концентрат, Cu-Ni коллективный концентрат, Cu-Mo концентрат). Хвостами называются отходы обогащения с большим количеством пустой породы и незначительным (часто называемым отвальным) количеством ценного компонента. Промежуточные продукты - по величине массовой доли ценного компонента занимают промежуточное значение между концентратом и хвостами и должны подвергаться дальнейшему обогащению (направляются в оборот или подвергаются специальному химико-металлургическому переделу). Концентраты и хвосты являются окончательными или конечными продуктами обогащения. Для оценки обогатительных процессов существуют различные показатели. Степень сокращения:  где Wр – количество руды; Wк – количество концентрата. Степень сокращения характеризует, во сколько раз уменьшилось количество руды в результате обогащения и определяет, сколько нужно переработать сырья для получения определенного количества концентрата. Выход продукта:  где Wi – количество i-ого продукта; Wр – количество руды. Выход - это отношение массы продукта обогащения к массе исходной руды, выраженное в процентах. - Массовая доля ценного компонента - это отношение массы ценного компонента к массе продукта, в котором он находится. Определяется обычно химическим анализом в % или г/т (для благородных металлов, табл. 2.1). Обозначается: α - массовая доля металла в исходной руде β - массовая доля металла в продуктах обогащения Массовая доля полезного компонента в концентрате характеризует его качество. Таблица 2.1 Примеры руд и концентратов с различной массовой долей
Извлечение ценного компонента - это отношение массы полезного компонента в продукте обогащения к массе полезного компонента в исходной руде, выраженное в процентах. Связь основных показателей:  где γ - выход продукта, % β - массовая доля металла в продукте обогащения, % α - массовая доля металла в исходной руде, % Уравнения технологического баланса:   Из уравнений следует:  Количество металла в руде равно сумме его количеств в концентрате и хвостах. Баланс ценного компонента:  где  - количество металла в исходной руде - количество металла в концентратеγхвβхв – количество металла в хвостах Степень обогащения или степень концентрации:  где: α- массовая доля в исходной руде, %; β- массовая доля в продукте обогащения, %. Степень обогащения характеризует, во сколько раз массовая доля ценного компонента в концентрате повысилось по отношению к массовой доле его в руде в результате обогащения.
Обогащение руд основано на использовании различий в физических и физико-химических свойствах минералов, от величины вкрапленности ценных минералов. Физические свойства минералов - это цвет, блеск, плотность, магнитная восприимчивость, электропроводность, смачиваемость поверхности минерала. Существуют различные методы обогащения. Гравитационный метод обогащения основан на использовании разницы в плотностях, размеров и форм минералов. Применяется этот метод для золота, олова, вольфрама, россыпей, редких металлов, железа, марганца, хрома, угля, фосфоритов, алмазов. Разделение минералов по плотности можно производить в воде, воздухе и тяжелых средах. К гравитационным процессам относятся: - обогащение в тяжелых средах – применяется для руд с крупной вкрапленностью 100-2 мм; - отсадка – основана на разности в скоростях падения частиц в вертикальной струе воды, применяется для крупно вкрапленных руд 25-5 мм; - обогащение на концентрационных столах – связано с разделением минералов под действием сил, возникающих в результате движения стола и потока воды, текущего по наклонной плоскости стола, применяется для руд крупностью 3-0,040 мм; - обогащение на шлюзах – разделение минералов происходит под действием горизонтального потока воды и улавливания тяжелых минералов покрытием дна шлюзов, применяется для руд крупностью 300-0,1 мм; - обогащение на винтовых, струйных и конусных сепараторах – разделение происходит под действием потока воды, движущейся по наклонной плоскости для руд крупностью 16-1 мм. Магнитный метод обогащения основан на разделении минералов за счет разницы минералов в удельной магнитной восприимчивости и различии траекторий их движения в магнитном поле. Флотационный метод обогащения основан на различии в смачиваемости