Полезные ископаемы и их классификация.

Введение.

Горное дело включает в себя добычу полезных ископаемых из недр и их первичную переработку (обогащение). Усложнение состава перерабатываемых полезных ископаемых, вовлечение в эксплуатацию месторождений новых технологических видов при стремлении к комплексному освоению недр вызывает необходимость интеграции всех переделов горного производства в единую технологию получения минеральных продуктов. Первичная переработка (обогащение) полезных ископаемых является замыкающим звеном в общей технологии и обеспечивает получение товарной продукции, соответствующей кондициям на сырье для химико-металлургической, топливно-энергетической и других отраслей промышленности. От уровня техники и технологии первичной переработки полезных ископаемых все в большей степени зависит рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды.

Обогащению подвергаются в настоящее время 100 % добываемых руд цветных и редких металлов, более 90 % руд черных металлов, весь коксующийся и большая часть энергетического угля, все горно-химическое сырье и значительная часть сырья для производства строительных материалов.

Современные обогатительные фабрики представляют собой мощные высокомеханизированные и автоматизированные промышленные предприятия со сложными технологическими процессами и схемами, насыщенные разнообразными машинами и аппаратами. Производственная мощность отдельных предприятий достигает 35—40 млн. т руды в год.

Обогащение полезных ископаемых – это ряд процессов переработки полезных ископаемых, конечным результатом которых является получение товарных продуктов или продуктов, пригодных для последующей химико-металлургической или другого рода переработки.

Переработка полезных ископаемых осуществляется на обогатительных фабриках, представляющих собой сегодня мощные высокомеханизированные предприятия со сложными технологическими процессами.

Цели и задачи.

Цель данной дисциплины является формировании у студентов комплекса знаний, умений и навыков по обогащению минерального сырья, эксплуатации промышленных машин и аппаратов, проектированию технологических схем обогащения, оценке качества и эффективности применяемых технологических схем и процессов.

Задачи дисциплины:

•Изучение основных процессов подготовки сырья к обогащению, методов обогащения и вспомогательных процессов обогатительного производства;

•Формирование представлений о принципе действия применяемых машин и механизмов;

•Знакомство с перспективными направлениями развития техники и технологии переработки и обогащения полезных ископаемых.

•Формирование способности обосновывать проектные решения по обеспечению промышленной и экологической безопасности, экономической эффективности производств по переработке полезных ископаемых.

Усреднение полезных ископаемых.

Обогатительные процессы на фабрике проводятся по одной технологической схеме обогащения с получением концентратов заданного качества, но это возможно лишь тогда, когда поступающий продукт имеет качество, заложенное в «голову» технологической схемы. Однако исходное сырье может поступать на фабрику разного качества. Для того, чтобы полученный продукт выходил с фабрики с заданными показателями качества, необходимо поступающее сырье усреднять по качеству до исходного, соответствующего схеме фабрики. Процесс усреднения полезных ископаемых – это совокупность операций, в результате которых уменьшаются и стабилизируются в определенных пределах амплитудные колебания показателей качества сырья или продуктов обогащения.

Усреднение качества руд и углей положительно сказывается на результатах технологического процесса переработки полезных ископаемых. Этот процесс по ряду показателей осуществляется с момента добычи полезного ископаемого и продолжается в процессе подачи в приемные устройства фабрики.

Однородность руды необходимо обеспечивать по нескольким показателям качества: содержанию компонентов; крупности вкрапленности; минеральной форме зерен полезных компонентов; измельчаемости; вещественному составу рудных минералов и породы, текстурным и структурным особенностям компонентов, составляющих рудные минералы и др.

Методы усреднения

1) управление качеством руды во время добычи;

2) сортовое усреднение;

3) перемешивание.

Управление качеством руды во время добычи осуществляется следующим образом:

изменением нагрузки на участок разреза или на забой при добыче руды

управление потоком руды путем изменения очередности подачи ее партий, например, на ленту транспортера или с помощью, так называемого «склада на колесах» – одновременной подачи двух вагонов для погрузки руды с одинаковыми отклонениями показателей качества от планового уровня в обе стороны.

