Метод обогащения по крупности. Какие специальные методы обогащения Вы знаете? Типы и схемы обогащения и их применение

⁰

Специальные методы классифицируются на следующие виды: 1. Магнитное и электрическое обогащение; 2. Сортировка; 3.Обогащение с использованием эффектов взаимодействия кусков разделяемых компонентов с рабочей поверхностью сепаратора; 4.Обогащение на основе селективно направленного изменения размеров кусков компонентов полезного ископаемого; 5.Обогащение на основе разницы в поверхностных свойствах разделяемых минералов.

1)Магнитное обогащение (магнитная сепарация) основано на использовании различий в магнитных свойствах компонентов разделяемой мех. смеси с размером частиц до 100, иногда до 150 мм в неоднородном постоянном или переменном магн. поле. Процесс осуществляют в водной или воздушной среде в валковых, барабанных, роторных и иных магн. сепараторах. Магн. сепарацию широко применяют при обогащении железных, марганцевых, медно-никелевых руд и руд редких металлов.

Электрическое обогащение (электрическая сепарация) основано на различии в электрич. св-вах компонентов ископаемого сырья.

Барабанный электростатический сепаратор: 1-бункер для исходного материала; 2-заряженный барабан; 3-ци-линдрич. электрод; 4-устройство для очистки барабана; 5-7-приемники соотв. для непроводников, полупроводников и проводников. 2)СОРТИРОВКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ. К основным способам сортировки относятся: 1.Ручная сортировка (породовыборка, рудоразборка, углесортировка). Ручная сортировка применяется когда не могут быть применены механическое или химическое обогащение; когда механические процессы не обеспечивают необходимого качества разделения, 2.Механизированная сортировка, включающая процессы с общим названием радиометрические методы обогащения.3)ОБОГАЩЕНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭФФЕКТОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КУСКОВ РАЗДЕЛЯЕМЫХ КОМПОНЕНТОВ. 1.Обогащение по упругости; 2.Обогащение по трению; 3.Комбинированное обогащение по трению и упругости; 4.Обогащение по форме; 5.Термоадгезионный метод обогащения; 6.Обогащение на жировых поверхностях.4.Обогащение на основе селективно направленного изменения размеров кусков компонентов полезного ископаемого ; 1.Избирательное дробление-применимо для полезных ископаемых, имеющих крупные агрегаты ценного компонента, которые отличаются по прочности от вмещающих пород. 2.Избирательное измельчение- как и избирательное дробление, использует различия в прочности компонентов полезного ископаемого. 3.Промывка полезных ископаемых- используется при обогащении рассыпных месторождений редких и благородных металлов, руд черных металлов (железа, марганца), фосфоритов, каолинов, стройматериалов (песка, щебня), флюсов и т.д.

4.Оттирка полезных ископаемых-используют при переработке стекольных песков, горного хрусталя, полевых, хромитовых шпатов, хромитовых концентратов, искусственных минералов, а также при подготовке к флотации углей. 5.Декрипитационное разрушение-избирательное раскрытие, основанное на способности отдельных минералов разрушаться по плоскостям спайности при нагревании и последующем быстром охлаждении или только при нагревании. 6.Термохимическое разрушение- применяют для руд, породная часть которых представлена карбонатами, например, кальцитом, магнезитом, сидеритом, а ценный компонент при этом представлен термически устойчивыми минералами - пирохлором, фторапатитом и др. 7.Изменение размеров частиц с помощью термообработки- заключается в нагревании обрабатываемого продукта до температуры плавления серы, образования водной эмульсии и последующего ее охлаждения.

5)ОБОГАЩЕНИЕ НА ОСНОВЕ РАЗНИЦЫ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВАХ РАЗДЕЛЯЕМЫХ МИНЕРАЛОВ

Селективная коагуляция- объединение частиц дисперсной фазы в агрегаты вследствие сцепления (адгезии) частиц при их соударениях.

Селективная флокуляция-совокупность процессов выборочной агрегации тонкодисперсных частиц полезных ископаемых в микрофлокулы крупностью 100-300 мкм с помощью реагентов -флокулянтов различной природы.

Адгезионное обогащение- этот способ обогащения основан на избирательном адгезионном взаимодействии извлекаемого компонента сгидрофобной поверхностью в водной

Амальгамация - метод извлечения металлов из руд растворением в ртути. Амальгаму отделяют от пустой породы и ртуть отгоняют.