отдельных минералов и как следствие избирательном прилипании их к воздушным пузырькам. Это универсальный метод обогащения, применяется для всех руд, особенно для полиметаллических. Крупность обогащаемого материала 50-100% класса –0,074 мм. Электростатическое обогащение основано на различии в электропроводности минералов. Кроме того, существуют специальные методы обогащения, к которым относятся: - декрипитация, основана на способности минералов растрескиваться по плоскостям спайности при сильном нагревании и сильном охлаждении; - рудоразборка по цвету, блеску, бывает ручная, механическая, автоматизированная; применяется обычно для крупного материала >25 мм; - радиометрическая сортировка, основана на различной способности минералов испускать, отражать и поглощать те или иные лучи; - обогащение по трению, основано на различии в коэффициентах трения; - химическое и бактериальное обогащение, основано на свойствах минералов (например, сульфидов) окисляться и растворяться в сильно кислых растворах. Металл растворяется, и затем его извлекают химико-гидрометаллургическими методами. Присутствие в растворах некоторых типов бактерий интенсифицирует процесс растворения минералов. 2.3 Операции и процессы обогащения Обогатительная фабрика является промежуточным звеном между рудником и металлургическим заводом. Обогатительная фабрика - это сложное сочетание всевозможных машин и аппаратов. Мощность фабрики определяется обычно количеством переработанной руды и бывает, различна от 15 тыс. т до 50 млн. т в год. Крупные фабрики располагаются в нескольких зданиях. Руда различной крупности (Dmax = 1500-2000 мм – характерна для открытых горных работ, Dmax = 500-600 мм – характерна для подземных горных работ), поступающая с рудника на обогатительной фабрике проходит различные процессы, которые по своему назначению можно разделить на: - подготовительные; - собственно обогатительные; - вспомогательные. Подготовительные процессы включают, прежде всего, операции уменьшения размеров кусков руды: дробление, измельчение и связанную с ними классификацию руды на грохотах, в классификаторах и гидроциклонах. Конечная крупность измельчения определяется крупностью вкрапленности минералов. К собственно обогатительным процессам относятся процессы разделения руды и других продуктов по физическим и физико-химическим свойствам минералов, входящих в их состав. К этим процессам относятся гравитационное обогащение, флотация, магнитная и электрическая сепарация и другие процессы. Большинство процессов обогащения проводится в воде, поэтому на определенной стадии возникает необходимость ее сокращения или удаления, что возможно осуществить с помощью вспомогательных процессов. К вспомогательным процессам относятся операции обезвоживания: сгущение, фильтрация, сушка. Совокупность и последовательность операций, которым подвергается руда при переработке, составляют схемы обогащения, которые принято изображать графически. Схемы бывают: - принципиальные (рис. 2.2); - качественные (если не приводятся данные о количестве и качестве продуктов) (рис. 2.3); - качественно-количественные; - водно-шламовые; - схемы цепи аппаратов (рис. 2.4).
15 Лекция 3. ГРОХОЧЕНИЕ План лекции
Грохочение – это процесс разделения зернистого и кускового материала на классы по крупности (продукты грохочения) путем просеивания его через одно или несколько сит. В промышленности нижний предел просеивающей поверхности составляет 100 мкм. При грохочении смесь кусков различной крупности пропускается через одно или несколько сит (до 8 штук) с отверстиями определенного размера. Продукт, прошедший через сито называется подрешетным и обозначается знаком "-" минус, продукт, содержащий только зерна больше отверстия сита, называется надрешетным и обозначается знаком "+" плюс (рис. 3.1).  Рис. 3.1 Продукты грохочения Если материал просеивался через n сит с различными размерами отверстий, то число полученных продуктов будет n+1. При этом материал прошедший через сито с отверстие а1, но оставшийся на сите с отверстием а2 называется классом и обозначается -а1+а2, например класс –25+10 мм. В случае разделения мелкого и тонкозернистого материала по крупности процесс носит название классификации и дешламации.