Сортовое усреднение (шихтование) – разделение руды по сортам, накопление разных сортов руды и последующее ее дозирование для образования смеси с заданными показателями качества.

Сортовые аккумуляторы конструктивно представляют собой галерею бункеров, в которой размещены ленточный конвейер, устройства для спуска руды в бункеры с системой датчиков и сбрасывающих устройств. Осуществляется секционная загрузка бункеров различными сортами руды и «послойная» разгрузка в нужной последовательности на общий конвейер.

Сортовые усреднительные склады. Руда, разделенная на условные сорта, усредняется пропорциональным дозированием и смешиванием различных сортов в заданной пропорции. Загрузка сортов руды производится отвалообразователями; разгрузка – весовым дозированием пропорционально доле каждого сорта.

Перемешивание – деление партии на мелкие порции и смешивание в другой последовательности. Перемешивание производится на усреднительных штабельных складах-смесителях, бункерах-смесителях и на внутрикарьерных складах.

В усреднительные бункеры-смесители загрузка сортов руды осуществляется послойно, разгрузка секционная.

На усреднительных штабельных складах-смесителях загрузка различных сортов руды производится штабелеукладчиками тонкими слоями (800-1000 слоев), разгрузка по поперечному сечению.

Грохочение

Грохочение – процесс разделения сыпучего кускового материала на классы по крупности через просеивающую поверхность аппаратов, которые называются грохоты.

Материал, поступающий на грохочение, называется исходным. Он разделяется на надрешетный продукт, оставшийся на сите и подрешетный (нижний), прошедший через сито. Группа зерен, проходящих через сито с отверстиями d1 и оставшихся на сите d2, составляет класс крупности, размер которого указывают обычно так -d1+d2.

Число классов, получившихся в результате грохочения: N+1, где N – количество сит.

Часть мелочи всегда остается непросеянной и от ее количества зависит эффективность грохочения.

Эффективность грохочения – извлечение нижнего класса в подрешетный продукт, а именно отношение массы подрешетного продукта к массе нижнего класса в исходном продукте.

Классификация

Классификация - процесс разделения смеси минеральных зерен на классы различной крупности по скорости их падения в водной или воздушной средах.

Принцип разделения заключается в том, что частички более крупные оседают из пульпы быстрее, чем мелкие и концентрируются в нижней части классификатора. Для оседания маленьких частичек не-обходимо больше времени, и они выносятся из аппарата вместе с пульпой.

Продукт классификации, состоящий из крупных частиц, называ-ется песками, а из мелких – сливом (при гидравлической классифика-ции) или тонким продуктом (при пневматической классификации).

Верхний предел крупности частиц в процессе классификации – 5 мм для руд, 13 мм для углей. Но чаще классификация используется для разделения очень мелких зерен размером не более 1 мм.

Классификация осуществляется в специальных аппаратах назы-ваемых классификаторами.

По типу операций (по назначению) классификация может быть: подготовительной – для выделения машинных классов перед обога-щением на концентрационных столах, спиральных сепараторах; само-стоятельной – с получением готового продукта, например, отделить глину от песка; вспомогательной – используется в схемах измельчения руд, обесшламливания пульп перед флотацией.

Эффективность процесса классификации возрастает при низкой нагрузке и более разжиженных пульпах.

Классификаторы

Классификаторы по принципу действия подразделяются на механические: реечные, чашевые, спиральные, элеваторные; гидравлические: конусные, пирамидальные, многокамерные; центробежные: гидроциклоны, осадительные центрифуги, воздушные сепараторы.

Механические спиральные классификаторы применяются на руднообогатительных фабриках.