Они включают ручную рудоразборку, радиометрическое обогащение, обогащение по трению и форме, обогащение по упругости, термоадгезионное обогащение, а также обогащение, основанное на селективном изменении размера куска при дроблении.

Ручная сортировка (рудоразборка) представляет собой метод обогащения, при котором используется разница во внешних признаках (цвет, блеск, форма) минералов. Например, в мартитовой руде часто присутствуют сплошные включения известняков. Раздробив такую руду до крупности -100 мм, легко можно выбрать куски известняка. Рудоразборка осуществляется при крупности материала 10 – 300 мм и производится на специальных площадках, неподвижных и круглых подвижных столах и ленточных конвейерах. Ленточные конвейеры, используемые для рудоразборки, следует устанавливать под углом не более 18°, скорость ленты должна быть не более 0,4 м/с. Места рудоразборки должны быть хорошо освещены. Иногда освещение подбирают таким образом, чтобы усилить различие во внешних признаках сортируемых кусков руды. Данный метод достаточно дорог и низко производителен. Ручная рудоразборка применяется при обогащении дорогостоящего сырья (золото, алмазы и др.)

Наибольшее распространение из специальных методов получило радиометрическое обогащение, основанное на различии в способности минералов отражать, испускать и поглощать различные виды излучения.

Радиометрическое обогащение применяют при переработке руд цветных металлов (радиоактивных, редких, тяжелых и др.), алмазов, флюоритовых руд. Принцип всех способов радиометрического обогащения одинаков: на руду, перемещаемую в пространстве, действует какое либо излучение от источника; сигнал, возникающий от взаимодействия минералов с этим излучением, улавливается приемником; информация передается в специальный прибор-радиометр, где обрабатывается и подается команда на исполнительный механизм, направляющий кусок или в сборник концентрата или в сборник хвостов. Для отсечения посторонних сигналов в схеме предусматривается установка фильтров. В случае авторадиометрического обогащения схема значительно упрощается, так как отпадает необходимость в источнике первичного излучения (радиоактивные минералы сами испускают излучение). В качестве первичного излучения используются излучения широкого диапазона длины волн, от самых коротких гамма излучений до самых длинных радиоволн. По длине волны различают следующие группы первичного излучения, применяемых в радиометрических сепараторах:

По характеру взаимодействия минералов с первичным излучением различают следующие группы: 1) возбуждение вторичного излучения (люминесценции, нейтронного и др.); 2) отражение первичного излучения; 3) поглощение (абсорбция) первичного излучения.

Одними из самых распространенных способов радиометрического обогащения нерадиоактивных руд являются фотометрический и рентгенолюминесцентный.

По способу осуществления радиометрическое обогащение подразделяется на крупно порционную сортировку и радиометрическую сепарацию. При крупно порционной сортировке, являющейся одним из самых дешевых и высокопроизводительных методов обогащения, обогащению подвергаются не отдельные куски, а вагоны, самосвалы, ковши и т.п. Например, крупно порционная сортировка авторадиометрическим методом заключается в регистрации излучения вагонеток с рудой. Если излучение выше некого порогового (а это значит, что в руде много полезного радиоактивного минерала), то вагонетка разгружается и обогащается на фабрике, если излучение меньше порогового (мало полезного компонента) вагонетка отправляется прямо в отвал. Недостаток метода в том, что применим далеко не для всех руд. Полезный (радиоактивный) компонент должен быть неравномерно распределен по разным вагонеткам (в одних его мало в других много), а это бывает достаточно редко. Радиометрическая сепарация предусматривает «просмотр» каждого куска руды. При этом достигаются весьма высокие технологические показатели, но производительность невысока особенно для мелких частиц.

Рентгено-люминисцентный метод основан на различиях в интенсивности люминесценции (холодного свечения) минералов под влиянием рентгеновского излучений. Процесс люминесценции складывается из трех стадий: поглощения энергии возбуждающего излучения, преобразования и передачи энергии возбуждения внутрь тела и испускания света в центрах свечения с возвращением минерала в равновесное состояние. Способностью люминесцировать обладают многие минералы: шеелит, флюорит, алмаз и др. Люминесценция большей части минералов обусловлена присутствием в них примесей-активаторов (люминогенов).