Обрабатываемое на обогатительной фабрике минеральное сырье и продукты обогащения представляют собой смесь зерен неправильной формы различного размера. Распределение зерен по классам крупности характеризует гранулометрический состав исходного сырья и продуктов обогащения. Для определения гранулометрического состава всей массы руды, состоящей из мелких частиц различных размеров и неправильной формы, проводят следующие анализы: ситовые, седиментационные или дисперсионные, микроскопические. Ситовые анализы — это рассев материала на ситах или решетах с отверстиями различной величины на классы крупности. При этом диаметр зерна определяется размером отверстия, через которое оно проходит. Ситовые анализы выполняются сухим, мокрым или комбинированным способами. Два последних способа применяются для анализа глинистых и шламистых материалов. Ситовые анализы позволяют определять крупность частиц до 40 мкм (минимальный размер отверстий применяемых сит). Существует несколько систем стандартных сит. Последовательный ряд размеров отверстий сит, применяемых для грохочения или классификации, называется шкалой классификации, а отношение размеров отверстий двух соседних сит называется модулем шкалы. При крупном и среднем грохочении модуль равен двум. Например, набор сит с этим модулем будет состоять из сит с отверстиями размером 50, 25, 12, 6 и 3 мм. Для более мелких сит применяется стандартная система с модулем  . В этой системе за основу принято сито 200 меш с отверстиями размером 0,074 мм. Меш - число отверстий, приходящееся на один линейный дюйм (25,4 мм). Пользуясь модулем, можно определить размер отверстий предыдущего и последующего сит.Для ситового анализа берется набор стандартных сит, результаты ситового анализа заносятся в таблицу (табл. 3.1). Таблица 3.1 Результаты ситового анализа
Данные ситового анализа можно изобразить графически, получив характеристику крупности материала (рис. 3.2). Обычно строят кривую суммарной характеристики «по плюсу», т. е. по суммарному остатку материала на ситах, начиная с самых крупных. При этом на оси абсцисс в масштабе откладывается размер отверстий сит, на которых производился ситовый анализ, в миллиметрах, а на оси ординат — суммарный остаток на ситах в процентах.  Рис. 3.2 Характеристика крупности материала Суммарные характеристики крупности (рис. 3.3) бывают: выпуклыми (кривая 1), прямолинейными (кривая 2) и вогнутыми (кривая 3). По характеру кривой можно судить о крупности материала. Если кривая имеет прямолинейный характер, значит, материал характеризуется равномерным распределением зерен всех размеров. При преобладании в материале крупных зерен кривая имеет выпуклый характер, а при преобладании мелких зерен — вогнутый характер.  Рис. 3.3 Кривые суммарных характеристик крупности Пользуясь кривой суммарной характеристики, можно определить выход класса любой крупности. Седиментационный (дисперсионный) анализ. При необходимости получения гранулометрической характеристики материала мельче 40 мкм обычно применяют дисперсионный анализ, который основан на разделении минеральных зерен различной крупности по их скорости падения в воде. Скорость оседания минеральных частиц в вязкой среде зависит от крупности частиц и их плотности. Эту скорость можно определить по формуле Стокса:  где d — диаметр частиц, мм; δ — плотность материала; Δ — плотность воды. Пользуясь этой формулой, можно определить время t оседания частиц определенного размера с заданной высотой оседания h. Время оседания частиц  Дисперсионный анализ проводят методом отмучивания или гидравлической классификацией в специальных аппаратах. Этот метод дисперсионного анализа является продолжительным. Микроскопический анализ проводится для изучения не только минерального состава руды, но и для определения размера частиц с последующим определением количества и характера сростков полезных минералов между собой и с минералами пустой породы. Микроскопический анализ различных классов крупности позволяет определять крупность прорастания и количество сростков в каждом классе крупности, что дает возможность характеризовать эффективность некоторых процессов, например измельчения и флотации. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