Спиральные классификаторы изготавливают с диаметром спирали до 3 м и длиной до 15, 5 м, устанавливают под наклоном 12-16о. Исходную пульпу заливают в среднюю часть ванны. Крупные частицы руды оседают на дно и образуют слой осевшего непрерывно транспортируемого вращающимся шнеком материала (песков). На дне всегда остается слой неподвижного слежавшегося материала (осевшего). Он предохраняет от износа корпус при движении шнека.

Достоинства классификатора – простота конструкции, обслуживания, дешевизна. Недостатки – получением песков со значительным содержанием шламов.

Классификатор элеваторный (рис. 2.2.1.3.) (багер-зумпф) при- меняется в основном на углеобогатительных фабриках для классификации и первого этапа обезвоживания мелкого угольного концентрата. Граничная крупность разделения – 0, 5 мм. Размер классификатора 6х6 м. 50

Элеваторный классификатор имеет специальное приемное устройство, из которого пульпа равномерно распределяется по всей ширине классификатора.

Элеватор ковшовый предназначен для транспортирования с одновременным обезвоживанием продуктов обогащения, в основном, каменных углей и антрацитов. Длина его достигает 40 м. Состоит из корпуса с элеваторной цепью (1) и перфорированных ковшей (2). Конструкция ковшей исключает «дождевание» на нижерасположенные ковши.

Центробежные классификаторы позволяют разделять материал на классы крупностью 5-100 мкм за счет действия центробежных сил.

Особенно хорошо известны гидроциклоны (самотечные). осадительные центрифуги с механической разгрузкой как классификаторы реже используются из-за дороговизны. На фабриках «сухого» обогащения применяют воздушные самотечные сепараторы.

Гидроциклоны применяются для обесшламливания и сгущения пульп, как классификаторы в замкнутых циклах измельчения с шаро-выми мельницами.

Гидроциклон (рис. 2.2.1.5.) состоит из литого конусообразного корпуса с закрытой крышкой.

Исходная пульпа (1) подается под давлением тангенциально внутренней поверхности. Крупные частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам аппарата и нисходящим спиральным потоком движутся вниз, разгружаясь через насадку для песков (3). Мелкие частицы образуют внутренний поток, который поднимается вверх и выносится через сливной патрубок (4). Внутренняя поверхность гидроциклонов покрывается износоустойчивым материалом – футеруется (5).

Крупность слива возрастает с увеличением плотности и вязкости исходного материала и с уменьшением диаметра песковой насадки (3).

Для получения тонких сливов (5-10 мкм) применяют батареи из гидроциклонов диаметром 15-100 мм.

Достоинства аппаратов гидроциклонов в простоте конструкции, малых размерах, возможности управления процессом, а недостатки в том, что при классификации абразивных пульп происходит быстрый износ внутренней поверхности конусов.

Дробление

Дробление и измельчение – процессы разрушения материала до заданной крупности.

Крупность дробленного полезного ископаемого определяется степенью раскрытия минералов.

Например, на рудных фабриках сульфидные полезные ископае- мые обогащаются гравитационным методом, когда раскрытие зерен происходит при грубом измельчении (т. е. дроблении), например, при крупности 10 мм, и флотационным методом, когда раскрытие зерен происходит при тонком измельчении, например 0, 1 мм.

Крупность частиц, направляемых в операцию измельчения обыч- но менее 5 мм, частицы более 5 мм разрушают в дробилках.

Щековые дробилки

Применяют в основном для среднего дробления, отечественные щековые дробилки не изготавливаются больших размеров. Исключение составляют импортные дробилки, которые изготавливаются больших размеров для всех стадий дробления.

Дробилка ККД МРЩ

Дробление руды в конусных дробилках производится способом раздавливания с частичным изломом и истиранием кусков. 63

Конусные дробилки для крупного дробления и для среднего и мелкого дробления различаются по конструкции.

Дробилки конусные среднего и мелкого дробления применяются в горнорудной промышленности для дробления твердых руд и средней твердости на второй и последующих стадиях дробления.

Валковые дробилки

Валковые дробилки бывают с гладкими и зубчатыми валками од- но- и двухвалковые. Четырехвалковые, вследствие сложности в экс- плуатации применение не нашли.