Рентгенолюминесцентный метод является основным для обогащения алмазосодержащих руд. С его помощью обогащаются также флюоритовые и шеелитовые руды. Источником первичного излучения в рентгено-люминесцентных сепараторах являются рентгеновские трубки с различными анодами (вольфрам, медь, серебро, молибден и др.), что дает возможность выбирать оптимальное первичное излучение для данного вида сырья. В сепараторах предпочтительнее использовать трубки с широким пучком излучения. Приемником сигнала люминесценции служат различные фотоэлементы и фотоумножители, тип фотоэлемента определяется длиной волны возбуждаемой люминесценции.

Большинство радиометрических сепараторов имеет сходную конструкцию они имеют питатели, источник излучения (кроме авторадиометрических), регистрирующий прибор и исполнительный механизм. Рентгено-люминесцентные сепараторы отличаются устройством питателей, режимом подачи материала и способом вывода куска. У нас созданы сепараторы серии ЛС (рис. 2.23), которые широко используются для доводки гравитационных и флотационных алмазных концентратов, а также для первичного обогащения алмазных руд. Сепаратор имеет два питателя, второй работает быстрее, чем первый и поэтому частицы на нем вытягиваются в линию и падают по одной. Если частица способна люминесцировать (алмаз) то под действием рентгеновского излучения она начинает светится. Это свечение регистрируется фотоэлектронным умножителем и затем сигнал поступает на исполнительный механизм например, пневмоклапан, который отдувает частицу струей воздуха. Из зарубежных следует отметить сепараторы серии XR, разработанные фирмой«Гансонс Сортекс лимитед» (Великобритания).

Фотометрический метод основан на использовании в различий в способности минералов отражать, пропускать или преломлять свет. Схема фотометрического сепаратора приведена на рисунке 2.24.

Обогащение по трению и форме. 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 которого определяется в основном формой минеральных частиц. Обогащение по трению будет тем благоприятнее, чем больше разница в коэффициенте трения для частиц пустой породы и полезных минералов. Частицы могут перемещаться под действием собственной силы тяжести (при движении по наклонным плоскостям – рис. 2.25), центробежной силы (при движении по горизонтальной плоскости вращающегося диска) и в результате комбинированного действия сил собственной тяжести, центробежной и трения (винтовые сепараторы).

Эти свойства используются при обогащении алмазной мелочи, асбестовых руд, слюды, разделении абразивов и других материалов.

Обогащение по упругости основано на том, что зерна минералов различной упругости по-разному отскакивают от рабочей поверхности аппаратов и движутся по различным траекториям. Способ широко применяется при сортировке гравия.

Термоадгезионный способ обогащения заключается в том, что при облучении руды световым потоком темноцветные минералы нагреваются сильнее, чем светлые. Попадая затем на конвейер, поверхность которого покрыта термочувствительным материалом (температура пластификации 30-50 о С), более нагретые темноцветные минералы прилипают к этой поверхности, а светлые минералы не прилипают и движутся по своей траектории. Способ широко применяется при обогащении каменных солей.

Процесс обогащения по твердости заключается в том, что при измельчении минерального сырья разрушаются более мягкие материалы. Более твердые остаются в крупных кусках.. Затем на грохотах или классификаторах отделяют мелкий продукт от крупного. Такой процесс называют избирательным измельчением. Очень часто дробление и грохочение совмещены в одном аппарате. Способ широко применяется при обогащении углей и осуществляется в барабанных дробилках.

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 К 2 =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.

К специальным методам обогащения относятся процессы, основанные на использовании разницы в цвете и блеске, в твердости, в интенсивности различных видов физических излучений, в способности минералов растрескиваться при нагревании.

Наиболее широкое распространение среди специальных методов получили методы сортировки или рудоразборки, которые основаны на различиях излучения в оптической области спектра (оптические методы) , в области радиометрического излучения (радиометрическая сортировка).

Эти процессы применяются, как правило, при предварительной классификации руды с целью выделения продукта с отвальным содержанием ценного компонента, при выходе которого более 20…25% использование этих процессов становятся экономически целесообразным. Они отличаются высокой производительностью, эффективностью, низкими расходами электроэнергии, воды, топлива и экологичностью.

Сортировка по цвету и отражательной способности применяется для выделения алмазов, золота, драгоценных камней, урановых минералов.

Ручная сортировка в настоящее время применяется в очень ограниченных масштабах, т.к. отличается большой трудоемкостью. Она используется на предприятиях небольшой производительности и достаточно высокой стоимости продуктов обогащения (алмазы, драгоценные камни). Сортировку руды производят непосредственно в забое (в шахте) или уже на поверхности на специальных рудоразборных конвейерах при крупности материала от 10 до 300 мм. Эффективность такой сортировки зависит от различия в цвете кусков породы и ценных минералов. Примером использования процесса ручной сортировки могут быть крупнокристаллические сподуменовые и берилловые руды, в которых сподумен (литиевый минерал) и бериллийсодержащие минералы (изумруд, хризоберилл) сильно отличаются от минералов вмещающих пород не только по цвету и блеску, но и по форме.

Механическая сортировка по цвету, блеску и отражательной способности используется в фотометрической и люминесцентной сепарации, которые являются более производительными и эффективными, нежели ручная сортировка.

При фотометрической сортировке с применением фотоэлемента движущиеся по ленточному конвейеру куски руды освещаются источником света. В зависимости от интенсивности отраженного света, попадающего на фотоэлемент, возникает электрический ток, который затем усиливается и приводит в действие механизм отклоняющего шибера, который сбрасывает куски в отсек для концентрата или в отсек для хвостов (рис. 141).

Рис.141. Схема фотолюминисцентного сепаратор

1 – питатель; 2 –светонепроницаемый кожух сортирующего узла; 3 – источник ультрафиолетового излучения; 4 –линза; 5 – светофильтры; 6 –фотодатчики; 7 –светофильтры; 8 –электромагнитные шиберы; 9 - фотометр

Фотометрический метод применяется при предварительном обогащении, например, золото-кварцевых руд, бериллийсодеражщих руд.

Люминесцентный метод основан на способности некоторых минералов люминесцировать под влиянием внешних воздействии (ультрафиолетовых и рентгеновских лучей), которые возбуждают в минералах сильную люминесценцию. Такие сепараторы используются для обогащения алмазосодержащих руд. В рентгено-люминесцентных сепараторах используется свечение алмазов под действием рентгеновских лучей. При прохождении алмаза через зону просвечивания в фотоумножителе появляется импульс тока, который заставляет срабатывать механизм, перемещающий приемную воронку под желоб для алмазов. При прохождении через зону просвечивания минералов вмещающих пород такого импульса не появляется и минералы уходят в хвосты.

Современные высокоскоростные оптические сепараторы способны различить тысячи оттенков различных цветов и имеют производительность от 12 т/ч при крупности питания 2…35 мм до 450 т/ч при крупности исходной руды 400 мм. Эти сепараторы способны производить обогащение руды крупностью до 1 мм.

Наиболее широкое промышленное применение получили методы, использующие природную или наведенную радиактивность. Интенсивность гамма-излучений и бета-излучений используется при обогащении радиоактивных руд, содержащих уран и торий. Основанная на этих излучениях радиометрическая сортировка осуществляется в сепараторах, которые состоят из следующих конструктивных узлов: транспортирующего устройства, радиометра, разделяющего механизма и питателя. Питателем руда подается на транспортирующее устройство, который подает руду к разделяющему механизму. Радиометр регистрирует гамма- излучение при движении руды через сепаратор и управляет механизмом, разделяющим руду на продукты обогащения. По типу транспортирующих устройств сепараторы разделяются на ленточные, вибрационные, ковшовые и карусельные. Наиболее простыми являются ленточные сепараторы с электромеханическим разделяющим механизмом шиберного типа (рис. 142). Многоканальные ленточные сепараторы имеют несколько каналов с датчиками и разделяющими механизмами и могут одновременно производить обогащение нескольких потоков руды.

Рис. 142. Схема ленточного радиометрического сепаратора с электромеханическим разделителем

1 – ленточный конвейер; 2 – датчик радиометра; 3 –шибер; 4 – электромагнит; 5 – экран; 6 –радиометр

Радиометрическая сортировка бывает трех видов: кускова, порционная и поточная. При кусковой и порционной сортировке материал разделяется на куски или порции, которые раздельно подаются в зону разделения активности. При поточной сортировке через зону измерения непрерывным потоком проходит вся рудная масса, а за условную порцию принимается то количество руды, которое находится в данный момент под датчиком. Такая сортировка применяется при обогащении бедных руд. При кусковой сортировке осуществляется классификация по зкой школе с отмывкой глины и шламов.