Валковые дробилки с гладкими валками ДДГ предназначены для среднего и мелкого дробления твердых полезных ископаемых, в том случае, когда недопустимо их переизмельчение, для мелкого дробле- ния угля и кокса. Валковые дробилки с зубчатыми валками ДДЗ при- меняются для крупного и среднего дробления углей, солей и других хрупких и мягких полезных ископаемых.

Дробящее действие валковых дробилок с гладкими валками осу- ществляется способом раздавливания при ограниченном истирании, зубчатых дробилок – способом раскалывания при небольшом истира- нии и изломом. Каждый валок двухвалковой дробилки вращается друг навстречу другу и имеет свой привод. Подлежащий дроблению про- дукт из бункера попадает между валками, захватывается и подвергает- ся разрушению.

Дробилки ударного действия

Дробилки ударного действия бывают молотковые и роторные, к этому же типу дробилок можно причислить и дезинтеграторы, но ино- гда их причисляют к мельницам ударного типа.

Применяют для среднего и мелкого дробления и измельчения ма- териалов низкой и средней прочности: угли, известняки, гипс, мел, ба- рит, каменные соли.

Молотковые дробилки. Материал дробится ударами молотков свободно подвешенных к ротору и отбрасывается к стенкам корпуса на отбойные плиты.

Разрушение кусков происходит за счет ударов кусков о плиты, ударов молотков, раздавливанием и истиранием о колосниковую ре-шетку.

Дробимый продукт разгружается через решетку или без нее под дробилку.

Крупность продукта регулируется шириной зазоров между мо-лотками и отбойными плитами, а также молотками и колосниковой решеткой (не шириной ячеек колосниковой решетки).

Приводные шкивы служат маховиками. Они выравнивают ход дробилки. С валами соединяются с помощью фрикционных муфт и могут отключаться при превышении нагрузки.

Измельчение – процесс разрушения материала с помощью аппа-ратов, которые называются мельницами.

На измельчение обычно отправляется материал крупностью ме-нее 5 мм после последней стадии дробления, чаще частицы намного меньше. 85

Принцип действия можно представить на примере барабанной мельницы Вращающаяся барабанная мельница конструктивно состоит из пустотелого барабана (1) с торцевыми крышками (2, 3), на которых расположены входные и выходные отверстия-цапфы (4, 5). Внутри мельницы находятся измельчающие тела-стержни, шары и т. д. через которые постоянно поступает и протекает пульпа - исходный матери-ал.

В зависимости от вида дробящей среды различают мельницы с мелющими телами: шаровые, стержневые, галечные, самоизмельче-ния, полусамоизмельчения; без мелющих тел: аэродинамические.

По режиму работы мельницы бывают непрерывного действия (рис. 2.4.2.) (к ним относятся барабанные, шаровые, стержневые, виб-рационные, струйные и т.д.) и периодического действия (планетарные, гигроскопичные).

По способу измельчения можно выделить два режима работы мельниц: мокрое измельчение и сухое.

По конструкции мельницы бывают барабанные, ролико-кольцевые, чашевые, дисковые.

Раздел 3 Основные процессы обогащения полезных ископаемых.

Обогащение полезных ископаемых представляет собой методы переработки минеральной смеси ценных компонентов и пустой поро-ды с целью получения концентратов, существенно обогащенных од-ним или несколькими ценными компонентами.

Обогащение руды представляет собой метод разделения минера-лов друг от друга, в результате которого получаются два и более про-дукта обогащения. Богатый полезным компонентом продукт называ-ют концентратом, бедный, состоящий в основном из пустой породы – отходами.

Использование того или иного метода обогащения зависит от ми-нерального состава полезных ископаемых, физических и химических 98

свойств разделяемых компонентов.