Наглядным примером порционной сортировки являются радиометрические контрольные станции, в которых интенсивность излучения проводится в емкостях – вагонетках, скипах, думпкарах и автомашинах. Эти большеобъемные емкости помещаются между датчиками радиометра, регистрирующего интенсивность ее гамма-излучения и в соответствии с установленным эталонным графиком определяется содержание урана в порции руды с последующим направлением ее в цикл обогащения богатой рядовой или бедной руды (рис. 143)

Рис. 143. Технологическая схема радиометрическогообогащения

урановой руды

Эффективность радиометрического обогащения определяется прежде всего контрастностью руды – распределением урана между отдельными кусками руды. Если контрастность отсутствует, значит минералы урана распределены равномерно во всех кусках и радиометрическая сепарация при данной крупности материала не позволит произвести обогащение. Контрастность можно характеризовать показателем контрастности, который характеризует относительное отклонение ценного компонента в кусках руды от среднего содержания этого компонента, т.е.

Где М – показатель контрастности (0…2); α – среднее содержание ценного компонента в руде,%; у – среднее содержание ценного компонента в отдельных кусках пробы, % ; q – масса куска в общей массе пробы, доли ед.

Фотонейтронный метод сортировки основан на измерении интенсивности искусственного нейтронного излучения. Этот метод применяется при обогащении литиевых, бериллиевых, урановых, оловянных руд.

Обогащение по твердости применяется в процессе избирательного измельчения, которое основано на различной твердости минералов, входящих в состав руд, например, бериллиевых. При избирательном измельчении применяются мельницы с центральной разгрузкой, мелкие шары или галя, снижается частота вращения мельницы. При избирательном измельчении бериллиевых руд легко измельчающиеся частицы минералов вмещающих пород (тальк, слюды) отделяются от бериллийсодержащих минералов, имеющих твердость от 5,5 до 8,5, на грохотах или спиральных классификаторах. На второй стадии классификации применяются гидроциклоны, центрифуги или сепараторы (рис. 144).

Рис. 144. Схема обогащения берилливой руды методои избирательного измельчения

Обогащение бериллиевых руд избирательным измельчением применяется перед флотацией для удаления в хвосты хрупких минералов, обладающих низкой твердостью, содержание которых в рудах доходит до 70…80%. Степень обогащения берилла в этом случае составляет 2…4 (иногда 8…10) при извлечении его 70…90% в песковую фракцию.

Декрипитация – это свойство некоторых минералов растрескиваться и разрушаться при нагревании и последующем охлаждении. Этот процесс применяется, например, при обогащении литиевых руд, в которых литиевый минерал сподумен, находящийся в виде α – модификации, при нагревании до 950…1200˚С переходит в β – модификацию и разрушается. Минералы вмещающих пород при этом свою крупность не изменяют. Обжиг руды производят обычно в барабанных печах в течение 1…2 часов. Затем охлажденная руда измельчается в шаровой мельнице с резиновой футеровкой, а из мельницы направляется на грохочение или воздушную сепарацию для отделения мелкого порошкообразного сподуменового концентрата от крупных кусков породы (рис. 145).

Рис. 145. Схема обогащения сподуменовой руды

методом декрипитации

Растрескиваются при нагревании и превращаются в порошок такие минералы, как кианит, барит, флюорит, в то время как кварц практически не разрушается, поэтому при грохочении обожженной руды концентрируется в крупных классах.

Механические

К главным процессам обогащения руды относятся измельчение руды и выделение концентрата. 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.

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.

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

Грохочение применяется для приготовления материала определенной размерности, поступающего на концентрирование. Грохотами обычно разделяют зерна, размер которых превышает 3–5 мм; механические классификаторы используются для более тонкой сепарации мокрого материала.вмещающей породы.

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.

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.

Физические

Механические и физические методы обогащения позволяют отделить ценные рудные частицы от частиц пустой породы с использованием чисто физических процессов, без химических превращений.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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 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

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 – это химический процесс, происходящий при высоких температурах, в ходе которого ценный металл и пустая порода переходят в расплавленное состояние.

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

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.

Биологические

Введение бактерий