Свойство, по которому осуществляется разделение минералов, называется технологическим или разделительным. В основном ис-пользуются как технологические следующие свойства минералов: плотность, магнитная восприимчивость, электропроводность, смачи-ваемость, радиоактивность, оптические свойства и др. Наиболее рас-пространенными методами обогащения являются: гравитационные, флотационные, магнитные и электрические

Тяжелосредный сепаратор

Отсадка

Отсадка – метод обогащения, основанный на разделении смеси материала по плотности в восходящих пульсирующих потоках воды (или воздуха при пневматическом обога-щении).

Метод обогащения от-садкой может применяться для широкого диапазона крупности: 100-0, 5 мм (иногда 150-0 мм) для углей, для руды черных и цветных металлов 50-0, 25 мм. Но наиболее эффективно про-цесс отсадки осуществляется при раздельном обогащении машинных классов. Например, для углей отсадка будет проводиться для крупного машинного класса 13-100 мм и мелкого машинного класса 0.5-13 мм.

Процесс отсадки отличается высокой эффективностью разделе-ния минералов, а также имеет преимущество в том, что можно разде-лять неклассифицируемый материал (до 30 мм). Недостатком является необходимость использования большого расхода воды, а также требо-вание равномерной подачи руды. Производительность машин зависит от частоты колебаний воды, продольной скорости движения зерна ма-териала в камере, высоты сливного порога, высоты слоя материала в камере, от крупности, плотности разделяемого материала, степени разрыхления в момент его взвешивания.

3.1.3.2. Устройство и принцип действия отсадочных машин

Процесс отсадки осуществляется в отсадочных машинах. Отсадочные машины имеют различную конструкцию, если предназначены для различных машинных классов.

Отсадка, как и преобладающее большинство процессов обогащения сырья – процесс непрерывный. Одновременно происходит загрузка в машину руды, разделение в пульсирующем потоке и разгрузка продуктов.

Отсадочные машины состоят из двух или трех пирамидальных камер, которые заполняются водой (гидравлическая отсадка). В верх- ней части камеры находится решето, на которое подается исходная ру- да, образующая естественную постель. Вода подается двумя потока- ми: транспортным и подрешетным. Камеры снабжены устройства- ми, создающими пульсации.

Исходный материал на решете машины представляет собой бес- порядочную смесь минералов и их сростков – естественную постель. Под действием транспортной и подрешетной воды она перемещается по решету из одной камеры в другую. Пульсации создаются в зависи- мости от типа конструкции отсадочной машины с помощью диафраг- мы или сжатого воздуха, также можно создавать их с помощью под- вижного решета.

Пульсирующий поток попеременно изменяет состояние постели то на разрыхленное, то на уплотненное. В восходящем потоке воды частицы приходят во взвешенное состояние, и осуществляется их пе- рераспределение по высоте постели по причине разной скорости пере- мещения кусков, которая зависит от физических свойств минералов, в первую очередь, от плотности, а также от гидродинамических пара- метров процесса. При нисходящем потоке завершается разделение 109

частиц. В верхнем слое концентрируются частицы легкие (малой плотности), в нижнем – наиболее тяжёлые частицы (большой плотности).

Тяжелые продукты, составляющие нижние слои постели, удаляются из отсадочной машины через решето или разгрузочные щели. Затем они извлекаются из машины обезвоживающими элеваторами. Легкий продукт удаляется через сливной порог.

.

Тема 3.2 Флотационные процессы обогащения.

Физико-химические основы флотационного разделения. Способы флотации. Флотационные реагенты, их классификация. Флотационные машины. Технология флотации.

Тема 3.3 Электромагнитные и специальные методы обогащения полезных ископаемых.

Физические основы электромагнитного обогащения. Классификация минералов по магнитным свойствам. Магнитные сепараторы, их классификация, принцип действия. Физические основы электрического обогащения. Принцип действия электрических сепараторов. Специальные методы обогащения полезных ископаемых. Сортировка полезных ископаемых. Амальгамация. Обогащение на жировых столах. Обогащение по трению и форме минеральных частиц. Радиометрические методы обогащения. Химические процессы переработки минерального сырья.

Раздел 4. Вспомогательные процессы обогащения.

Тема 4.1 Вспомогательные процессы обогащения.

Общие сведения о процессах обезвоживания. Дренирование. Центрифуги-рование. Сгущение пульпы. Фильтрование. Сущность каждого метода. Аппараты, применяемые для процесса обезвоживания каждым из этих методов. Сушка. Сушильные установки. Понятие о водно-шламовом хозяйстве обогатительных фабрик.

Раздел 5. Основы технологии обогащения полезных ископаемых.

Тема 5.1 Основы технологии обогащения полезных ископаемых. Комплексное использование сырья. Охрана окружающей среды при переработке полезных ископаемых.

Технология обогащения черных металлов. Общие сведения о технологии переработки и обогащению руд цветных металлов. Обогащение полиметаллических руд. Технология обогащения горнохимического сырья. Основные процессы обогащения углей. Обогащение неметаллических полезных ископаемых. Область применения нерудных полезных ископаемых. Комплексное использование руд черных металлов. Комплексное использование углей и продуктов обогащения. Охрана окружающей среды при переработке полезных ископаемых. Особенности воздействия горных предприятий на окружающую среду. Источники загрязнения на обогатительных фабриках. Пылеулавливание на ОФ. Очистка сточных и оборотных вод на углеобогатительных фабриках. Рекультивация поверхностей.

Введение.

Цели и задачи.

Задачи дисциплины:

•Формирование представлений о принципе действия применяемых машин и механизмов;

Полезные ископаемы и их классификация.

Полезные ископаемые – минеральные образования земной коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их в сфере материального производства (например, в качестве сырья или топлива). Обогащение – очень важное промежуточное звено между добычей полезных ископаемых и использованием извлекаемых веществ.

Применение извлекаемых из недр полезных ископаемых без процесса обогащения, чаще всего, невозможно.

Обогащение позволяет существенно увеличить концентрацию ценных компонентов в концентрате. Обычно, содержание цветных металлов – меди, свинца, цинка – в рудах составляет 0, 3-2 %, а в их концентратах – 20-70 %. Концентрация молибдена увеличивается от 0, 1-0, 01 % до 47-50 %, вольфрама – от 0, 1-0, 2 % до 45-65 %, зольность угля снижается от 25-35 % до 2-10 %. При обогащении удаляется также часть вредных примесей минералов, например, такие как сера, фосфор, мышьяк. Извлечение ценных компонентов в концентрат в процессах обогащения составляет от 60 до 95 %.

Обогащение представляет собой совокупность методов разделения металлов и минералов друг от друга по разнице их физических или химических свойств. Полученные продукты обогащения разделяются на два продукта и более, отличающихся по качеству. Более богатый полезным компонентом продукт называют концентратом, самый бедный, состоящий в основном из пустой породы – отходами (хвостами), продукты со средним содержанием полезного компонента называют промежуточными, они обычно возвращаются на переработку.

Полезный (ценный) компонент – элемент или минерал, с целью извлечения которого добывается полезное ископаемое.

Полезные примеси – это химические элементы или минералы, присутствующие в продуктах обогащения и улучшающие их свойства.

Вредные примеси – это химические элементы или минералы, присутствующие в продуктах обогащения, ухудшающие их свойства.

Процесс обогащения основан на различии минералов в определённых свойствах. Чем контрастнее эти различия, тем выше эффективность разделения минералов. Свойства, благодаря которым идет разделение минералов, называются технологическими или разделительными. К свойствам минералов, положенным в основу разделения, относятся: плотность; смачиваемость водой; магнитная восприимчивость; электропроводность и другие.

Процесс обогащения и качество производимых продуктов можно количественно охарактеризовать рядом технологических показателей: содержание полезного компонента в исходном сырье и продуктах обогащения; выходы продуктов обогащения; извлечение полезного компонента в продукты обогащения; степень сокращения, степень обогащения, эффективность обогащения.

12 3 4 Следующая ⇒